Apache Tomcat 8.5.49：Java Web应用服务器的纯净版本
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简介：Apache Tomcat 8.5.49是开源Java Servlet容器，遵循Java EE规范，适用于开发和部署Java Web应用。本版本特为优化而设计，无多余插件或配置，提供稳定的基础环境。它支持关键Java Web组件如Servlet 3.1, JSP 2.3和EL 3.0，并具有清晰的配置文件、标准目录结构和安全机制。掌握部署、性能优化和故障排查技巧对于Java Web开发至关重要。 
1. Apache Tomcat概述与版本
Apache Tomcat 是一个开源的Servlet容器，用于运行Java Servlet和JavaServer Pages (JSP) Web应用程序。它是 Jakarta Servlet 和 Jakarta Server Pages 规范的官方参考实现的一部分，因此经常在Web应用服务器的生态系统中扮演重要角色。
概述
Tomcat作为Web服务器，承担着客户端请求和服务器响应的处理工作。它提供了一套简单但功能强大的API来处理HTTP请求，并能够以线程的形式执行Java代码，以便处理更复杂的业务逻辑。作为Apache软件基金会的项目，Tomcat广泛受到开发人员和企业的信任。
版本演进
自1999年发布第一个版本以来，Tomcat经历了多次迭代更新，每个新版本都在性能、稳定性和安全性方面进行了改进。特别是从Tomcat 7开始，引入了对Servlet 3.0规范的支持，并在后续版本中不断优化。了解Tomcat的版本演进，有助于开发者选择合适的版本以适配特定的技术需求。以下是一个简化的版本时间线：
- Tomcat 4 ：增加了对Servlet 2.3和JSP 1.2的支持。
- Tomcat 5 ：引入了对Servlet 2.4和JSP 2.0的支持。
- Tomcat 6 ：增加了对Servlet 2.5的支持。
- Tomcat 7 ：支持Servlet 3.0，增加了异步处理和非阻塞I/O支持。
- Tomcat 8 ：支持Servlet 3.1和JSP 2.3。
- Tomcat 9 ：支持Servlet 4.0和JSP 2.3的增强功能。
通过这一系列的版本更迭，Tomcat逐步构建起了它强大的功能和广泛的应用基础。随着新的网络技术的发展，Tomcat也不断在优化性能和扩展功能上前进，以满足现代Web应用的需求。对于开发人员而言，选择适合自己项目的Tomcat版本，是项目成功的关键一步。
2. Java Servlet功能与支持
Java Servlet是Java EE（现在是Jakarta EE）技术的重要组成部分，它提供了一个基于Java的服务器端编程模型，用于扩展服务器的功能。Servlet能够响应任何类型的请求，但通常用于扩展Web服务器，处理HTML表单提交、动态生成HTML内容等任务。
2.1 Servlet基础
2.1.1 Servlet的生命周期
Servlet通过一系列明确的阶段来响应客户端请求：加载、实例化、初始化、服务请求、销毁。了解这些阶段有助于开发出更稳定、高效的Web应用。
-
加载与实例化 ： Servlet容器（如Tomcat）负责Servlet的加载与实例化。当Web应用启动或第一次请求到来时，容器加载Servlet类并实例化一个Servlet对象。
-
初始化 ： 初始化阶段是通过调用
init()方法来完成的，这仅在Servlet首次加载到容器时发生一次。在这个方法中，可以进行资源初始化，例如数据库连接等。 -
服务请求 ： 这是Servlet生命周期中最重要的部分。每当客户端请求到达时，Servlet容器创建一个
HttpServletRequest对象和一个HttpServletResponse对象，然后调用Servlet的service()方法。根据请求类型（GET、POST等），service()方法会调用doGet(),doPost(),doPut(), 等方法中的一个。 -
销毁 ： 当Web应用卸载或Servlet容器终止时，会调用
destroy()方法。在这个方法中，可以进行资源释放等清理工作。
2.1.2 Servlet与HTTP请求/响应
Servlet通过处理 HttpServletRequest 和 HttpServletResponse 对象来实现与HTTP协议的交互。以下是一个简单的Servlet示例，演示了如何响应GET和POST请求：
import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
import java.io.IOException;
public class HelloServlet extends HttpServlet {
@Override
public void init() {
// 初始化代码
}
@Override
protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {
// 处理GET请求
response.setContentType("text/html");
response.getWriter().println("Hello, World!
