第1章 Tomcat技术介绍
Tomcat是Apache Jakarta软件组织的一个子项目，Tomcat是一个JSP/Servlet容器，它是在SUN公司的JSWDK（Java Server Web Development Kit）基础上发展起来的一个JSP和Servlet规范的标准实现，使用Tomcat可以体验JSP和Servlet的最新规范。经过多年的发展，Tomcat不仅是JSP和Servlet规范的标准实现，而且具备了很多商业Java Servlet容器的特性，并被一些企业用于商业用途。
本章介绍Tomcat的结构、工作模式和一些基本的特性，以及安装Tomcat的步骤。
1.1 Servlet容器介绍
Servlet是一种运行在支持Java语言的服务器上的组件，它与普通Java类的区别就是它运行在服务器上。使用Servlet可以很轻松地扩展Java网络服务器的功能，为网络客户提供安全可靠的、易于移植的动态网页。由于Java语言本身的平台无关性，加之Servlet运行在服务器端，所以Servlet的运行对用户是完全透明的。
Servlet容器的作用是负责处理客户请求。当客户请求来到时，Servlet容器获取请求，然后调用某个Servlet，并把Servlet的执行结果返回给客户。Tomcat就是起这样的作用（与其他的Servlet容器如resin等功能相似）。
当客户请求某个资源时，Servlet容器使用ServletRequest对象把客户的请求信息封装起来，然后调用Java Servlet API中定义的Servlet的一些生命周期方法，完成Servlet的执行，接着把Servlet执行的要返回给客户的结果封装到ServletResponse对象中，最后Servlet容器把客户的请求发送给客户，完成为客户的一次服务过程。Servlet容器的作用如图1.1所示。
图1.1 Servlet容器的作用
1.2 Tomcat的工作模式
Tomcat作为Servlet容器，有3种工作模式：独立的Servlet容器、进程内的Servlet容器和进程外的Servlet容器。下面分别介绍这3种工作模式。
1.2.1 独立的Servlet容器
Tomcat作为独立的Servlet容器时，它是内置在Web服务器中的一部分，是指使用基于Java的Web服务器的情形，例如Servlet容器是Java Web Server的一部分。独立的Servlet容器是Tomcat的默认模式。然而，大多数的Web服务器并非基于Java，所以Tomcat又发展了其他两种工作模式以与非基于Java的Web服务器结合。
1.2.2 进程内的Servlet容器
Tomcat作为进程内的Servlet容器时，Servlet容器是作为Web服务器的插件和Java容器的实现。
Web服务器插件在内部地址空间打开一个JVM（Java Virtual Machine）使Java容器得以在内部运行。如有某个需要调用Servlet的请求，插件将取得对此请求的控制并将它传递（使用JNI）给Java容器。进程内的容器对于多线程、单进程的服务器非常适合，并且提供了很好的运行速度，只是伸缩性有所不足。
注意：JNI是Java Native Interface的简写，它是Java本地调用接口。通过这个接口，Java程序可以和其他语言编写的本地程序进行通信。
1.2.3 进程外的Servlet容器
Tomcat作为进程外的Servlet容器时，Servlet容器运行于Web服务器之外的地址空间，并且作为Web服务器的插件和Java容器的实现的结合。
Web服务器插件和Java容器JVM使用IPC机制（通常是TCP/IP）进行通信。当一个调用Servlet的请求到达时，插件将取得对此请求的控制并将其传递（使用IPC等）给Java容器，进程外容器的反应时间或进程外容器引擎不如进程内容器，但进程外容器引擎在许多其他可比的方面更好（如伸缩性、稳定性等）。
注意：IPC是Interprocess Communication（进程间通信）的简写，它是实现进程间通信的一种技术。
Tomcat既可作为独立的容器（主要用于开发与调试），又可作为对现有服务器的附加（当前支持Apache、IIS和Netscape服务器）。所以在配置Tomcat时，必须决定如何应用它，如果选择第2或第3种模式，还需要安装一个Web服务器接口。
