【Web应用服务器_Tomcat】一、Tomcat基础与核心功能详解

在 Java Web 应用开发领域，Apache Tomcat 是一座不可或缺的基石。作为一款开源、轻量级的 Servlet 容器和 Web 服务器，Tomcat 以其稳定可靠、易于部署和高度可定制性，被广泛应用于各类 Web 应用的部署与运行。

一、Tomcat 简介​

Tomcat 是 Apache 软件基金会下 Jakarta 项目开发的 Servlet 容器，它实现了 Java EE（Java Platform, Enterprise Edition）或 Jakarta EE（Java EE 的后续演进版本）中的 Servlet、JSP（JavaServer Pages）等核心规范，能够高效地处理 HTTP 请求，运行 Java Web 应用。自 1998 年发布第一个版本以来，Tomcat 不断发展和完善，如今已成为 Java Web 开发者最常用的服务器之一。​

Tomcat 与 Java EE、Jakarta EE 平台紧密相连。不同版本的 Tomcat 对应着不同的 Java EE 或 Jakarta EE 规范，例如 Tomcat 9 及更早版本实现 Java EE 规范，而 Tomcat 10 及后续版本实现 Jakarta EE 规范。这种对应关系确保了 Tomcat 能够为基于相应规范开发的 Web 应用提供可靠的运行环境。​

在实际应用场景中，从中小型企业的内部管理系统，到大型互联网公司的高并发电商平台，Tomcat 都扮演着关键角色。它的轻量级特性使其能够在资源有限的环境中高效运行，而强大的功能又足以支撑复杂的 Web 应用需求。

二、Tomcat 的安装与启动​

2.1 安装环境准备​

在 CentOS 7 系统上安装 Tomcat，首先需要确保系统已安装 Java 运行环境（JRE）或 Java 开发工具包（JDK）。可以通过以下命令检查 Java 版本：

java -version

如果系统未安装 Java，可使用以下命令安装 OpenJDK：

sudo yum install java-1.8.0-openjdk-devel

2.2 下载 Tomcat​

访问 Tomcat 官方网站（Apache Tomcat® - Welcome!），下载适合的 Tomcat 版本。在 CentOS 7 上，通常选择 Tomcat 的 tar.gz 压缩包。使用wget命令下载 Tomcat 9.0 版本（以实际最新版本为准）：

wget https://dlcdn.apache.org/tomcat/tomcat-9/v9.0.71/bin/apache-tomcat-9.0.71.tar.gz

2.3 解压与配置​

下载完成后，使用以下命令解压压缩包：

tar -zxvf apache-tomcat-9.0.71.tar.gz

将解压后的 Tomcat 目录移动到合适的位置，例如/usr/local/：

sudo mv apache-tomcat-9.0.71 /usr/local/tomcat

为了方便管理，可创建一个指向 Tomcat 目录的软链接：

sudo ln -s /usr/local/tomcat /usr/local/tomcat-latest

2.4 启动 Tomcat​

进入 Tomcat 的bin目录：

cd /usr/local/tomcat-latest/bin

执行启动脚本：

./startup.sh

执行命令后，终端会输出一系列启动信息，表明 Tomcat 正在启动。可以通过查看 Tomcat 的日志文件/usr/local/tomcat-latest/logs/catalina.out来确认启动是否成功。如果启动过程中出现错误，日志文件会记录详细的错误信息，方便排查问题。

三、Tomcat 架构解析​

Tomcat 的架构主要由 Server、Service、Connector 和 Container 四大组件构成，它们相互协作，共同完成 Web 请求的处理和响应。​

3.1 Server 组件​

Server 是 Tomcat 服务器的顶级组件，它代表整个 Tomcat 实例，负责管理一个或多个 Service。在/usr/local/tomcat-latest/conf/server.xml配置文件中，<Server>元素是根元素，定义了 Tomcat 服务器的基本属性和生命周期管理。

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN"><!-- 其他配置 -->
</Server>

其中，port属性指定了 Tomcat 服务器用于接收关闭命令的端口号，shutdown属性指定了关闭服务器时发送的命令字符串。当通过该端口发送指定的关闭命令时，Tomcat 服务器会优雅地停止运行。​

3.2 Service 组件

Service 组件包含一个或多个 Connector 和一个 Container。它的主要作用是将 Connector 接收到的请求转发给 Container 进行处理，并将 Container 处理后的响应通过 Connector 返回给客户端。在server.xml中，<Service>元素定义了 Service 组件的配置：

<Service name="Catalina"><!-- Connector配置 --><Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"connectionTimeout="20000"redirectPort="8443" /><!-- Container配置 --><Engine name="Catalina" defaultHost="localhost"><!-- 其他配置 --></Engine>
</Service>

3.3 Connector 组件​

Connector 负责处理网络通信，接收客户端的请求，并将请求转发给 Container。它支持多种协议，如 HTTP/1.1、AJP（Apache JServ Protocol）等。以 HTTP 协议的 Connector 为例，在server.xml中的配置如下：