");
}
@Override
protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {
// 处理POST请求
response.setContentType("text/html");
response.getWriter().println("Form submitted!
");
}
@Override
public void destroy() {
// 销毁代码
}
}
在此代码中， doGet() 方法处理GET请求，而 doPost() 方法处理POST请求。通过 response.setContentType() 方法设置响应内容类型， response.getWriter() 获取输出流用于写入响应内容。
2.2 Servlet技术深入
2.2.1 Servlet过滤器和监听器
Servlet过滤器是一种用于拦截请求和响应的组件，可以用于执行请求处理前后的预处理和后处理任务，比如日志记录、内容转换、数据压缩等。而监听器用于监听Web应用中发生的事件，如请求的开始与结束、会话的创建和销毁等。
2.2.2 Servlet会话管理
Servlet会话管理指的是跟踪用户在Web应用中的活动，确保用户的请求能够被正确关联。典型的会话管理机制包括：
- 会话跟踪 ：通过会话cookie或URL重写来跟踪用户会话。
- 会话超时 ：会话对象可以在一定时间内无活动后自动失效。
- 会话监听器 ：可以监听会话的创建、激活、失效等事件。
Servlet会话管理涉及的 HttpSession 接口提供了跟踪用户会话的方法。例如，通过 session.invalidate() 方法可以立即使会话无效，而 session.setMaxInactiveInterval() 方法则可以设置会话的最大非活动时间。
在了解了Servlet基础和深入技术之后，开发者可以充分利用Servlet的强大功能来构建复杂的Web应用，实现业务逻辑与HTTP层的完美对接。接下来的章节将探讨JSP技术及其与Servlet的关系，进一步提升Web开发能力。
3. JSP技术与动态网页生成
3.1 JSP基本原理
3.1.1 JSP与Servlet的关系
JSP（Java Server Pages）和Servlet都是Java技术中用于Web开发的组件，它们之间的关系是互补而不是竞争。Servlet是一种程序，能够在服务器上执行Java代码，并将生成的HTML直接发送到客户端。而JSP则是一种页面技术，允许开发者将Java代码嵌入到HTML页面中，从而生成动态内容。
JSP页面在第一次被请求时，会被服务器转换成Servlet，这个过程称为JSP的翻译。生成的Servlet负责处理后续的请求。这种机制使得JSP成为一种更为简便的开发方式，尤其适合那些需要快速生成HTML的场景。但是，由于JSP会转化为Servlet运行，所以它的性能通常不如直接编写的Servlet。
3.1.2 JSP页面的生命周期
JSP页面的生命周期包括以下几个阶段：
- 翻译阶段 ：当JSP页面第一次被访问时，JSP引擎将其转换为Servlet源文件，并编译成.class文件。
- 加载和实例化阶段 ：如果转换后的Servlet尚未加载到内存中，Web容器会加载并实例化这个Servlet。
- 初始化阶段 ：Web容器调用Servlet的
init()方法进行初始化，初始化参数可以从配置文件中获取。 - 请求处理阶段 ：对于每个到达服务器的请求，容器创建一个新的线程，调用Servlet的
service()方法。JSP页面主要与doGet()或doPost()方法交互。 - 销毁阶段 ：当Web应用卸载或Web服务器关闭时，容器调用Servlet的
destroy()方法，释放所有资源。
3.2 JSP标签和表达式
3.2.1 JSP内置对象
JSP内置对象是JSP规范中定义的一组对象，这些对象在JSP页面中无需声明即可直接使用。主要包括： request , response , session , application , out , config , pageContext , page , exception 。这些对象提供了与Web容器交互的机制，例如， request 和 response 用于处理HTTP请求和响应， session 用于追踪用户的会话， application 可以用来与整个Web应用共享信息。
下面是一个简单的例子，展示了如何在JSP页面中使用内置对象：
<%@ page contentType="text/html;charset=UTF-8" language="java" %>
Sample JSP Page
Hello, World!
