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详解 Tomcat 的连接数与线程池(一)
2017-11-13 14:55:25 】 浏览:28
Tags:详解 Tomcat 连接 线程

前言

在使用tomcat时,经常会遇到连接数、线程数之类的配置问题,要真正理解这些概念,必须先了解Tomcat的连接器(Connector)。

在前面的文章 详解Tomcat配置文件server.xml 中写到过:Connector的主要功能,是接收连接请求,创建Request和Response对象用于和请求端交换数据;然后分配线程让Engine(也就是Servlet容器)来处理这个请求,并把产生的Request和Response对象传给Engine。当Engine处理完请求后,也会通过Connector将响应返回给客户端。

可以说,Servlet容器处理请求,是需要Connector进行调度和控制的,Connector是Tomcat处理请求的主干,因此Connector的配置和使用对Tomcat的性能有着重要的影响。这篇文章将从Connector入手,讨论一些与Connector有关的重要问题,包括NIO/BIO模式、线程池、连接数等。

根据协议的不同,Connector可以分为HTTP Connector、AJP Connector等,本文只讨论HTTP Connector。

一、Nio、Bio、APR

1、Connector的protocol

Connector在处理HTTP请求时,会使用不同的protocol。不同的Tomcat版本支持的protocol不同,其中最典型的protocol包括BIO、NIO和APR(Tomcat7中支持这3种,Tomcat8增加了对NIO2的支持,而到了Tomcat8.5和Tomcat9.0,则去掉了对BIO的支持)。

BIO是Blocking IO,顾名思义是阻塞的IO;NIO是Non-blocking IO,则是非阻塞的IO。而APR是Apache Portable Runtime,是Apache可移植运行库,利用本地库可以实现高可扩展性、高性能;Apr是在Tomcat上运行高并发应用的首选模式,但是需要安装apr、apr-utils、tomcat-native等包。

2、如何指定protocol

Connector使用哪种protocol,可以通过<connector>元素中的protocol属性进行指定,也可以使用默认值。

指定的protocol取值及对应的协议如下:

  • HTTP/1.1:默认值,使用的协议与Tomcat版本有关
  • org.apache.coyote.http11.Http11Protocol:BIO
  • org.apache.coyote.http11.Http11NioProtocol:NIO
  • org.apache.coyote.http11.Http11Nio2Protocol:NIO2
  • org.apache.coyote.http11.Http11AprProtocol:APR

如果没有指定protocol,则使用默认值HTTP/1.1,其含义如下:在Tomcat7中,自动选取使用BIO或APR(如果找到APR需要的本地库,则使用APR,否则使用BIO);在Tomcat8中,自动选取使用NIO或APR(如果找到APR需要的本地库,则使用APR,否则使用NIO)。

3、BIO/NIO有何不同

无论是BIO,还是NIO,Connector处理请求的大致流程是一样的:

在accept队列中接收连接(当客户端向服务器发送请求时,如果客户端与OS完成三次握手建立了连接,则OS将该连接放入accept队列);在连接中获取请求的数据,生成request;调用servlet容器处理请求;返回response。为了便于后面的说明,首先明确一下连接与请求的关系:连接是TCP层面的(传输层),对应socket;请求是HTTP层面的(应用层),必须依赖于TCP的连接实现;一个TCP连接中可能传输多个HTTP请求。

在BIO实现的Connector中,处理请求的主要实体是JIoEndpoint对象。JIoEndpoint维护了Acceptor和Worker:Acceptor接收socket,然后从Worker线程池中找出空闲的线程处理socket,如果worker线程池没有空闲线程,则Acceptor将阻塞。其中Worker是Tomcat自带的线程池,如果通过<Executor>配置了其他线程池,原理与Worker类似。

在NIO实现的Connector中,处理请求的主要实体是NIoEndpoint对象。NIoEndpoint中除了包含Acceptor和Worker外,还是用了Poller,处理流程如下图所示(图片来源:http://gearever.iteye.com/blog/1844203)。

Acceptor接收socket后,不是直接使用Worker中的线程处理请求,而是先将请求发送给了Poller,而Poller是实现NIO的关键。Acceptor向Poller发送请求通过队列实现,使用了典型的生产者-消费者模式。在Poller中,维护了一个Selector对象;当Poller从队列中取出socket后,注册到该Selector中;然后通过遍历Selector,找出其中可读的socket,并使用Worker中的线程处理相应请求。与BIO类似,Worker也可以被自定义的线程池代替。

通过上述过程可以看出,在NIoEndpoint处理请求的过程中,无论是Acceptor接收socket,还是线程处理请求,使用的仍然是阻塞方式;但在“读取socket并交给Worker中的线程”的这个过程中,使用非阻塞的NIO实现,这是NIO模式与BIO模式的最主要区别(其他区别对性能影响较小,暂时略去不提)。而这个区别,在并发量较大的情形下可以带来Tomcat效率的显著提升:

目前大多数HTTP请求使用的是长连接(HTTP/1.1默认keep-alive为true),而长连接意味着,一个TCP的socket在当前请求结束后,如果没有新的请求到来,socket不会立马释放,而是等timeout后再释放。如果使用BIO,“读取socket并交给Worker中的线程”这个过程是阻塞的,也就意味着在socket等待下一个请求或等待释放的过程中,处理这个socket的工作线程会一直被占用,无法释放;因此Tomcat可以同时处理的socket数目不能超过最大线程数,性能受到了极大限制。而使用NIO,“读取socket并交给Worker中的线程”这个过程是非阻塞的,当socket在等待下一个请求或等待释放时,并不会占用工作线程,因此Tomcat可以同时处理的socket数目远大于最大线程数,并发性能大大提高。

二、3个参数:acceptCount、maxConnections、maxThreads

再回顾一下Tomcat处理请求的过程:在accept队列中接收连接(当客户端向服务器发送请求时,如果客户端与OS完成三次握手建立了连接,则OS将该连接放入accept队列);在连接中获取请求的数据,生成request;调用servlet容器处理请求;返回response。

相对应的,Connector中的几个参数功能如下:

1、accep

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