对于Tomcat如何与其他服务器集成，可以参考本书第31章“整合Tomcat与Web服务器”中的介绍。
1.3 Tomcat的组织结构
Tomcat是一个基于组件的服务器，它的构成组件都是可配置的，其中最外层的组件是Catalina Servlet容器，其他的组件按照一定的格式要求配置在这个顶层容器中。
Tomcat的各个组件是在<TOMCAT_HOME>\conf\server.xml文件中配置的，Tomcat服务器默认情况下对各种组件都有默认的实现，下面通过分析server.xml文件来理解Tomcat的各个组件是如何组织的。server.xml文件的基本组成结构如下。
<Server> 顶层类元素：可包含多个Service。
<Service> 顶层类元素：可包含一个Engine，多个Connector。
<Connector/> 连接器类元素：代表通信接口。
<Engine> 容器类元素：为特定的Service组件处理所有客户请求，可包含多个Host。
<Host> 容器类元素：为特定的虚拟主机处理所有客户请求，可包含多个Context。
<Context> 容器类元素：为特定的Web应用处理所有客户请求。
</Context>
</Host>
</Engine>
</Service>
</Server>
以上的类XML的代码就是server.xml文件的基本组成结构，一个元素代表一个组件。下面分别介绍这些组件。
1.3.1 Server组件
Server组件对应<Server>元素，它是配置文件的最顶层元素，代表一个服务器。一个配置文件中只能有一个<Server>元素。
1.3.2 Service组件
Service组件是一些Connector组件的集合，它本身不是一个容器，所以在这里不能定义日志等组件。一个Service组件中只能有一个Engine组件，可以包含多个Connector组件。
1.3.3 Connector组件
Connector组件表示一个接口，通过这个接口接收客户的请求，然户发送给其他的容器组件，最后再把服务器的响应结果传递给客户。
1.3.4 容器类元素
上面介绍的3个组件本身并不能处理客户请求，也不能生成响应。在Tomcat中只有3个组件是可以处理客户请求并生成响应的，这3个组件分别是Engine、Host和Context组件。这3个组件分别代表了不同的服务范围，通过嵌套关系可以知道3个组件的范围有如下的关系：Engine>Host>Context。
Engine组件下可以包含多个Host组件，它为特定的Service组件处理所有客户请求。
一个Host组件代表一个虚拟主机，一个虚拟主机中可以包含多个Web应用（Context组件）。
Context组件代表一个Web应用。
Tomcat的各个组件关系，可以用图1.2描述。
图1.2 Tomcat的各个组件关系
1.4 Java Web应用简介
在SUN的Java Servlet规范中，对Java Web应用的定义是：Java Web应用是由一些Servlet、HTML页面、Java类、JSP页面和一些其他的资源构成的。它可以在各种实现了Servlet规范的各种厂商的Web应用容器中运行。Tomcat就是这样一个实现了Servlet规范的Servlet/JSP容器。
一个Java Web应用在Tomcat中与一个Context元素对应，也就是说一个Context元素定义了一个Java Web应用，它们是一一对应的关系。
通过前面的定义可以知道，在一个Java Web应用中可以包含如下内容：
Servlet
JSP页面
Java类
静态资源（HTML文档、图片等）
描述Web应用的描述文件
客户每次提出请求时指定要访问的资源，如果客户没有指定具体资源，Tomcat使用默认的资源响应客户，显示文件夹中的资源列表或者提示错误。
例如Tomcat安装成功后，会默认配置好了servlets-examples和jsp-examples两个Web应用，如果访问这两个应用，则Tomcat为其服务的过程如图1.3所示。
图1.3 多个Web应用时Tomcat服务的过程
1.5 Tomcat的安装配置