This is a sample JSP page using session:
<%
// Check if session object is available
if (session.getAttribute("user") == null) {
// Create a new user object and put it in the session
session.setAttribute("user", "Guest");
}
%>
Welcome, <%= session.getAttribute("user") %>
3.2.2 自定义标签库的使用
除了内置对象之外，JSP还允许开发者创建自定义标签库，这可以增强代码的可重用性和可维护性。自定义标签库通过使用标签文件或Java类来实现。使用 指令在JSP页面中声明标签库：
<%@ taglib prefix="mytag" uri="http://www.example.com/mytags" %>
Custom Tag Example
在这个例子中， 是一个自定义标签，其定义在标签库描述符（TLD）文件中，并被包含在 http://www.example.com/mytags 命名空间内。
为了实现一个简单的自定义标签，我们需要编写一个标签处理器类：
package com.example.tags;
import javax.servlet.jsp.tagext.*;
import javax.servlet.jsp.*;
import java.io.*;
public class MyCustomTag extends SimpleTagSupport {
private String attribute1;
private String attribute2;
public void setAttribute1(String attribute1) {
this.attribute1 = attribute1;
}
public void setAttribute2(String attribute2) {
this.attribute2 = attribute2;
}
public void doTag() throws JspException, IOException {
// Logic to process the tag goes here
// Use the getJspContext() method to access implicit objects
JspContext context = getJspContext();
context.getOut().println("Custom Tag with attribute1: " + attribute1 + ", attribute2: " + attribute2);
}
}
该类继承自 SimpleTagSupport ，并提供了属性的getter和setter方法，以及 doTag 方法来处理标签逻辑。
此外，我们需要创建一个TLD文件来描述标签库：
1.0
My Tag Library
http://www.example.com/mytags
mycustomtag
com.example.tags.MyCustomTag
empty
attribute1
true
true
attribute2
true
true
通过上述步骤，我们可以创建和使用自定义的JSP标签，从而在Web开发中实现更高的抽象和代码复用。
4. Expression Language (EL) 特性
4.1 EL表达式语法
4.1.1 EL表达式的组成和作用
Expression Language (EL) 是一种在Java EE应用程序中广泛使用的、简化了的数据访问语言，特别是在JSP页面中。EL表达式的出现主要是为了简化JSP页面中的Java代码，使得数据访问和页面内容生成更加直观和简洁。EL表达式的语法包括了变量、属性和操作符，它可以访问Java对象的属性和方法，同时提供了数据类型转换和逻辑判断等基本功能。
EL表达式的基本组成是 ${} ，其中可以包含直接量（如字符串、数字等）、变量、属性、数组或集合元素以及各种操作符。例如，要获取一个名为 user 的对象的 name 属性，可以使用表达式 ${user.name} 。
EL表达式的作用非常广泛，包括但不限于：
- 访问作用域对象（如session、request、application和pageContext）中的变量。
- 访问JavaBean对象的属性。
