說明：個人認爲理解背景知識以及Java技術基礎知識是掌握Tomcat工作機制的前提
一、背景知識
1、動態網頁的概念
程序是否在服務器端運行，是區分動態網頁與靜態網頁的重要標誌，靜態網頁隨着html代碼生成後頁面的內容和顯示效果基本上不會發生變化了；而動態網頁則不然，頁面代碼雖然沒有變，但是顯示的內容可以隨着時間、環境或者數據庫操作的結果而發生改變。動態網頁是基本的html語法規範與Java、PHP、等高級程序設計語言、數據庫編程等多種技術的融合， 以實現對網站內容和風格的高效、動態和交互式的管理。注意不要混淆動態網頁和網頁視覺上的動態效果這兩個概念。
2、HTTP與MIME
最早的HTTP協議中，並沒有附加的數據類型信息，所有傳送的數據都被客戶程序解釋爲html文檔，因此web服務器最初只能服務靜態資源，即只能解析html文檔。後來HTTP協議引入MIME框架（Multipurpose Internet Mail Extensions規定了用於表示各種各樣的數據類型的符號化方法），通過在文檔之前附加MIME類型信息來支持多媒體數據類型；此時web服務器就可以解析靜態超媒體文本文檔，瀏覽器接收服務器返回的消息後就會知道哪些是MP3文件，哪些是Shockwave文件等等，當某種擴展名文件被訪問的時候，瀏覽器會自動使用指定應用程序來打開。可以理解爲服務器將MIME標誌符放入傳送的數據中來告訴瀏覽器使用哪種插件讀取相關文件。
3、Applet
1995年Java發佈的時候互聯網方興未艾，不久，人們對動態網站的技術需求越來越迫切，在這種發展背景下，Sun公司在Java的類庫中引入了applet類，用applet類開發的小程序能夠直接嵌入到html文件中，使用< applet > 和< /applet >來標記html文件中的Applet小程序代碼。在這種情況下，當Client端支持JRE插件的瀏覽器讀取到這對標記時，就會下載相應的小應用程序代碼並在本地計算機上執行該Applet，而後將執行結果通過網頁顯示給用戶。這大大提高Web頁面的交互能力和動態執行能力，但是這種Client端動態網頁技術存在明顯的一個弊端——爲了達到這種動態效果Client端必須要開放一些權限給遠程用戶執行相關程序，如果有惡意的應用程序在Client端執行就可能會危及用戶的系統，儘管Sun公司致力於讓Java程序只能運行在JVM中，這樣儘可能的縮小的惡意程序的破壞範圍（類似chroot機制），但程序的設計避免不了漏洞，總會有安全隱患；applet每一次的改動都需要重新打包簽名，手續非常繁瑣，所以在具體的實現中要將一些會變化參數放到html文件中來，傳到applet中去執行；此外未必每一個用戶都會配置需要的JRE環境，在當時網絡帶寬尚且不大的情況下，applet需要下載到本地執行，因此發展效果不是很理想。
4、CGI
隨後CGI技術誕生，CGI規範允許Web服務器執行外部程序，並將它們的輸出發送給瀏覽器，CGI將Web一組簡單的靜態超媒體文檔轉換爲一個完整的新的交互式媒體。簡單來說當Web服務器發現用戶請求的是動態程序類的資源，會調用相應的CGI進程來執行，CGI執行完畢後把執行結果輸出標準到html語句返回給web服務器，web服務器再返回給Client端。
5、Serverlet
Sun爲了使Java能夠支持基於CGI的方式來開發動態網站，開發出API的另一種特殊規範Serverlet（Server Applet），它是Java編寫的服務器端程序，主要功能在於交互式地瀏覽和修改數據，生成動態Web內容。狹義的Servlet是指Java語言實現的一個接口，廣義的Servlet是指任何實現了這個Servlet接口的類。綜上所述，可以將Serverlet理解爲是一種CGI技術，能夠讓Java開發動態頁面並通過CGI方式與前端Web進行通信；在通信量大的服務器上，Java Servlet的優點在於其執行速度更快於 CGI 程序，各個用戶請求被激活成單個程序中的一個線程，而無需創建單獨的進程，因此服務器端處理請求的系統開銷明顯降低。但是它輸出html語句還是採用了老的CGI方式，對所有的代碼採用硬編碼的方式一句一句輸出，對於純html文檔的編譯也要由Java程序來輸出，這是非常麻煩的，任何靜態內容的修改也會導致JVM重新編譯Java頁面程序，Java程序員還需要理解html前端展示頁面的定義，所以編寫和修改html非常不方便。
6、JSP
由此Sun公司倡導建立的一種動態網頁技術標準，同時吸引了其他一些公司一起參與進來。JSP（Java Server Pages）就此誕生，其根本是一個簡化的Servlet設計，在傳統的網頁HTML文件（.htm，.html）中插入Java程序段（Scriptlet）和JSP標記（tag），從而形成後綴名爲(.jsp)的JSP文件，用來封裝生成動態網頁的處理邏輯，實現了網頁展示邏輯與Servlet的分離，這樣大大簡化和方便了網頁的設計和修改。JSP與Servlet一樣，任何程序操作都在服務器端執行，客戶端瀏覽的服務器端處理的結果。Java Servlet是JSP的技術基礎，大型Web應用程序的開發需要Java Servlet和JSP配合才能完成。JSP具備了Java技術的簡單易用，完全的面向對象，具有平臺無關性且安全可靠。
