Tomcat服务配置与性能优化-叩钉壹刻

整体介绍

Tomcat服务器是一个免费开放源代码的Web服务器，轻量级应用服务器。为众多大规模任务关键性网络提供支持，适用于各种行业和组织。

本文中将通过以下内容，从各个方面去对Tomcat进行了解：

Tomcat 概念与运行原理。
Tomcat 环境搭建：Windows和Linux环境下搭建Tomcat。
Tomcat 配置详情：常用配置项修改、web管理界面、单点登录配置、多域名访问、安全配置。
Tomcat 性能调优。

Tomcat 概念与运行原理

1. 概念

Tomcat是Apache软件基金会的Jakarta项目中的一个核心项目。在中小型系统和并发访问用户不是很多的场合下被普遍使用，是开发和调试程序的首选。可以利用Tomcat响应前端页面访问的请求。Tomcat是Apache服务器的扩展，但在运行时它是独立运行的，即运行Tomcat时，它实际作为一个Apache独立进程单独运行。

2023年4月份NetCraft排行榜

通过2023年4月份NetCraft排行榜可以产出Apache在服务器端开始占有很高的市场份额和第一个网站活跃度。

2. 运行原理

Tomcat结构图：

Server服务器：指代Tomcat服务器，包含Service多个组件。负责管理和启动Service服务。监听8006端口客户端的shutdown命令用于关闭Server服务器。

Service服务：由Tomcat进行封装，对外提供基于组件的web服务。主要包含Connectior核心组件、Container核心组件、Jasper、Naming等多个其它组件。各个Service服务是独立的，但是共享同一个JVM资源。

Connector核心组件：与外部环境的一个连接器，监听固定的端口接收外部请求，并进行处理返回。

Container核心组件：是Servlet容器，内部由多层容器组成，用于管理Servlet容器声命周期和调用Servlet相方法处理对应的业务逻辑。

Jasper组件：主要是将JSP文件转化为Java文件，并编译成.class文件。

Naming组件：命名符是将名称与对象绑定，使得可以通过名称访问对象。

Session组件：管理和创建Session、以及Session持久化。可自定义，支持Session集群。在服务器中开辟的内存空间，使用Session存储临时信息。

loging组件：记录相关的日志，错误日志，运行信息。

JMX组件：Java SE中定义的规范，主要是为应用程序、设备、系统等植入管理功能的框架，通过JMX可以远程监控Tomcat的状态。

通过上述Tomcat结构图可以发现，Tomcat服务器主要的组件由两个：Connector核心组件和Container核心组件。

Connector核心组件：职责接收客户端连接和加工处理客户端请求。每一个Connector对一个端口进行监听，接受request、返回response。

Container核心组件：所有子容器的父接口，属于责任链设计模式。在Container中包含四个子容器Engine、Host、Context、Wapper。最内部是Servlet。

Engine容器：用来管理多个站点，但一个Service只能对应一个Engine。
Host容器：代表一个站点，也可以称为虚拟主机。
Context容器：代表应用程序，相当于一个war包。
Wapper容器：封装了Servlet。

Host容器和Context容器的区别就是：Host对应的是一个站点的根目录下的程序，可以直接通过上级路径访问。Context容器代表该站点下除了根目录外其它的应用程序，访问时，除了上级目录外还需要加入相对于它的特定唯一标识路径。

Server处理HTTP请求过程：

请求顺序：客户端请求 -> Connector组件 -> Container组件 -> Engine组件 -> Host组件 -> Context组件 -> Wapper组件。

响应顺序：Wapper组件处理结果 -> Context组件 -> Host组件 -> Engine组件 -> Container组件 -> Connector组件 -> 客户端。