- 使用内置对象（如request、response、session、application等）和函数。
- 进行基本的比较、算术运算以及逻辑运算。
4.1.2 EL操作符和类型转换
EL表达式支持多种操作符，包括算术操作符、关系操作符、逻辑操作符和条件操作符等。
- 算术操作符 ：
+,-,*,/,%等用于基本数学运算。 - 关系操作符 ：
==,!=,<,>,<=,>=用于比较操作。 - 逻辑操作符 ：
&&,||,!用于逻辑运算。 - 条件操作符 ：
?:允许进行简单的条件判断。
在进行类型转换时，EL表达式会遵循一套内置的规则来处理不同数据类型的转换问题。比如，数字和字符串之间的比较会将数字转换为字符串，而布尔值可以自动转换为数字（ true 转换为 1 ， false 转换为 0 ）。当涉及到对象比较时，EL表达式会调用对象的 equals 方法。
// 示例代码块，演示EL表达式操作符和类型转换
// 假设有一个用户对象user存储在session中，我们想要检查其年龄是否大于18
boolean over18 = sessionScope.getUser().getAge() > 18;
String over18El = "${sessionScope.user.age > 18}";
在上述代码中，我们使用了EL表达式的比较操作符 > 来比较年龄，如果 age 大于18，EL表达式的结果将是 true 。
4.2 EL高级应用
4.2.1 函数的定义和调用
EL表达式允许我们在JSP页面中使用预定义的函数，或者在自定义的标签库中定义新的函数。这样，我们可以执行更复杂的操作和数据处理。
要在EL中调用一个函数，其语法为 ${namespace:methodName(参数列表)} 。这里的 namespace 是函数所在的标签库的URI， methodName 是函数名，而参数列表则是函数所需要的参数。
例如，假设有一个自定义函数库定义了一个函数 formatCurrency ，该函数能够将数字格式化为货币格式的字符串，那么在EL表达式中可以这样调用它：
金额：${formatCurrency:formatCurrency(myBean.amount)}
在这个例子中， formatCurrency 函数属于某个命名空间（例如 myFunctions ）， myBean.amount 是我们要格式化的金额。
4.2.2 EL与JSTL的整合应用
JavaServer Pages Standard Tag Library (JSTL) 提供了一套标准的标签库，用于简化JSP页面的编写。EL表达式和JSTL标签库的整合使用可以让页面更加简洁易读，同时减少了脚本编写的需求。
JSTL标签库中包含了诸如条件处理、循环处理、国际化、数据库访问等标签。EL表达式经常被用在这些标签的 var 和 value 属性中，用于指定变量值和表达式。
例如，我们可能使用 标签来遍历一个对象集合：
${item.name}
在这个例子中， ${listOfItems} 是一个EL表达式，用于获取存储在某个作用域中的对象列表。 标签遍历这个列表，而 ${item.name} 用于在循环体内显示每个对象的 name 属性。
通过整合使用EL和JSTL，开发者可以更加专注于业务逻辑的实现，而将页面显示的细节交给标签库去处理，从而提升代码的可维护性和可读性。
5. Tomcat配置文件及目录结构
5.1 核心配置文件解析
5.1.1 server.xml的配置详解
在Tomcat中， server.xml 配置文件扮演着极其关键的角色，它负责Tomcat的整体架构配置，包括服务、连接器、虚拟主机、主机、引擎、会话管理器等。正确配置此文件能够确保服务器正常运行，并进行性能优化。
基本结构：
server.xml通常位于 $CATALINA_HOME/conf/ 目录下，它的基本结构如下：
-
-
-
-
-
详细配置项：
-
port：指定服务器接收shutdown命令的端口，主要用于关闭服务器。 -
shutdown：当接收到shutdown命令时执行的操作。 -
Connector端口配置：配置外部网络请求接入点，常用于配置HTTP和AJP端口。 -
Engine默认主机：设置默认虚拟主机，当无法匹配到具体主机时使用。 -
Realm认证配置：集成认证，允许在特定的目录范围内使用用户认证。
配置示例：
参数说明和配置逻辑：
-
port="8005"：这是用来接收shutdown命令的端口号。 -
shutdown="SHUTDOWN"：这是接收关闭命令时执行的字符串。 -
Connector标签定义了客户端连接服务器的端口和协议。在这个例子中，定义了HTTP协议的8080端口。 -
