Tomcat与Netty比较

Tomcat介绍

Tomcat是一个免费的、开放源代码的Web应用服务器，是Apache软件基金会项目中的一个核心项目。它由Apache、Sun和其他一些公司及个人共同开发而成，深受Java爱好者的喜爱，是一款比较流行的Web应用服务器。

Tomcat由一系列的组件构成，其中核心的组件有三个：

1. web容器：完成web服务器的功能。
2. servlet容器：名字为catalina，用于处理Servlet代码。
3. jsp容器：用于将jsp动态网页翻译成Servlet代码。

因此，Tomcat是web应用服务器，也是一个Servlet/JSP容器。作为Servlet容器，Tomcat负责处理客户请求，把请求传送给Servlet，并将Servlet的响应传送回给客户。在中小型系统和并发访问用户不是很多的场合下，Tomcat被普遍使用，是开发和调试JSP程序的首选。

Tomcat支持的协议

Tomcat支持的协议很多，主要包括如下的协议

1. HTTP/1.1 ： Tomcat对HTTP/1.1的支持体现在持久连接、请求和响应的处理、虚拟主机支持、请求的路由和处理、错误处理和日志记录以及兼容性和向后兼容性等方面。这些功能使得Tomcat能够作为一款可靠的Web服务器，为使用HTTP/1.1协议的应用提供良好的支持。
2. HTTP/2.0 ：Tomcat从8.5版本开始支持HTTP/2.0协议。HTTP/2.0协议在传输方面进行了重要改进，包括采用二进制格式传输数据而非HTTP/1.1的文本格式，支持服务器推送等。Tomcat对HTTP/2.0的支持主要通过移除SPDY/2的相关功能实现，因为HTTP/2.0与SPDY虽然有所不同，但两者之间存在一些相似之处。在HTTP/2.0中，一个基本的协议单元是帧，这与TCP中的数据包概念相似。
3. AJP ：在Tomcat中，AJP协议主要用于连接Apache HTTP服务器和其他反向代理服务器，实现Web服务器和Servlet容器之间的通信。通过AJP连接器（AJP Connector），Tomcat可以与支持AJP协议的Web服务器进行集成，提供更好的性能和扩展性

Tomcat的优缺点

• Tomcat的优点主要包括：

1. 轻量级和易部署：Tomcat是一个轻量级的服务器，具有较小的体积和简单的配置，使得它易于部署和管理。
2. 开放源代码：Tomcat是开源的，这意味着用户可以免费获取和使用它，并根据需要对其进行修改。
3. 稳定性好：Tomcat经过长时间的发展和广泛的应用，已经证明了其稳定性和可靠性。
4. 支持Servlet和JSP：Tomcat是一个符合Java Servlet和JavaServer Pages技术规范的实现，可以运行基于Servlet和JSP的Web应用程序。
5. 支持多种应用：Tomcat不仅可以作为Web服务器运行，还可以作为独立的应用服务器运行，支持多种应用和框架。

• Tomcat也有一些缺点：

1. 内存占用较大：相较于一些其他的Web服务器，Tomcat的内存占用较大，可能会影响性能。
2. 线程数限制：Tomcat默认的线程数是有限制的，这可能会影响到并发访问的性能。
3. 安全性：虽然Tomcat已经进行了安全配置，但用户仍需要采取额外的安全措施来保护自己的应用程序和数据。
4. 更新和维护：由于Tomcat是开源的，因此需要用户自行负责更新和维护。

Netty介绍

Netty是由JBOSS提供的一个java开源框架，现为Github上的独立项目。Netty提供异步的、事件驱动的网络应用程序框架和工具，用以快速开发高性能、高可靠性的网络服务器和客户端程序。

具体来说，Netty是一个基于NIO的客户、服务器端的编程框架，使用Netty可以确保快速和简单的开发出一个网络应用，例如实现了某种协议的客户、服务端应用。Netty相当于简化和流线化了网络应用的编程开发过程，例如：基于TCP和UDP的socket服务开发。 “快速”和“简单”并不用产生维护性或性能上的问题。Netty是一个吸收了多种协议（包括FTP、SMTP、HTTP等各种二进制文本协议）的实现经验，并经过相当精心设计的项目。最终，Netty成功的找到了一种方式，在保证易于开发的同时还保证了其应用的性能，稳定性和伸缩性。

此外，Netty整合了网络编程、多线程处理和并发等多个领域，极大地简化了网络开发的流程。 Netty本质是一个NIO框架，适用于服务器通讯相关的多种应用场景，它能够快速和轻松地开发网络应用程序，如协议服务器和客户端。它极大地简化了TCP和UDP套接字服务器等网络编程。

Netty支持的协议

Netty支持多种协议，包括但不限于：

1. TCP/UDP：Netty提供了基于NIO的TCP和UDP编程框架，可以用来构建高性能、高可用性的网络应用。
2. HTTP/HTTPS：Netty提供了HTTP/HTTPS编程框架，可以用来开发Web服务器和客户端。
3. WebSocket：Netty提供了WebSocket编程框架，可以用来实现双向通信应用程序，如聊天室等。
4. SPDY/HTTP2：Netty提供了SPDY和HTTP2编程框架，可以用来实现高效的Web应用程序。
5. MQTT/CoAP：Netty提供了MQTT和CoAP编程框架，可以用来构建IoT应用程序。