Tomcat是基于Java的一个Servlet容器，它的运行离不开JDK的支持。所以，要首 先安装JDK，然后才能正确安装Tomcat。下面就一步步介绍如何从零开始安装Tomcat服务器。
1.5.1 j2sdk的安装
j2sdk是Java语言的编译环境，可以从SUN公司的网站上免费下载。下载网址是：
http://java.sun.com/j2se/downloads/index.html
把JDK下载后执行安装程序，假定安装目录是C:\j2sdk1.4.2，把这个目录设定为JAVA_HOME。
安装完成后，需要做些配置工作，JDK才能开始正常工作，可以按照下面介绍的步骤配置JDK。
（1）在桌面上右击【我的电脑】，选择【属性】命令，在出现的对话框中选择【高级】选项卡，然后单击【环境变量】按钮，出现如图1.4所示的对话框。
（2）检查在【系统变量】部分是否有Path变量，如果没有新建一个名为Path的变量，则添加路径C:\j2sdk1.4.2\bin;；如果有，则在原有路径的末尾添加C:\j2sdk1.4.2\bin;。效果如图1.5所示。
图1.4 环境变量设置 图1.5 设置Path变量
（3）单击【确定】按钮，保存所做的修改。
（4）新建一个系统变量，名为JAVA_HOME，值为C:\j2sdk1.4.2。
（5）新建一个系统变量，名为CLASSPATH，值为.;C:\j2sdk1.4.2\lib\tools.jar;C:\j2sdk1.4.2\ lib\dt.jar。
注意：CLASSPATH变量的值必须以“.;”开头。
下面编写一个简单的Java程序测试JDK的安装。HelloWorld.java的代码如下：
public class HelloWorld{
public static void main(String args[]){
System.out.println("Hello JDK");
}
}
把这个文件保存为HelloWorld.java，然后在HelloWorld.java文件所在的目录执行以下命令：
javac HelloWorld.java
java HelloWorld
程序运行的效果如图1.6所示。
图1.6 JDK安装测试
如果运行效果与图1.6一样输出了Hello JDK字符串，就表明JDK安装配置成功了；如果提示错误或者输出不正确，可检查配置的过程是否与上面介绍的一样。
1.5.2 使用可执行文件安装Tomcat
只有在确保JDK安装正确的情况下才可以安装Tomcat，Tomcat提供了可执行文件的安装程序，可以从其官方网站免费下载，网址为
http://jakarta.apache.org/tomcat/index.html。
笔者使用的版本是Tomcat 5.0.28，不同的版本功能基本一致，其不同之处会在后面介绍。执行Tomcat 5.0.28安装程序，使用默认设置就可以了。
假定安装的主目录是C:\Tomcat 5.0，把它设定为TOMCAT_HOME，按照1.5.1节中介绍的步骤添加一个新的系统变量TOMCAT_HOME，将其值设置为C:\Tomcat 5.0（Tomcat安装的主目录），然后单击【确定】按钮，保存所做的更改。
1.5.3 解压安装Tomcat
解压安装Tomcat与使用可执行安装程序的配置过程是基本一样的。
（1）把压缩包解压到硬盘的某个目录，并指定这个目录为TOMCAT_HOME。
（2）像使用可执行文件安装Tomcat那样设置TOMCAT_HOME环境变量。
注意：解压安装的Tomcat需要直接运行TOMCAT_HOME\bin目录下的启动脚本startup.bat来启动。
另外，在解压缩时没有设置Tomcat管理程序的用户名和密码，所以，如果要使用Tomcat的Admin和Manager应用来管理Tomcat的各种资源必须手动添加用户角色、用户名和密码，具体添加的方法参考本书第14章“Tomcat安全”中关于用户角色和Web应用安全限制的介绍。
1.6 基本的安装测试
按照上面介绍的步骤安装好Tomcat后，可以启动Tomcat并测试其安装是否正确。