7、MVC架構
前面提到的CGI編制方式比較困難而且效率低下，因爲每一次修改程序都必須重新將CGI程序編譯成可執行文件，MVC因此而生。MVC模型可以理解爲是一種將數據、邏輯處理、展示界面分離的一種方法。使用MVC的一個最明顯好處就是它將視圖展示和應用邏輯清晰的分離。這樣就允許更改視圖層代碼而不用重新編譯模型和控制器代碼，同樣，一個應用的業務流程或者業務規則的改變只需要改動MVC的模型層即可。
- Model：應用程序中用於處理應用程序數據邏輯的部分，通常模型對象負責在數據庫中存取數據。
- View：提供了展示模型數據的不同方式，它可以是數據填充的模板；視圖可以有多個，而控制器則決定使用哪個視圖。
- Controller：主要功能就是調用並協調需要的資源/對象來執行用戶請求。通常控制器會爲任務調用合適的模型，選擇合適的視圖。
Controller，Model和View各自獨立，一個流行的開源實現是Apache Structs框架；目今，設計優良的Web應用程序通常用相關的技術實現相應的功能，比如：
M = JavaBeans：用於傳遞數據，擁有與數據相關的邏輯處理
http://www.zhihu.com/question/19773379
V = JSP，實現內容展示；從Model接收數據並生成HTML，進而降低了HTML維護的複雜度；
C = Servlet，實現應用邏輯；接收HTTP請求並控制Model和View
二、Java SE和Java包含的API
Java SE包含了Java二進制程序(如JVM和Java字節碼編譯器)和Java的核心代碼庫，而Jave EE標準則包含了一組適用於創建企業級Web應用程序的API。Jave EE建立在Java SE的基礎上，並依賴於Java SE才能正常工作。當然，任何級別的應用程序均能從Java EE中獲益，但Jave EE卻更適合解決大型軟件系統設計中的問題。
JAVA EE包含多個獨立的API，Servlet和JSP就是其中的兩個，而JAVA EE中著名的API中還包含如下的幾個：
JAVA EE APIs
- JMS(Java Message Service)：高性能異步消息服務，實現JAVA EE應用程序與非JAVA程序的“透明”通信；
- JMX（Java Management Extensions）：在程序運行時對其進行交互式監控和管理的機制；
- JTA（Java Transaction API）：允許應用程序在自身的一個或多個組件中平滑地處理錯誤的機制；
- JM（JavaMail）：通過工業標準的POP/SMTP/IMAP協議發送和接收郵件的機制；
- EJB(Enterprise JavaBeans)：JAVA相關的諸多高級功能的實現，如RMI（Remote Method Invocation), 對象/關係映射，跨越多個數據源的分佈式事務等；
Java SE APIs
- JNDI（Java Naming and Directory Interface）：用於與LDAP服務交互的API；
- JAXP（Java API for XML Processing）：用於分析及轉換XML（基於XSLT實現）；
Java應用服務器主要爲應用程序提供運行環境，爲組件提供服務。Java 的應用服務器很多，從功能上分爲兩類：JSP（支持最新的Servlet 和JSP 規範）和 Java EE （符合J2EE標準的服務器）。
JAVA EE Application Servers：
- IBM：Websphere 商業
- BEA（後被Oracle收購）：Weblogic 商業
- Oracle：oc4j 商業
- Sun：GlassFish 開源
- Apache：Geronimo 開源
- RedHat：JBoss 開源，在Tomcat上進行了二次封裝和開發，引入了很多新的功能，尤其是企業級的API
JSP Application Servers ：
- Jetty 開源
- Apache：Tomcat 開源
- CAUCHO：Resin 商業
三、Tomcat起源
Sun公司創建了第一個Servlet容器的參考實現，即Java Web Server（僅具備Java EE API中的JSP和Serverlet）， 但JWS只是爲了演示Servlet的相應功能，所以其很不穩定。與此同時，ASF（Apache Software Foundation）創建了JServ項目，一個能夠與apache整合起來的servlet容器。1999年，Sun把JWS捐給了ASF，於是兩個項目合二爲一，即Tomcat的前身。第一個tomcat版本是Tomcat 3.x系列，而發佈於2001年Tomcat4.0則是在此前基礎上進行了重新設計和實現，其代碼項目被命名爲Catalina。目前最新的版本則是8.x系列。