<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"connectionTimeout="20000"redirectPort="8443" />

• port：指定 Connector 监听的端口号，默认值为 8080。​

• protocol：指定使用的协议，这里是 HTTP/1.1。​

• connectionTimeout：指定连接超时时间（单位：毫秒），超过该时间未完成的连接将被关闭。​

• redirectPort：当需要将 HTTP 请求重定向到 HTTPS 时，指定重定向的端口号，默认为 8443。

3.4 Container 组件​

Container 是 Tomcat 处理请求的核心组件，负责管理和执行 Servlet。它采用分层架构，由 Engine、Host、Context 和 Wrapper 四个子容器组成，层级关系为 Engine → Host → Context → Wrapper。​

        Engine：代表整个 Servlet 引擎，一个 Service 中只能有一个 Engine。它负责处理来自 Connector 的请求，并将请求分配给合适的 Host。

<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost"><!-- 其他配置 -->
</Engine>

        Host：代表一个虚拟主机，用于部署多个 Web 应用。每个 Host 可以包含多个 Context。

<Host name="localhost"  appBase="webapps"unpackWARs="true" autoDeploy="true"><!-- 其他配置 -->
</Host>

appBase属性指定了 Web 应用的部署目录，默认为webapps目录；unpackWARs属性表示是否自动解压 WAR 文件；autoDeploy属性表示是否自动部署 Web 应用。​

        Context：代表一个 Web 应用，每个 Web 应用对应一个 Context。它负责管理 Web 应用的资源、Servlet 映射等。

<Context path="/myapp" docBase="/usr/local/tomcat-latest/webapps/myapp"reloadable="true"><!-- 其他配置 -->
</Context>

path属性指定了 Web 应用的访问路径；docBase属性指定了 Web 应用的实际目录；reloadable属性表示当 Web 应用的类文件或配置文件发生变化时，是否自动重新加载应用。​

        Wrapper：代表一个 Servlet，它是 Container 的最底层容器，负责实例化和调用 Servlet。

四、Tomcat 核心功能详解​

4.1 Servlet 容器功能​

Servlet 是 Java Web 应用的核心组件，用于处理客户端请求并生成响应。Tomcat 作为 Servlet 容器，负责 Servlet 的生命周期管理，包括加载、实例化、初始化、服务请求和销毁。​

当 Tomcat 启动时，它会扫描 Web 应用的WEB-INF/classes目录和WEB-INF/lib目录下的类文件，加载所有定义的 Servlet 类。在接收到针对某个 Servlet 的请求时，Tomcat 会实例化该 Servlet 对象（每个 Servlet 在应用中只有一个实例），并调用其init方法进行初始化。然后，通过调用service方法处理请求，根据请求的 HTTP 方法（如 GET、POST 等）调用相应的doGet、doPost等方法。最后，当 Tomcat 关闭或 Web 应用重新部署时，会调用 Servlet 的destroy方法进行资源清理。​

以下是一个简单的 Servlet 示例，用于处理用户的登录请求：

import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.annotation.WebServlet;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;@WebServlet("/login")
public class LoginServlet extends HttpServlet {@Overrideprotected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {String username = request.getParameter("username");String password = request.getParameter("password");// 模拟登录验证if ("admin".equals(username) && "123456".equals(password)) {response.setContentType("text/html;charset=UTF-8");PrintWriter out = response.getWriter();out.println("<html>");out.println("<head><title>Login Success</title></head>");out.println("<body>");out.println("<h1>Welcome, " + username + "</h1>");out.println("</body>");out.println("</html>");} else {response.sendRedirect("login.html");}}
}

将上述 Servlet 代码编译后，放置在 Web 应用的WEB-INF/classes目录下，Tomcat 会自动识别并处理针对/login路径的请求。​

4.2 JSP 支持​

JSP 是一种动态网页技术，它允许在 HTML 页面中嵌入 Java 代码，从而实现动态内容的生成。Tomcat 对 JSP 提供了良好的支持，JSP 页面在运行时会被 Tomcat 转换成 Servlet 类并执行。​

例如，创建一个简单的 JSP 页面index.jsp，用于显示当前时间：

<%@ page contentType="text/html;charset=UTF-8" language="java" %>
<html>
<head><title>Current Time</title>
</head>
<body><h1>Current Time: <%= new java.util.Date() %></h1>
</body>
</html>

当用户访问该 JSP 页面时，Tomcat 会将index.jsp转换成一个 Servlet 类，该 Servlet 类的_jspService方法包含了生成页面内容的逻辑。在首次访问 JSP 页面时，Tomcat 会进行转换和编译操作，后续访问则直接执行已编译的 Servlet 类，提高了响应速度。​

4.3 Web 服务器功能

Tomcat 不仅是 Servlet 容器，还具备 Web 服务器的功能，能够处理 HTTP 请求和响应，提供静态资源（如 HTML、CSS、JavaScript 文件等）的服务。​