如果使用可执行文件安装Tomcat，可以在Windows系统中选择【开始】/【所有程 序】/Apache Tomcat 5.0/Configure Tomcat，在弹出的对话框中单击Start按钮，就可以启动Tomcat了。
注意：关于Tomcat的启动和关闭方法还有几种，在后面将会介绍。
Tomcat启动完成后，在浏览器地址栏中输入http://localhost:8080/，可以看到如图1.7所示的Tomcat的欢迎页面。
单击该页面左下角的Servlet Examples链接，执行名为Request Info的例子，此时页面显示如图1.8所示。
图1.7 Tomcat的欢迎页面 图1.8 Request Info应用的执行效果
1.7 Tomcat Admin的安装
Tomcat的版本从5.5.x开始不再在Tomcat的安装程序中提供Admin和Manager两个用于管理Tomcat资源的Web应用，如果开发者需要使用这两个应用程序，必须重新下载安装。要手动安装Admin应用程序，可以按照下面的步骤进行：
（1）从Tomcat的官方网站免费下载Admin应用程序。
（2）把下载后的压缩包解压缩到本地硬盘。
（3）把解压目录下的conf和server文件夹复制到<TOMCAT_HOME>目录下，然后启动Tomcat，在浏览器地址栏中输入网址。
http://localhost:8080/admin/
此时可以看到页面显示如图1.9所示。
图1.9 成功安装Admin应用程序
注意：如果使用后安装的Admin或者Manager应用，需要在Tomcat设置相应的用户名和用户角色，才可以登录这两个应用程序对Tomcat系统进行管理，具体设置方法见本书第14章“Tomcat安全”。
1.8 Tomcat启动分析
Tomcat有多种启动方式，下面根据不同的安装方式对Tomcat的启动方式进行介绍，然后简单分析Tomcat的启动脚本。
如果使用Tomcat的Windows安装程序安装Tomcat，可以在Windows的所有程序列表中找到启动Tomcat的程序，具体方法在介绍Tomcat的安装测试时有过介绍，这里不再 详述。
如果在安装时，把Tomcat安装为Windows服务，也可以从Windows服务窗口中启动Tomcat。具体步骤如下：
（1）在【控制面板】窗口中双击【管理工具】。
（2）在管理工具页面中双击【服务】快捷方式。
（3）在【服务】控制台中右部的列表中找到【Tomcat服务】一项，并双击，出现如图1.10所示对话框。
图1.10 使用Tomcat服务启动Tomcat
（4）使用【启动】和【停止】按钮启动和关闭Tomcat。
注意：这种方式只在Tomcat被设置为Windows服务时可用。
还有一种方式是直接运行Tomcat的启动批处理文件startup.bat，这种方式无论对于使用安装程序安装的还是解压缩安装的都可用。启动批处理文件startup.bat位于<TOMCAT_HOME>\bin目录下，双击这个批处理文件就可以启动Tomcat。另外还有一个批处理文件shutdown.bat用于关闭Tomcat。
通过分析startup.bat文件和shutdown.bat文件可以发现，它们都调用了同一目录下的catalina.bat脚本文件，只是使用了不同的初始化参数，例如startup.bat文件使用start参数调用catalina.bat脚本文件，而shutdown.bat文件使用stop参数调用，catalina.bat脚本文件还允许一些其他的传入参数，如表1.1所示。
表1.1 catalina.bat脚本文件的参数
参 数 描 述
start 启动Tomcat服务器（新窗口）
stop 关闭Tomcat服务器
run 启动Tomcat服务器
debug 以debug模式启动Tomcat服务器
embedded 以embedded模式启动Tomcat服务器
1.9 Tomcat版本选择
Tomcat是Servlet规范的标准实现，随着SUN不断推出新版本的Servlet和JSP的规范，Tomcat的版本也随之不断地升级，现在最新的版本是5.5.11，但是还有大量的早期版本的Tomcat在被使用。在实际应用中，需要根据所使用的Servlet和JSP的版本来选择Tomcat，Tomcat版本和Servlet规范的对应关系如表1.2所示。