Tomcat 环境搭建

使用TomCat需要具备JDK环境，所以，需要先安装JDK环境
安装信息：JDK1.8以上，Tomcat 10.1.15

1. Windows环境下搭建Tomcat

JDK环境安装步骤：

步骤1：下载JDK安装包

下载JDK1.8页面：Java Downloads | Oracle

下载JDK21或者JDK17页面：Java Downloads | Oracle 中国

步骤2：下载完成之后，双击.exe文件，直接一直下一步即可

步骤3：安装完成之后，找到安装JDK的根目录，进入环境变量，设置JDK的环境信息

创建JAVA_HOME变量，并设置值为刚才安装的JDK的根目录。
找到Path变量，并新建一个值为;%JAVA_HOME%\bin;%JAVA_HOME%\jre\bin。
创建一个CLASSPATH变量，并设置值为.;%JAVA_HOME%\lib\dt.jar;%JAVA_HOME%\lib\tools.jar。

上述的变量根据实际情况进行创建，在JDK1.8以后的版本中，可以不进行配置CLASSPATH变量。

步骤4：配置完成之后进入cmd命令提示符窗口，输入java -version查看当前安装版本信息

至此，JDK环境安装成功。

TomCat环境安装：

步骤1：下载Tomcat安装包

下载Tomcat 10.1.15界面：Apache Tomcat® - Apache Tomcat 10 Software Downloads

步骤2：解压下载完成的Tomcat安装包

解压之后的目录如下所示：

步骤3：进入bin目录，双击startup.bat，启动Tomcat

由于Tomcat的字符集编码为UTF-8，如果Windows系统的字符集编码不是UTF-8的话，弹出的命令行窗口则会显示乱码。

查看本机的字符集编码：进入cmd命令提示符窗口输入chcp，如果提示“活动代码页：936” 则其编码格式为GBK(GB2312)，其它活动页代码请自行查找。

步骤4：进入conf目录下，找到logging.properties，查找并替换所有的UTF-8为GBK

替换之前文件配置部分截图：

步骤5：再次进入bin目录，双击startup.bat，启动Tomcat

启动Tomcat的日志如下：

步骤6：进入浏览器访问localhost:8080端口

出现如下界面，则为安装Tomcat环境成功：

至此Tomcat环境安装成功。

2. Linux环境下搭建Tomcat

JDK环境安装步骤：

步骤1：下载JDK安装包

下载JDK1.8页面：Java Downloads | Oracle

下载JDK21或者JDK17页面：Java Downloads | Oracle 中国

步骤2：下载tar.gz文件，上传并解压文件tar.gz文件，并记录当前JDK的根路径

步骤3：编辑~/.bash_profile文件，配置JDK环境信息

export JAVA_HOME=JDK路径信息
export PATH=$JAVA_HOME/bin:$PATH
export CLASSPATH=.:$JAVA_HOME/lib/dt.jar:$JAVA_HOME/lib/tools.jar