Engine标签定义了处理客户端请求的引擎，defaultHost="localhost"定义了默认虚拟主机。 -
Realm标签用于配置用户认证信息，这里使用了用户数据库认证。 -
Host标签定义了虚拟主机，appBase定义了web应用的存放路径，unpackWARs="true"表示自动解压WAR文件。
通过以上配置，您可以构建一个基础的Tomcat服务器实例，但基于实际需求，通常需要进一步定制化配置。
5.1.2 context.xml的配置使用
context.xml 文件用于定义与特定web应用程序相关联的配置信息。它位于每个web应用的 WEB-INF/ 目录下，因此每个应用可以有自己独立的配置。配置项可以覆盖或扩展在全局配置文件中定义的设置。
核心配置项：
-
-
path：定义了web应用的上下文路径，例如path="/myapp"。 -
docBase：指定web应用的文件系统路径或WAR文件路径。 -
reloadable：指定是否允许Tomcat在源代码改变时重新加载应用。 -
cookies：指定是否使用Cookies跟踪会话。
配置示例：
参数说明和配置逻辑：
-
path="/myapp"：此应用的URL访问路径。 -
docBase="mywebapp"：指向实际部署的web应用的目录或者是一个WAR文件。 -
reloadable="true"：让Tomcat在检测到WEB-INF/classes或者WEB-INF/lib目录中的类文件发生变化时，自动重新加载web应用。 -
name是资源的名称，auth指定了资源认证策略。type和driverClassName定义了数据源的类型和JDBC驱动类名。url、username和password则分别用于指定数据库URL、用户名和密码。
上述配置项允许您在 context.xml 中自定义每个web应用的特定运行环境，例如数据库连接参数，以及其他任何需要的资源。
5.2 目录结构与管理
5.2.1 Tomcat目录布局
Tomcat服务器的目录结构非常有序，每一个目录都承载了特定的功能。了解Tomcat的目录结构对于有效管理和维护服务器至关重要。
主要目录：
-
bin：存放可执行脚本文件，如启动和关闭服务器的脚本。 -
conf：存放配置文件，包括server.xml、context.xml、tomcat-users.xml等。 -
lib：存放所有支持Tomcat运行和web应用部署所需的库文件。 -
logs：存放服务器日志文件。 -
temp：存放临时文件，Tomcat运行时的临时数据会放在这里。 -
webapps：存放部署的应用程序。 -
work：存放由JSP生成的Servlet源代码和class文件。
目录布局详细描述：
-
bin目录包含各种平台的启动和关闭脚本（例如startup.sh和shutdown.sh），以及用于管理Tomcat的脚本和工具。 -
conf目录是存放Tomcat配置文件的地方。其中，server.xml定义了服务器的配置，context.xml允许应用级别的配置，而tomcat-users.xml用于管理用户角色和权限。 -
lib目录中存放了所有在Tomcat服务器上运行时需要加载的JAR文件，包括服务器自身的核心库以及所有Web应用共享的库文件。 -
logs目录存储了服务器运行时产生的日志文件，如localhost.log和catalina.out。 -
webapps目录是Web应用程序存放的位置，Tomcat会自动部署此目录下的所有WAR或目录形式的Web应用。 -
work目录是Tomcat在运行时用来存放由JSP文件编译成的Servlet类文件的目录。
5.2.2 环境变量和类加载器配置
配置Tomcat的环境变量和类加载器，可以让您更有效地管理应用的依赖和库文件，也可以解决版本冲突和类路径问题。
环境变量设置：
-
JAVA_HOME：指向JDK安装目录，这对于Tomcat来说非常重要，因为它使用此环境变量来定位Java执行环境。 -
CATALINA_HOME：指向Tomcat安装目录，此环境变量帮助系统找到Tomcat的执行文件和库文件。 -
PATH：应包含${JAVA_HOME}/bin和${CATALINA_HOME}/bin，这样可以在任何目录下运行Tomcat的命令行工具。
类加载器配置：
Tomcat提供了一个可高度定制的类加载器架构，允许您通过修改 context.xml 或 catalina.properties 文件来改变类加载行为。
配置示例：