儘管Tomcat並沒有完整實現Jave EE API，但Tomcat作爲第一款成功的web容器，具有廣大的用戶羣體，提供Http Server和Servlet容器功能。很企業也漸漸棄用傳統的Java EE技術（如EJB）轉而採用一些開源組件來構建複雜的應用。對於這些開源組件如Structs、Spring和Hibernate，Tomcat都能夠對其實現完美的支持。
Tomcat主要是作爲JSP/Servlet最新規範的參考實現而設計，最常見的使用方式是將其作爲一個服務器軟件安裝到操作系統上，然後在裏面部署web應用，比較適合在中小型系統和併發訪問用戶不是很多的場景下使用；但如果嵌入到其他JEE服務器中以提供Web容器功能或者作爲組件嵌入到其他應用中，操作起來比較麻煩。
四、Tomcat的架構
最新版的Tomcat8主要新增了Servlet 3.1, JSP 2.3, EL 3.0 and Web Socket 1.0支持。版本詳情說明：http://tomcat.apache.org/whichversion.html
Tomcat由一組嵌套的層次和組件組成，一般可分爲以下四類：
- 頂級組件：位於配置層次的頂級，並且彼此間有着嚴格的對應關係；
- 連接器：連接客戶端（可以是瀏覽器或Web服務器）請求至Servlet容器，
- 容器：包含一組其它組件；
- 被嵌套的組件：位於一個容器當中，但不能包含其它組件；
說明：在第一次調用之後，JSP會被編譯成一個servlet類，在後續的操作中則可以直接使用此類，從而避免了對每一次調用的都要重新分析和編譯。因此，類似servlet，JSP的執行需要在container中完成。JSP的container跟servlet的container基本相同，但在JSP執行之前，需要一些額外的步驟如與servlet代碼建立會話等。Tomcat包含了一個叫做Catalina的Servlet container（執行servlet和編譯過的JSP）和一個JSP編譯器（Jasper編譯器）。事實上，一個包含了JSP編譯器和Servlet容器的應用程序組合通常被稱作Web容器。
各常見組件：
server： Tomcat的一個實例，通常一個JVM只能包含一個Tomcat實例；因此，一臺物理服務器上可以在啓動多個JVM的情況下在每一個JVM中啓動一個Tomcat實例，每個實例分屬於一個獨立的管理端口。這是一個頂級組件。
service：一組Connector和一個Engine的集合，這組Connector共用一個Engine來處理所有收到的請求，給服務命名可以方便管理員在日誌文件中識別不同服務產生的日誌。一個server可以包含多個service組件，但通常情下只爲一個service指派一個server。
連接器類組件
connector：連接器負責連接客戶端（可以是瀏覽器或Web服務器）請求至Servlet容器內的Web應用程序，通常指的是接收客戶發來請求的位置及服務器端分配的端口。默認端口通常是HTTP協議的8080，管理員也可以根據自己的需要改變此端口。一個引擎可以配置多個連接器，但這些連接器必須使用不同的端口。默認的連接器是基於HTTP/1.1的Coyote。同時，Tomcat也支持AJP、JServ和JK2連接器。
容器類組件
Engine：通常是指處理請求的Servlet引擎組件，即Catalina Servlet引擎，它檢查每一個請求的HTTP首部信息以辨別此請求應該發往哪個host或context，並將請求處理後的結果返回的相應的客戶端。嚴格意義上來說，容器不必非得通過引擎來實現，它也可以是隻是一個容器。如果Tomcat被配置成爲獨立服務器，默認引擎就是已經定義好的引擎。而如果Tomcat被配置爲Apache Web服務器的提供Servlet功能的後端，默認引擎將被忽略，因爲Web服務器自身就能確定將用戶請求發往何處。一個引擎可以包含多個host組件。
Host：主機組件類似於Apache中的虛擬主機，但在Tomcat中只支持基於FQDN的“虛擬主機”。一個引擎至少要包含一個主機組件。
Context：上下文是最內層次的組件，它表示Web應用程序本身。配置一個Context最主要的是指定Web應用程序的根目錄，以便Servlet容器能夠將用戶請求發往正確的位置。Context組件也可包含自定義的錯誤頁，以實現在用戶訪問發生錯誤時提供友好的提示信息。
被嵌套類(nested)組件
這類組件通常包含於容器類組件中以提供具有管理功能的服務，它們不能包含其它組件，但有些卻可以由不同層次的容器各自配置。
Valve：閥門用來攔截請求並在將其轉至目標之前進行某種處理操作，類似於Servlet規範中定義的過濾器。Valve可以定義在任何容器類的組件中。Valve常被用來記錄客戶端請求、客戶端IP地址和服務器等信息，這種處理技術通常被稱作請求轉儲(request dumping)。請求轉儲valve記錄請求客戶端請求數據包中的HTTP首部信息和cookie信息文件中，響應轉儲valve則記錄響應數據包首部信息和cookie信息至文件中。