步骤4：输入source ~/.bash_profile命令，生效配置，输入java -version查看JDK信息

至此,JDK环境安装成功。

TomCat环境安装：

步骤1：下载Tomcat安装包

下载Tomcat 10.1.15界面：Apache Tomcat® - Apache Tomcat 10 Software Downloads

步骤2：下载tar.gz文件，上传并解压文件tar.gz文件，并记录当前Tomcat的根路径

tar -zxvf apache-tomcat-10.1.15.tar.gz

解压之后的目录如下所示：

此目录结构基本上与Windows环境下的目录结构一致。

步骤3：进入bin目录，输入startup.sh启动命令，启动Tomcat

步骤4：进入logs目录，查看catalina.out文件，看Tomcat启动日志/运行时日志

步骤5：进入浏览器访问服务器对外IP:8080端口

出现如下界面，则为安装Tomcat环境成功：

至此Tomcat环境安装成功。

Tomcat目录结构说明

名称	含义或用途
bin	Tomcat运行命令： .sh结尾的是Linux命令，.bat结尾的是Windows命令。常用命令：startup、shutdown、catalina（内存和字符集）
conf	Tomcat配置文件： catalina.policy：防止JSP代码或用户代码破环Tomcat服务器。 catalina.properties：不能被JSP或者Server修改的空间列表。 context.xml：被所有Web服务都使用的文件，默认web.xml文件位置。 logging.properties：Tomcat日志使用的配置文件。 server.xml: Tomcat启动时，构建Tomcat容器。 tomcat-user.xml：Tomcat的Web页面人员或者管理员的配置信息。 web.xml: 被所有Web服务都使用的文件，启动页等。
lib	所有Tomcat使用的Jar包和所有程序共享的Jar包
logs	存放Tomcat运行期间产生的日志信息： Windows环境下输入日志在catalina.日期.log文件中，Linux环境下输入的日志在catalina.out文件中
temp	存放Tomcat运行时产生的临时文件
webapps	存放应用程序，在Tomcat启动时，会读取此目录下的所有War包、Jar包、文件夹
ROOT	Tomcat的根目录，可以直接访问此目录下的所有资源
work	Tomcat运行后编译后的文件，清空work目录和重启Tomcat即为Tomcat缓存

Tomcat 配置详情

1. 常用配置项修改

1.1 修改Tomcat端口号

端口号的范围：1~65535。
Tomcat默认会监听两个端口号：8005监听shutdown、8080监听HTTP连接。除此之外，还有一个8009监听AJP，服务器之间通讯时使用。

步骤1：进入conf目录，找到server.xml配置文件，修改8080监听HTTP连接的端口号

<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
		   connectionTimeout="20000"
		   redirectPort="8443"
		   maxParameterCount="1000"
		   />

步骤2：重启Tomcat服务器

1.2 修改Tomcat内存

JAVA内存模型：

堆内存：类的实例、数组等引用数据类型。JVM分配最大为内存的1/4，最小为内存的1/64。

栈内存：局部变量、方法参数。

静态内存区（持久区，不会被GC回收）：常量、静态变量、类的元数据。

内存溢出异常：

OutOfMemoryError：Java heap space异常，异常：堆内存满了，调整堆内存大小。

OutOfMemoryError：PermGen space异常，异常：静态内存区满了，加载的类太多。

StarkOverflowError异常，异常：栈内存满了，死循环或者递归。

步骤1：进入bin目录，找到catalina或者startup文件，进行配置如下内容

JAVA_OPTS="-server -Xms256m -Xmx512m -XX:MetaspaceSize=128m -XX:MaxMetaspaceSize=256m"

步骤2：重启Tomcat服务器

1.3 Tomcat热部署

方式一：直接将war包放置到webapps目录下。

方式二：在server.xml配置文件中，加入Context标签。

<Context debug="0" docBase="war包路径" path="项目后的路径" reloadable="true" />

debug：项目输出日志，数值越大，日志越详细。
docBase：war包的路径，可以是绝对路径，也可以是相对路径，相对于webapps文件的路径。
path：项目启动后，端口后、接口前的路径信息。
reloadable：true - 自动重新加载war包新增或者改变的class文件。

方式三：conf目录的catalina文件夹下创建一个xml文件夹，并添加下述信息。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<Context docBase="war包路径" reloadable="true" />

与方式二类似，只不过是单独配置文件，path路径和xml文件名相同。

1.4 数据库连接池与数据源

数据库的访问流程：加载驱动 -> 创建连接 -> 执行SQL -> 释放连接。

由数据库的访问流程可知，只有在执行SQL时存在差异化，其余步骤均是相同或相似的。所以为了避免性能损耗，创建一个专门的空间来存放数据库访问的连接。

Tomcat在7.0之前是使用DBCP，单线程的。在7.0之后使用jdbc，提高数据库访问连接的性能。

在java程序中使用Tomcat连接：

步骤1：创建一个Maven工程，在pom中引入tomcat-jdbc和MySQL的连接依赖

<dependency>  
    <groupId>org.apache.tomcat</groupId>  
    <artifactId>tomcat-jdbc</artifactId>  
    <version>10.1.15</version>  
</dependency>  
  
<dependency>  
    <groupId>com.mysql</groupId>  
    <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>  
    <version>8.0.33</version>  
</dependency>

步骤2：在MySQL数据库中创建一个demo数据库，并创建一个user数据库表，至少包含name字段

CREATE DATABASE `demo`;