在这个例子中， VirtualWebappLoader 允许为每个web应用指定自定义的类路径，从而允许在不更改全局lib目录的情况下，为特定应用提供定制化的库。
通过上述步骤，您可以在Tomcat中设置和配置环境变量和类加载器，以满足应用程序的需求。
6. 应用程序部署流程
在本章节中，我们将深入了解Apache Tomcat中的应用程序部署流程。对于任何Web应用程序，部署都是其生命周期中的一个关键阶段。无论是开发、测试还是生产环境，有效地部署应用程序是保证服务可用性和性能的前提。我们将详细探讨从打包到部署以及最终发布应用程序所涉及的每一步。
6.1 部署前的准备工作
在实际部署之前，有两项关键任务需要完成：应用程序的打包与验证，以及部署描述符的编写。这两个步骤是确保应用程序正确运行的基础。
6.1.1 应用程序打包与验证
首先，任何Web应用程序在部署前都需要被打包成WAR（Web Archive）文件。WAR文件是一种标准的J2EE压缩格式，它将应用程序的所有必要文件封装到一个压缩包内，便于部署和分发。
打包操作步骤：
- 确保所有的文件都位于标准目录结构中，即
WEB-INF目录应该包含web.xml文件，classes和lib目录也应该被包括。 - 使用任何支持J2EE的IDE（例如Eclipse或IntelliJ IDEA）来创建WAR包。
- 在命令行中，可以使用
jar命令进行打包，例如：
shell jar cf MyApplication.war WEB-INF/
- 验证WAR文件的完整性，可以使用
jar命令的-t选项，查看其内部结构，确保所有文件都正确打包。
shell jar tf MyApplication.war
6.1.2 部署描述符的编写
部署描述符（ web.xml 文件）是整个部署过程中不可或缺的部分。它告诉Servlet容器如何配置和初始化Web应用程序。
web.xml 文件包含的内容：
- Servlet声明 ：需要在
web.xml中声明所有的Servlet，包括Servlet的类名和URL映射。 - Servlet映射 ：定义哪些URL路径会由哪些Servlet处理。
- 初始化参数 ：为Servlet或JSP页面设置启动时的参数。
- 监听器配置 ：配置应用启动和关闭时需要触发的监听器。
- 会话参数 ：配置会话超时时间和cookie配置。
- 错误页面配置 ：定义不同错误情况下需要显示的页面。
6.2 部署与发布
完成准备工作后，我们来到了部署与发布阶段。应用程序需要被安装到Tomcat服务器上，并且通过适当的配置使应用程序可以被外部访问。
6.2.1 WAR包的部署方法
部署WAR包到Tomcat服务器有几种方法，但最常见的是直接将WAR文件复制到 webapps 目录下。
- 将准备好的WAR文件复制到Tomcat安装目录下的
webapps文件夹。 - 启动或重启Tomcat服务器。
- Tomcat会自动识别并部署WAR文件，部署完成后，可以在Tomcat的
logs文件夹中查看部署日志，确认部署成功。
6.2.2 应用程序的启动与访问
部署完成后，应用程序通常会自动启动。如果需要手动启动或重启应用程序，可以通过Tomcat的管理界面或命令行工具来操作。
- 通过管理界面 ：登录到Tomcat Manager（如果配置了管理权限），选择相应的应用，点击“Start”按钮。
- 通过命令行 ：可以使用
Tomcat7w.exe（Windows平台）或./bin/startup.sh（Unix/Linux平台）来启动Tomcat服务。
应用程序部署完成后，通过浏览器访问 http://localhost:8080/MyApplication （其中 MyApplication 是WAR文件的名称）即可查看应用程序是否正常运行。
完成以上步骤后，应用程序就已经成功部署并开始提供服务了。在本章中，我们详细介绍了应用程序部署的整个流程，从准备、打包到部署及访问。在接下来的章节中，我们将探讨如何进行安全管理以及如何优化Tomcat服务器的性能。
本文还有配套的精品资源，点击获取
简介：Apache Tomcat 8.5.49是开源Java Servlet容器，遵循Java EE规范，适用于开发和部署Java Web应用。本版本特为优化而设计，无多余插件或配置，提供稳定的基础环境。它支持关键Java Web组件如Servlet 3.1, JSP 2.3和EL 3.0，并具有清晰的配置文件、标准目录结构和安全机制。掌握部署、性能优化和故障排查技巧对于Java Web开发至关重要。
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