当 Tomcat 接收到一个 HTTP 请求时，首先由 Connector 组件接收请求，然后根据请求的 URL 路径判断是请求静态资源还是动态资源。如果是请求静态资源，Tomcat 会直接从 Web 应用的资源目录中读取相应文件，并将其作为响应返回给客户端；如果是请求动态资源（如 Servlet 或 JSP），则将请求转发给 Container 组件进行处理。​

例如，将一个index.html文件放置在 Web 应用的根目录下，用户通过浏览器访问http://localhost:8080/myapp/index.html时，Tomcat 会直接读取该文件并返回给用户。

4.4 管理和部署 Web 应用​

4.4.1 部署方式​

Tomcat 支持多种 Web 应用的部署方式，常见的有以下两种：​

• WAR 文件部署：将 Web 应用打包成 WAR 文件（类似于 ZIP 文件格式），然后将 WAR 文件放置在 Tomcat 的webapps目录下。Tomcat 会自动解压 WAR 文件，并部署其中的 Web 应用。例如，将开发好的myapp.war文件复制到/usr/local/tomcat-latest/webapps目录下，Tomcat 会自动解压并启动该应用。​

• 目录结构部署：将 Web 应用的目录结构直接放置在webapps目录下。目录结构应包含WEB-INF目录，其中WEB-INF/classes目录存放 Java 类文件，WEB-INF/lib目录存放依赖的 jar 包，WEB-INF/web.xml文件是 Web 应用的配置文件（在 Servlet 3.0 及以上版本中，也可以通过注解进行配置，web.xml文件不是必需的）。​

4.4.2 管理界面​

Tomcat 提供了一个基于 Web 的管理界面，方便用户管理和监控 Web 应用。要启用管理界面，需要在/usr/local/tomcat-latest/conf/tomcat-users.xml文件中添加管理用户和角色：

<tomcat-users xmlns="http://tomcat.apache.org/xml"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://tomcat.apache.org/xml tomcat-users.xsd"version="1.0"><role rolename="manager-gui"/><role rolename="admin-gui"/><user username="admin" password="admin" roles="manager-gui,admin-gui"/>
</tomcat-users>

上述配置添加了一个名为admin的用户，具有manager-gui和admin-gui角色，分别用于访问 Web 应用管理界面和服务器管理界面。​

添加用户后，重启 Tomcat，通过浏览器访问http://localhost:8080/manager/html（管理 Web 应用）或http://localhost:8080/host-manager/html（管理虚拟主机），输入用户名和密码即可进入管理界面。在管理界面中，可以查看已部署的 Web 应用列表、启动 / 停止应用、部署新应用等操作。​

4.5 安全性和会话管理​

4.5.1 安全性​

Tomcat 提供了多种安全管理功能，包括用户认证、授权和 SSL 支持等。​

• 用户认证和授权：通过在tomcat-users.xml文件中配置用户和角色，结合 Web 应用的web.xml文件中的安全约束配置，实现用户认证和授权。例如，在web.xml中配置对某个资源的访问权限：

<security-constraint><web-resource-collection><web-resource-name>Secure Area</web-resource-name><url-pattern>/admin/*</url-pattern></web-resource-collection><auth-constraint><role-name>admin</role-name></auth-constraint>
</security-constraint>
<login-config><auth-method>BASIC</auth-method><realm-name>Tomcat Realm</realm-name>
</login-config>

上述配置表示只有具有admin角色的用户才能访问/admin路径下的资源，认证方式为基本认证（BASIC）。​

• SSL 支持：为了保障数据传输的安全性，Tomcat 可以配置 SSL 证书，实现 HTTPS 协议。首先需要获取 SSL 证书（可以从证书颁发机构购买或使用自签名证书），然后在server.xml中配置 SSL Connector：

<Connector port="8443" protocol="org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol"maxThreads="150" SSLEnabled="true"><SSLHostConfig><Certificate certificateFile="conf/localhost.crt"certificateKeyFile="conf/localhost.key"type="RSA" /></SSLHostConfig>
</Connector>

certificateFile属性指定证书文件路径，certificateKeyFile属性指定私钥文件路径。配置完成后，重启 Tomcat，用户即可通过 HTTPS 协议访问 Web 应用。

4.5.2 会话管理​

会话管理用于跟踪用户在多次请求之间的状态，例如购物车信息、用户登录状态等。Tomcat 通过HttpSession对象实现会话管理。​

当用户首次访问 Web 应用时，Tomcat 会为用户创建一个唯一的会话 ID，并将其通过 Cookie 发送给客户端。后续用户的请求中会携带该会话 ID，Tomcat 根据会话 ID 识别用户的会话，并在服务器端维护会话相关的数据。​

以下是一个在 Servlet 中使用会话管理的示例，用于记录用户的访问次数：

import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.annotation.WebServlet;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import javax.servlet.http.HttpSession;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;@WebServlet("/counter")
public class CounterServlet extends HttpServlet {@Overrideprotected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {HttpSession session = request.getSession(true);Integer count