表1.2 Tomcat版本和Servlet规范的对应关系
Servlet/JSP规范版本 Tomcat版本
2.4/2.0 5.x
2.3/1.2 4.1.31
2.2/1.1 3.3.2
Tomcat的版本已经发展到了5.5.x，它的发展也受到了很多开发者的关注，但是如果在Web应用中并没有使用很多Servlet规范新版本里的技术，总是使用最新版本的Tomcat并不是一个明智的选择。其中Tomcat 4.1.x是比较稳定和成熟的版本（对于使用Servlet 2.3版以下的应用程序），被广泛应用到实际的Web应用的开发中。下面介绍各个版本的特点，希望通过对这些版本的简单介绍，可以使读者对Tomcat的过去、现在和发展有所了解。
Apache Tomcat 5.5.x：虽然它和Apache Tomcat 5.0.x支持同样版本的Servlet和JSP标准，但是它在很多方面也有比较大的改变，使得它在性能、稳定性、总花费时间等方面都有了很大的改进。
Apache Tomcat 5.0.x：它相对于Apache Tomcat 4.1在很多方面作了改进。包括如下 方面：
对性能作了优化，减少了垃圾回收的时间。
重新设计了应用程序部署器，可以使用一个可选的应用程序部署器完成验证和 编译。
使用JMX技术对服务器进行监控。
加强了服务器的可扩展性和可靠性。
增强了Taglibs的处理能力。
使用Windows和UNIX本地的包装器改进了平台集成性。
增强的Security Manager支持。
完善了会话集群。
Apache Tomcat 4.x：在Apache Tomcat 4.x里实现了一个新的名为Catalina的Servlet容器，它是基于一个完全新的体系结构的、完全放弃了Tomcat 3.x的构架。
Apache Tomcat 4.1.x：Apache Tomcat 4.1.x是Apache Tomcat 4.0.x的一个升级，有很多新的关键更新，包括以下内容。
基于JMX的管理控制。
实现了新的Coyote connector（支持HTTP/1.1、AJP 1.3和JNI）。
重写了Jasper JSP编译器。
提高了Web管理应用与开发工具的集成。
提供了客户化的Ant任务，使Ant程序根据build.xml和Web管理应用交互。
Apache Tomcat 3.x是比较原始的版本，这里就不介绍了。
注意：JMX是Java Management Extensions的缩写，它是SUN提出的Java管理扩展规 范，是构建服务器等对应用程序进行管理的程序很好的选择，具体更详细的信息可以参考本书第13章JMX (Java Management Extensions)中的介绍。
1.10 相 关 问 题
为什么访问JSP页面时会出现Unable to find a javac compiler; com.sun.tools.javac.Main is not on the classpath.Perhaps JAVA_HOME does not point to the JDK？这样的错误如何解决？
打开Configure Tomcat，选中JAVA选项，改动Java Classpath，在<TOMCAT_HOME>\ bin\bootstrap.jar后添加%JAVA_HOME%/lib/tools.jar就行了，如果使用%JAVA_HOME%不起作用，可以设定绝对路径，如c:/j2skd/lib/tools.jar。
还有一种办法是重新检查JDK的配置，确认其正确无误后，重新安装Tomcat。这一般是由于在安装Tomcat之前JDK的配置不正确造成的。
1.11 小 结
本章介绍了Servlet容器——Tomcat的一些基本知识，包括提供服务的过程、基本构成组件、如何安装等，其中Tomcat提供服务的过程和Tomcat基本构成组件的关系是本章的一个难点，一般初学者是比较难掌握的，可以先学习一下后面的知识，对使用Tomcat开发Web应用有一定的了解后，再回来对照本章的介绍深入理解这些知识。
在后面的几章中会陆续介绍使用Tomcat进行开发所需要使用的技术，为了使读者能够顺利地使用Tomcat验证这些章节中的例子，在第2章中将介绍一些Tomcat中常用技术的配置方法。