CREATE TABLE `user` (
	`id` bigint NOT NULL COMMENT '主键ID',
	`NAME` varchar(30) DEFAULT NULL COMMENT '姓名',
	`age` int DEFAULT NULL COMMENT '年龄',
	`email` varchar(50) DEFAULT NULL COMMENT '邮箱',
	`create_time` timestamp NULL DEFAULT NULL COMMENT '创建时间',
	`update_time` timestamp NULL DEFAULT NULL COMMENT '更新时间',
	PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;

步骤3：创建一个Demo类，在main方法中写入如下代码逻辑

import org.apache.tomcat.jdbc.pool.DataSource;  
import org.apache.tomcat.jdbc.pool.PoolProperties;  
  
import java.sql.Connection;  
import java.sql.ResultSet;  
import java.sql.Statement;  
  
public class Demo {  
  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        PoolProperties p = new PoolProperties();  
        // 数据库连接URL  
        p.setUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/demo?useSSL=true&useUnicode=true&characterEncoding=utf-8&serverTimezone=Asia/Shanghai");  
        // 数据库连接驱动  
        p.setDriverClassName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");  
        // 数据库用户名  
        p.setUsername("root");  
        // 数据库密码  
        p.setPassword("ZYMzym111");  
        // 是否将连接注册到JMX中  
        p.setJmxEnabled(true);  
        // 是否被空闲连接回收期进行检测  
        p.setTestWhileIdle(false);  
        // 是否在连接池中取出连接前进行检查  
        p.setTestOnBorrow(true);  
        // SQL查询  
        p.setValidationQuery("SELECT 1");  
        // 是否在归还前进行检查  
        p.setTestOnReturn(false);  
        // 设置验证频率  
        p.setValidationInterval(30000);  
        // 回收期休眠时间  
        p.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(30000);  
        // 最大活动连接  
        p.setMaxActive(100);  
        // 初始化连接  
        p.setInitialSize(10);  
        // 最大等待时间  
        p.setMaxWait(10000);  
        // 最小空闲连接数  
        p.setMinIdle(10);  
        // JDBC拦截器  
        p.setJdbcInterceptors("org.apache.tomcat.jdbc.pool.interceptor.ConnectionState;"  
                + "org.apache.tomcat.jdbc.pool.interceptor.StatementFinalizer");  
  
        // 数据操作  
        DataSource dataSource = new DataSource();  
        dataSource.setPoolProperties(p);  
        Connection connection = null;  
        try {  
            connection = dataSource.getConnection();  
            Statement st = connection.createStatement();  
            ResultSet rs = st.executeQuery("select * from user limit 10");  
            int count = 1;  
            while (rs.next()) {  
                System.out.println((count++) + " : " + rs.getString("NAME"));  
            }  
            rs.close();  
            st.close();  
        } finally {  
            if (connection != null) {  
                try {  
                    connection.close();  
                } catch (Exception e) {  

                }  
            }  
        }  
    }  
}

步骤4: 运行测试结果

在Tomcat里面使用：

步骤1：进入conf目录，找到context.xml，配置Resouce信息

<Rescource name="jdbc/user"
		   auth="Container"
		   type="javax.sql.DataSource"
		   factory="org.apache.tomcat.jdbc.pool.DataSourceFactory"
		   testWhileIdle="true"
		   testOnBorrow="true"
		   testOnReturn="false"
		   validationQuery="SELECT 1"
		   validationInterVal="30000"
		   timeBetweenEvictionRunsMillis="30000"
		   maxActive="100"
		   minIdle="10"
		   maxWait="10000"
		   initialSize="10"
		   removeAbandonedTimeout="60"
		   removeAbandoned="true"
		   logAbandoned="true"
		   minEvictableIdleTimeMillis="30000"
		   jmxEnabled="true"
		   jdbcInterceptors="org.apache.tomcat.jdbc.pool.interceptor.ConnectionState;org.apache.tomcat.jdbc.pool.interceptor.StatementFinalizer"
		   username="root"
		   password="ZYMzym111"
		   driverClassName="com.mysql.cj.jdbc.Driver"
		   url="jdbc:mysql://localhost:3306/demo?useSSL=true&useUnicode=true&characterEncoding=utf-8&serverTimezone=Asia/Shanghai"/>

