Java-45 深入浅出 Tomcat 核心架构与处理流程全解析Coyote IO模型与协议

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浏览器访问流程

HTTP请求的处理流程如下：

注意：浏览器访问服务器使用的是HTTP协议，HTTP是应用层的协议，用于定义数据通信的格式，具体的数据传输使用的是TCP/IP协议。

• 用户输入 URL：用户在浏览器地址栏输入例如 https://www.example.com。
• URL 解析：浏览器将 URL 分解为，协议：https，主机名（域名）：www.example.com，路径：/（默认首页），端口：默认 443（HTTPS）或 80（HTTP）
• DNS 解析（域名解析）：浏览器向本地 DNS 服务器查询 www.example.com 的 IP 地址,查找缓存（浏览器缓存、操作系统缓存、路由器、ISP DNS 等）,找不到就迭代查询根域名服务器、顶级域名服务器、权威域名服务器,最终返回一个 IP 地址，例如 93.184.216.34
• 建立 TCP 连接（三次握手）：浏览器通过本地网络与目标服务器建立 TCP 连接（如果是 HTTPS，还有 TLS 协议协商），客户端：发送 SYN 报文，服务器：回应 SYN-ACK，客户端：发送 ACK，连接建立成功
• （HTTPS专属）进行 TLS 握手：如果是 HTTPS，继续进行加密握手，协商加密算法，交换证书，验证服务器合法性，生成对称加密密钥，建立加密通信通道
• 浏览器发送 HTTP 请求
• 服务器处理请求服务器接收到请求后，查找对应资源（静态文件或动态处理），执行逻辑（如调用后端程序、查询数据库等），返回 HTTP 响应报文
• 服务器响应 HTTP 报文
• 浏览器渲染页面浏览器接收到 HTML 后，开始渲染流程：，构建 DOM 树（HTML 结构），构建 CSSOM 树（CSS 规则），构建 Render Tree，布局（Layout）：计算元素大小和位置，绘制（Paint）：像素填充，合成与显示（Composite）。如果页面中还有 CSS、JS、图片等资源：浏览器会并发发起多个 后续 HTTP 请求，重复上面的步骤，按需执行 JS、应用样式、处理事件等

输入 URL↓
DNS解析 → 获取IP↓
建立TCP连接（三次握手）↓
若HTTPS → TLS握手↓
发送HTTP请求↓
服务器处理并返回响应↓
浏览器渲染内容↓
继续发起资源请求 + 执行JS + 渲染页面

整体架构

大致流程

Tomcat 是一个 HTTP 服务器，我们使用浏览器向某一个网站发起请求，发出HTTP请求，那么在远程，HTTP服务器接收到这个请求之后，会调用具体的程序（Java类）进程处理，往往不同的请求由不同的Java进行处理。

Tomcat的内部图如下所示：

HTTP服务器接收到请求之后把请求交给 Servlet 容器来处理，Servlet容器通过Servlet接口调用业务的类，Servlet接口和Servlet容器这一整套内容叫做Servlet规范。

注意：Tomcat既按照Servlet规范的要求去实现了Servlet容器，同时它也具有HTTP服务器的功能。

容器处理流程

当用户访问某个URL资源时：
● 1 HTTP服务器会把请求信息使用ServletRequest对象封装起来
● 2 进一步去调用Servlet容器中某个具体的Servlet
● 在2中，Servle容器拿到请求之后，根据URL和Servlet的映射关系，找到相应的Servlet
● 如果Servlet还没有被加载，就用反射机制创建这个Servlet，并调用Servlet的init方法来完成对象的初始化
● 接着调用这个具体的Servlet的service方法来处理请求，请求处理结果使用ServletResponse对象封装
● 把ServletResponse 对象返回给HTTP服务器，HTTP服务器会把响应发送给客户端

总体架构

通过上面的讲解，我们发现Tomcat有两个非常重要的功能需要完成：
● 和客户端浏览器进行交互，通过Socket通信，将字节流和Request/Response等对象进行转换
● Servlet容器处理业务逻辑

Tomcat设计了两个核心组件：
● 连接器（Connector）：负责对外交流，处理Socket连接，负责网络字节流与Request、Response对象的转化
● 容器（Container）：加载和管理Servlet，以及具体处理Request请求

连接器组件 Coyote

Coyote 是 Tomcat 中连接器的组件名称，是对外的接口，客户端通过 Coyote 与服务器建立连接、发送请求并接受响应。
● Coyote 封装了底层的网络通信（Socket请求及响应处理）
● Coyote 使 Catalina 容器（容器组件）与具体的请求协议及IO操作方式完全解耦
● Coyote 将 Socket 输入转换封装为 Request 对象，进一步封装后交由 Catalina 容器进行处理，处理请求完成后，Catalina 通过 Coyote 提供的 Response 对象将结果写入输出流
● Coyote 负责的是具体协议（应用层）和 IO（传输层）相关内容

Coyote 支持 IO 模型与协议

在 8.0 之前，Tomcat默认采用的是 I/O方式 BIO，之后改为 NIO。
无论是 NIO、NIO2、APR，在性能方面优于以往的 BIO。
如果采用 APR，甚至可以达到 Apache HTTP Server 的性能性能。