如何实现Tomcat请求处理

发布时间：2022-01-12 17:31:41 作者：柒染
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# 如何实现Tomcat请求处理

## 摘要
本文深入剖析Apache Tomcat服务器的请求处理机制，从架构设计到核心组件协作，详细讲解请求从TCP/IP层到应用层的完整生命周期。文章包含连接器配置优化、容器处理流程、线程模型等关键技术细节，并附有性能调优建议和常见问题解决方案。

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## 1. Tomcat架构概述
Apache Tomcat作为Java EE Servlet规范的实现，采用分层架构设计：

```mermaid
graph TD
    A[Client] --> B[Connector]
    B --> C[Engine]
    C --> D[Host]
    D --> E[Context]
    E --> F[Wrapper]
    F --> G[Servlet]

1.1 核心组件

Connector：处理网络通信（HTTP/1.1、HTTP/2、AJP）
Container：包含Engine/Host/Context/Wrapper四级容器
Pipeline-Valve：责任链处理模式
Thread Pool：处理请求的Executor实现

2. 请求处理全流程

2.1 网络层处理

TCP连接建立

NioEndpoint启动时创建：

public void start() throws Exception {
   serverSock = ServerSocketChannel.open();
   serverSock.socket().bind(address, backlog);
}

Acceptor线程处理三次握手（默认1个线程）

请求解析阶段

Http11Processor处理HTTP报文：

public boolean parseRequest() {
   while(!endOfMessage()) {
       parseHeader();
       if(isChunked()) handleChunkedTransfer();
   }
}

2.2 容器处理流程

Mapper路由匹配

public void map(MessageBytes host, MessageBytes uri) {
   // 精确匹配Context路径
   Context context = exactFind(uri);
   // 通配符匹配Servlet映射
   Wrapper wrapper = context.findServletMapping(uri);
}

FilterChain执行

public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse res) {
   if(pos < filters.length) {
       filters[pos++].doFilter(req, res, this);
   } else {
       servlet.service(req, res);
   }
}

Servlet生命周期
- 首次请求时触发init()
- 线程池调用service()方法
- 销毁时执行destroy()

3. 关键配置优化

3.1 Connector配置

<Connector 
    port="8080"
    maxThreads="200" 
    minSpareThreads="10"
    acceptCount="100"
    connectionTimeout="20000"
    maxConnections="10000"
    enableLookups="false"
    URIEncoding="UTF-8"/>

参数	建议值	说明
maxThreads	CPU核心数*200	处理请求的最大线程数
acceptCount	maxThreads*2	等待队列长度
connectionTimeout	20000-30000ms	防止慢连接攻击

3.2 容器配置

<Context 
    reloadable="false" 
    cachingAllowed="true"
    useHttpOnly="true">
    <Resources cachingAllowed="true"/>
</Context>

4. 线程模型分析

4.1 NIO模式线程分配

pie
    title 线程类型占比
    "Acceptor" : 1
    "Poller" : 2-4
    "Worker" : "maxThreads"

Poller线程：使用Selector检测就绪事件


protected void poll() {
  selector.select(selectorTimeout);
  Iterator<SelectionKey> it = selector.selectedKeys().iterator();
  while(it.hasNext()) {
      processKey(it.next());
      it.remove();
  }
}

4.2 异步处理

@WebServlet(asyncSupported=true)
public class AsyncServlet extends HttpServlet {
    public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse res) {
        AsyncContext ctx = req.startAsync();
        executor.submit(() -> {
            // 异步处理
            ctx.complete();
        });
    }
}

5. 性能调优实践

5.1 内存泄漏防护

检测工具：
```
jmap -histo:live <pid>
```
常见泄漏点：
- 静态集合持有Request对象
- ThreadLocal未清理
- 未关闭的JDBC连接

5.2 监控指标

指标	健康值	检测方式
线程池使用率	<70%	JMX
平均处理时间	<500ms	AccessLog
错误率	<0.5%	ErrorPage统计

6. 常见问题排查

6.1 连接数问题

症状：Too many open files错误 解决方案： 1. 调整系统限制：

   ulimit -n 65535

优化keepalive配置：


<Connector keepAliveTimeout="30000" maxKeepAliveRequests="100"/>

6.2 线程阻塞

诊断步骤： 1. 获取线程dump：

   kill -3 <pid>

分析阻塞栈：


"http-nio-8080-exec-1" #20 daemon prio=5 os_prio=0 tid=0x00007f8b3c0b8000 nid=0x5e1e waiting on condition [0x00007f8b1a7e7000]
  java.lang.Thread.State: WTING (parking)
    at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
    - parking to wait for  <0x00000000f8508f50> (a java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject)

7. 高级特性

7.1 嵌入式Tomcat

public class EmbeddedTomcat {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Tomcat tomcat = new Tomcat();
        Context ctx = tomcat.addContext("", null);
        Tomcat.addServlet(ctx, "hello", new HelloServlet());
        ctx.addServletMappingDecoded("/*", "hello");
        tomcat.start();
        tomcat.getServer().await();
    }
}

7.2 热部署机制

后台线程检测：


protected void backgroundProcess() {
   if(reloadable && isModified()) {
       getThreadPool().execute(new ReloadTask());
   }
}

参考文献

Apache Tomcat 9官方文档
《深入剖析Tomcat》- Budi Kurniawan
Java Servlet 3.1规范

本文基于Tomcat 9.0.x版本分析，不同版本实现细节可能存在差异。实际生产环境配置需结合压力测试结果调整。 “`

该文档包含以下技术要点： 1. 完整请求处理流程图解 2. 关键类方法代码片段 3. 配置参数优化对照表 4. 线程模型可视化展示 5. 性能指标监控体系 6. 实际问题解决方案 7. 嵌入式开发示例

可根据实际需要补充以下内容： - 具体版本的性能测试数据 - 特定场景的配置模板 - 与Nginx的集成方案 - 更详细的内存分析案例