步骤2：进入conf目录，找到web.xml,配置全局的匹配项

<resource-ref>
	<description>DB Connection</description>
	<res-ref-name>jdbc/user</res-ref-name>
	<ref-type>javax.sql.DataSrouce<ref-type>
	<ref-auth>Container</ref-auth>
</resource-ref>

步骤3：进入lib目录，放入MySQL的连接驱动的jar包

步骤4：重新启动Tomcat

2. web管理界面

在启动Tomcat之后，访问localhost:8080出现Tomcat首页的管理界面，管理主要是Server status、Manager App和Host Manager。

Server Status：服务器状态。
Manager App：应用管理。
Host Manager：主机管理。

第一次点击的时候需要配置用户认证信息，进入conf目录，找到tomcat-users.xml文件，配置登录信息。

<role rolename="manager-gui"/>
<user username="tomcat" password="s3cret" roles="manager-gui"/>

Manager App界面部署应用程序：

在部署项目过程中可能应用程序文件比较大，而Manager App页面部署过程中，有限制上传文件大小，默认50M，修改方式如下：

步骤1：进入webapps\manager\WEB-INF目录下，找到web.xml配置文件，修改multipart-config配置参数。

<multipart-config>
  <!-- 50 MiB max -->
  <max-file-size>52428800</max-file-size>
  <max-request-size>52428800</max-request-size>
  <file-size-threshold>0</file-size-threshold>
</multipart-config>

步骤2：重启Tomcat服务器

3. 单点登录配置

单点登录（Single Sign On），简称SSO，是目前比较流程的企业业务整合的解决方案之一。

SSO是再多个应用系统中，用户只需要登录一次就可以访问所有的相互信任的应用系统。

单点登录的原理图：

下述将通过Tomcat和CAS进行实现单点登录，略

4. 多域名访问

为了提高资源的利用率

基于IP地址的多域名访问：

步骤1：进入conf目录，找到server.xml文件，添加Host标签配置

<Host appBase="app包所在的目录" autoDeploy="true" upackWARs="true" name="名称">
	<Context path="" docBase="." debug="0"/>
</Host>

步骤2：重启Tomcat服务器

访问地址有原本的IP地址:端口，改为名称:端口。

如果访问出错，加载失败，可能需要在环境的配置文件中，配置地址映射名称。

基于端口的多域名访问：

步骤1：进入conf目录，找到server.xml文件，添加Service标签配置

<Service>
	<Contector connectionTimeout="20000" port="新端口" protocol="HTTP/1.1" redirectPort="443">
		<Engine name="second" debug="0">
			<Host appBase="app包所在的目录" autoDeploy="true" upackWARs="true" name="localhost">
				<Context path="" docBase="." debug=""/>
			</Host>
		</Engine>
	</Contector>
</Service>

步骤2：重启Tomcat服务器

访问地址有原本的IP地址:端口，改为IP地址:新端口。

如果访问出错，加载失败，可能需要检查环境防火墙是否开通新的端口。

5. 安全配置

Tomcat投入生产前的初始化配置：

关闭服务器端口

隐藏版本信息

禁用Tomcat管理页面

自定义错误页面

AJP端口管理

启用cookie的HttpOnly
安全规范

5.1 关闭shutdown端口

为了防止通过Telent 8006端口输入SHUTDOWN命令来停止Tomcat服务器

步骤1: 进入conf目录，找到server.xml配置文件，更改Server标签中shutdown的值

<Server port="8006" shutdown="SHUTDOWN">
</Server>

步骤2：重启Tomcat服务器

5.2 修改Tomcat版本号

为了避免某些针对特定版本的Tomcat的攻击手段

步骤1：进入lib目录，找到catalina.jar，进入jar包内部一次org -> apache -> catalina -> util目录，看到ServerInfo.properties文件，修改改文件的server.info的值

