Tomcat 是一個 Web 應用服務器，它是對 HTTP 和 Servlet 規範的實現，簡單來說它做了這幾件事：處理 HTTP 協議、執行 Servlet 和處理網絡 I/O。這裏以 6.0.53 版本爲例（實現了 HTTP/1.1、Servlet2.5），研究其基本結構。
關於源碼版本，我使用的是 tomcat6，因爲 7 爲了重構有太多的抽象，看着實在費勁，6 代碼雖有冗餘但讀起來很直觀，並且低版本也不影響理解 Tomcat 的核心流程。
體系結構
從 server.xml 中就能夠看出 Tomcat 各組件的層次結構，具體結構圖如下：
- Server：代表整個容器，它可能包含一個或多個 Service 和全局 JNDI 資源；
- Service：包含一個或多個 Connector，這些連接器與一個 Engine 相關聯；
- Engine：表示請求處理流水線（pipeline），它接收所有連接器的請求，並將響應交給適當的連接器返回給客戶端；
- Host：網絡名稱（域名）與 Tomcat 服務器的關聯，默認主機名 localhost，一個 Engine 可包含多個 Host；
- Connector：處理與客戶端的通信，網絡 I/O；
- Context：表示一個 Web 應用程序，一個 Host 包含多個上下文。
服務器模型
服務器模型（或 I/O 模型），描述的是 TCP 連接的處理方式，以及 Socket 讀寫時線程的狀態。Java 裏常用的是 BIO 和 NIO，分別對應同步阻塞和同步非阻塞兩種模型，Tomcat 中的 Connector 組件就是對這兩種的封裝實現。
BIO - 阻塞式
Tomcat 實現了一個一連接一線程的簡單服務器模型，內部採用線程池做了優化，設計如下：
- 當 Acceptor 接收到一個 TCP 連接時，線程池分配一個線程進行處理；
- 線程調用 read() 方法讀取 Socket 輸入流中的字節，此時線程阻塞（Block），直到收到客戶端發送的數據；
- 收到數據後，進行解碼、業務處理、編碼，最後把響應發送到客戶端，關閉連接。
由此可以看出，合理的分配線程池大小可以一定程度上提高系統的併發能力。
NIO - 非阻塞
BIO 的缺點在於不管當前連接有沒有數據傳輸，它始終阻塞佔用線程池內的一個線程，而 NIO 的處理方式是若通道無數據可讀取，此時線程不阻塞直接返回，可用於處理其他連接，提高了線程利用率。那怎麼知道什麼時候處理數據的讀寫呢？當通道可讀或可寫時，內核會通知用戶程序進行處理。
NIO 的編程比較複雜，常用的是 Reactor 模式，它描述了一個利用多路複用 I/O，基於事件驅動的服務器處理模型，（這裏） 基於 Doug Lea 的 Scalable IO in Java 對 Reactor 進行了實現。Tomcat 的設計略有不同，其設計如下：
- Acceptor 以阻塞模式接收 TCP 連接，然後將連接註冊到 Poller 上；
- Poller 以非阻塞模式處理 SSL 握手和 HTTP 請求頭的讀取；
- BlockPoller 模擬阻塞處理 HTTP 請求體的讀取和發送響應。
值得注意的是，兩類 Poller 都只是負責事件的通知，I/O 操作都是由線程池中的線程完成。那麼，ServerSocketChannel 爲什麼阻塞？爲什麼要模擬阻塞處理請求體和 Servlet 響應？相關的討論可參考：
- Why Tomcat's Non-Blocking Connector is using a blocking socket?
- Getting my head around NIO 'simulated' blocking (trying to)
Servlet API 的實現
Servlet 規範描述了容器如何加載和運行 Servlet，如和將請求映射到用戶配置的 Servlet， 如何處理請求和響應等相關問題。Tomcat 主要實現了以下 API：
- ServletConfig ：Servlet 名字和初始化參數；
- ServletContext ：定義了 Web 應用程序，Servlet 運行的上下文；
- ServletRequest ：封裝客戶端請求；
- ServletResponse ：封裝服務端響應；
- FilterChain ：請求過濾調用鏈；
- FilterConfig ：過濾配置對象；
- RequestDispatcher ：轉發請求，將請求轉發給 JSP 或另一個 Servlet 處理。
其他如 Servlet、Filter、GenericServlet、HttpServlet 接口或類則由用戶程序來實現，更多詳細的介紹請參考規範內容。
小結
Tomcat 架構看着挺簡單但做起來難，難的就是把複雜的問題抽象化、簡單化，體現到代碼上就是如何設計和抽象出類並且優雅的組織在一起，它作爲一個流行的中間件，其內部代碼的實現以及優化手段，也是值得我們去研究和模仿的。