Logger：日誌記錄器用於記錄組件內部的狀態信息，可被用於除Context之外的任何容器中。日誌記錄的功能可被繼承，因此，一個引擎級別的Logger將會記錄引擎內部所有組件相關的信息，除非某內部組件定義了自己的Logger組件。
Realm：領域用於用戶的認證和授權；在配置一個應用程序時，管理員可以爲每個資源或資源組定義角色及權限，而這些訪問控制功能的生效需要通過Realm來實現。Realm的認證可以基於文本文件、數據庫表、LDAP服務等來實現。Realm的效用會遍及整個引擎或頂級容器，因此，一個容器內的所有應用程序將共享用戶資源。同時，Realm可以被其所在組件的子組件繼承，也可以被子組件中定義的Realm所覆蓋。
五、Tomcat初解
http://mirrors.cnnic.cn/apache/tomcat/tomcat-8/v8.0.28/bin/apache-tomcat-8.0.28.tar.gz
1、下載Tomcat二進制包解壓安裝後打開目錄可以看到如下內容（前提：jdk環境已經部署好）
- bin：存放服務器腳本;
- conf：存放配置文件;
- logs :存放日誌文件;
- lib：存放需要的JAR文件;
- work：存放jsp 文件編繹生成的class文件;
- webapps：存放需要發佈的Web應用程序及其部署文件；/webapps是Tomcat服務器用來存放Web應用的目錄，每個Web應用都將在這建立各自的子目錄，
對於一個Web應用程序而言，其通常由Servlets、JSP和其它文件等共同組成。這些文件通常被打包成WAR（Web Application Archive）格式，並以.war作爲打包後的文件擴展名。而Servlet規範則定義了在WAR內部組織這些文件的標準目錄結構。其目錄和功用如下：
- /Webapps：應用程序的根目錄，所有可被公開訪問的文件均放置於此處，如HTML、JSP和圖片文件等；
- /WEB-INF：此目錄爲私有資源目錄，其內部的所有文件和子目錄均不能被公開訪問；包含着此Web應用程序的配置文件web.xml（程序結構描述符文件）通常放置於此目錄；
- /WEB-INF/classes：當前Web應用程序的類文件的存在目錄；
- /WEB-INF/lib：可被打包爲JAR格式的類文件通常放置於此目錄；
2、Tomcat的配置文件：
catalina.policy： Java相關的安全策略配置文件，在系統資源級別上提供訪問控制的能力；
catalina.properties： Tomcat內部package的定義及訪問相關的控制，也包括對通過類裝載器裝載的內容的控制；Tomcat6在啓動時會事先讀取此文件的相關設置；
context.xml：所有host的默認配置信息；
logging.properties： Tomcat通過自己內部實現的JAVA日誌記錄器來記錄操作相關的日誌，此文件即爲日誌記錄器相關的配置信息，可以用來定義日誌記錄的組件級別以及日誌文件的存在位置等；
tomcat-user.xml： Realm認證時用到的相關角色、用戶和密碼等信息；Tomcat自帶的manager默認情況下會用到此文件；在Tomcat中添加/刪除用戶，爲用戶指定角色等將通過編輯此文件實現；
web.xml：遵循Servlet規範標準的配置文件，用於配置servlet，併爲所有的Web應用程序提供包括MIME映射等默認配置信息；
注意：在Tomcat目錄下/webapps/ROOT/WEB-INF中也有一個web.xml，當部署一個Web應用時，總是先加載/conf/web.xml，然後再加載/webapps/ROOT/WEB-INF/web.xml文件；但處理過程中，總是先使用/webapps/ROOT/WEB-INF/web.xml配置文件，如果無法處理，才把它交給Tomcat的web.xml文件。
server.xml： Tomcat的主配置文件，包含Service, Connector, Engine, Realm, Valve, Hosts主組件的相關配置信息；主要提供Tomcat組件的初始配置，說明Tomcat的結構，含義，使Tomcat通過實例化組件完成啓動及構建自身。
<Server>
<Service>
<Connector />
<Engine>
<Host>
<Context> </Context>
</Host>
</Engine>
</Service>
</Server>3、啓動Tomcat，在瀏覽器中輸入：http://localhost:8080/會打開Tomcat的默認頁面。實際上，剛裝好的Tomcat服務器虛擬主機的默認目錄是/webapps/ROOT，默認頁面就是Tomcat安裝目錄下的webapps/ROOT/index.jsp；
4、編寫一個簡單shell本用來啓動服務