步骤2：重启服务器

5.3 禁用Tomcat管理界面

为了防止通过Tomcat管理界面对服务做一些操作

步骤1：进入webapps目录，创建一个空的ROOT目录

步骤2：重启服务器

5.4 自定义错误页面

为了界面更加友好的提示，需要对一些常见的错误码做一个对应的错误页面

步骤1：进入webapps目录，将错误页面放置到ROOT目录下

步骤2：进入conf目录，找到web.xml文件，配置对应错误页面标签

<error-page>
	<error-code>400</error-code>
	<location>/400错误页面.html</location>
</error-page>
<error-page>
	<error-code>404</error-code>
	<location>/404错误页面.html</location>
</error-page>
<error-page>
	<error-code>401</error-code>
	<location>/401错误页面.html</location>
</error-page>
<error-page>
	<error-code>500</error-code>
	<location>/500错误页面.html</location>
</error-page>

步骤3：重启服务器

5.5 AJP端口管理

AJP主要为了Tomcat和Http服务器通信定制的协议，提供比较高的通信速度和效率。
只有在前端使用Nginx代理时可以注释掉，如果是Apache时，必须要有这个。

步骤1：进入conf目录，找到server.xml文件，注释掉Connector标签，标签如下所示

<Connector port="8019" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443" />

步骤2：重启服务器

5.6 修改Cookies安全性

主要是保存客户端的纯文本文件，例如离线购物车。
设置Cookies的只读属性可以防止XSS-跨站脚本攻击，潜入恶意的HTML代码

步骤1：进入conf目录，找到context.xml文件，给Context标签加入useHttpOnly属性

<Context useHttpOnly="true">
</Context>

步骤2：重启服务器

5.6 安全规范

账号管理、认证授权：

共享账号和无关账号的控制：创建有权限和角色的账户，产出无关权限的账户控制。
口令密码：静态口令认证，至少8位，包括数字、小写、大写、特殊字符，一般控制有效期90天以内。
用户权限：根据用户的需求，配置最小权限。

日志配置操作：

登陆使用的账号、登陆是否成功、登陆时间、远程登录的IP地址

步骤1：进入conf目录，找到server.xml文件，打开value标签，标签内容如下所示

<value classname="org.apache.catalina.values.AccessLogValue" Directory="logs" Prefix="localhost_access_log." Suffix=".txt" Pattern="common" resloveHosts="false"/>

步骤2：重启服务器

设备其他设置操作：

定时登出系统，在server.xml文件中，找到Connector标签的connectionTimeout属性，修改其对应的值

Tomcat 性能调优

除了内存和线程池的优化外，缓存优化和运动模式

缓存优化：

传输的后端服务器前，可以通过前端Nginx进行压缩，Tomcat开启gzip进行压缩。

运动模式：

BIO：Tomcat 7以下默认模式，性能很低，一个线程只能处理一个请求。
NIO：基于缓存区、非阻塞的I/O，并发性能较好。
APR：Tomcat 7及以上默认模式，通过操作系统解决异步I/O

目录CONTENT

Tomcat服务配置与性能优化

整体介绍

Tomcat 概念与运行原理

1. 概念

2. 运行原理

Tomcat 环境搭建

1. Windows环境下搭建Tomcat

2. Linux环境下搭建Tomcat

Tomcat目录结构说明

Tomcat 配置详情

1. 常用配置项修改

1.1 修改Tomcat端口号

1.2 修改Tomcat内存

1.3 Tomcat热部署

1.4 数据库连接池与数据源

2. web管理界面

3. 单点登录配置

4. 多域名访问

5. 安全配置

5.1 关闭shutdown端口

5.2 修改Tomcat版本号

5.3 禁用Tomcat管理界面

5.4 自定义错误页面

5.5 AJP端口管理

5.6 修改Cookies安全性

5.6 安全规范

Tomcat 性能调优

评论区