此外，Netty还支持各种二进制和文本协议，如FTP、SMTP等。这些协议都是通过Netty的ChannelHandler来处理的，用户只需要根据业务需求实现对应的ChannelHandler即可。

Netty的优点和缺点

• Netty的优点主要包括：

1. API使用简单，开发门槛低。
2. 功能强大，预置了多种编解码功能，支持多种主流协议。
3. 定制能力强，可以通过ChannelHandler对通信框架进行灵活地扩展。
4. 性能高，通过与其他业界主流的NIO框架对比，Netty的综合性能最优。
5. 成熟、稳定，Netty修复了已经发现的所有JDK NIO BUG，业务开发人员不需要再为NIO的BUG而烦恼。
6. 社区活跃，版本迭代周期短，发现的BUG可以被及时修复，同时，更多的新功能会加入。
7. 经历了大规模的商业应用考验，质量得到验证。 在互联网、大数据、网络游戏、企业应用、电信软件等众多行业得到成功商用，证明了它已经完全能够满足不同行业的商业应用了。

Tomcat和Netty的区别

Tomcat和Netty在以下方面存在一些区别：

1. 作用：Tomcat是Servlet容器，可以视为Web服务器，而Netty是异步事件驱动的网络应用程序框架和工具，用于简化网络编程，例如TCP和UDP套接字服务器。
2. 协议：Tomcat是基于HTTP协议的Web服务器，而Netty能通过编程自定义各种协议，因为Netty本身自己能编码/解码字节流，所有Netty可以实现HTTP服务器、FTP服务器、UDP服务器、RPC服务器、WebSocket服务器、Redis的Proxy服务器、MySQL的Proxy服务器等等。
3. 性能：虽然Tomcat和Netty在某些方面都有较好的性能，但Netty的性能更高。Tomcat从6.x开始就支持了nio模式，并且后续还有arp模式——一种通过jni调用apache网络库的模式，相比于旧的bio模式，并发性能得到了很大提高。而Netty是否比Tomcat性能更高，则要取决于Netty程序作者的技术实力。

Tomcat和Netty在作用、协议和性能方面存在一些区别。用户可以根据自己的需求选择合适的工具。

选择Tomcat还是Netty，主要取决于具体需求。

如果需求是构建高性能、高并发的网络应用，并且需要实现自定义协议，那么Netty可能更适合。因为Netty的异步、事件驱动的设计模式能更好地应对高并发场景，并且它支持自定义协议，提供了更为灵活的网络编程框架。

然而，如果主要需求是构建Web应用服务器，并且基于HTTP协议的应用较多，那么Tomcat可能更简单易用。Tomcat一度是web容器的标准，并且对HTTP层的支持更为完善。

Tomcat和Netty的应用场

Tomcat和Netty的应用场景存在一定差异。

Tomcat主要应用于传统的Web应用程序，如电子商务网站、博客等。它是一个开源的Web服务器，提供了一个容器来运行Java Web应用程序，并处理HTTP请求和响应。Tomcat的设计目标是提供一种简单、易用、可靠的方式来开发和部署Java Web应用程序。

而Netty则更适用于需要处理大量并发连接和高吞吐量的场景，如实时通信、游戏服务器等。Netty是一个基于事件驱动的异步网络应用框架，它提供了高性能、可扩展的网络编程能力。其设计目标是提供一种简单、高效、可靠的方式来开发可维护的高性能服务器和客户端。

Tomcat和Netty在相同的服务器配置下，Netty的并发支持能力通常更高。

Tomcat默认的最大并发数是150，可以通过配置来提高，但受限于线程数。而Netty基于NIO（非阻塞IO）设计，能够处理更多的并发连接，并且不需要为每个请求创建新的线程。这使得Netty在处理大量并发连接时具有更高的性能和效率。

总的来说，如果需要处理大量并发连接，Netty是一个更好的选择。

Tomcat和Netty来处理大规模并发连接的优化

• 处理大规模并发连接时，Netty可以通过以下方式进行优化：

1. 异步和事件驱动的设计：Netty基于异步和事件驱动的设计模式，通过非阻塞IO（NIO）处理连接。它可以高效地处理大量并发连接，而无需为每个连接创建新的线程。
2. 连接管理和复用：Netty使用连接池和连接复用技术来管理连接。它可以重用已经建立的连接，避免了频繁地创建和销毁连接的开销。
3. 流量控制和背压机制：Netty提供了流量控制和背压机制，可以根据服务器的负载情况动态调整接收和发送数据的速率，避免服务器过载。
4. 高效的线程模型：Netty采用了多线程模型，通过合理的线程划分和调度，充分利用多核处理器的性能，提高了并发处理能力。
5. 自定义协议和编解码器：Netty支持自定义协议，并提供了丰富的编解码器，可以灵活地处理各种协议和数据格式，以满足不同场景的需求。
6. 高性能的数据传输：Netty使用了零拷贝技术和缓冲区池化，减少了数据传输过程中的内存拷贝和分配开销，提高了数据传输的效率。
7. 监控和调优：Netty提供了丰富的监控和调优手段，可以实时监测服务器的性能指标，并根据需要进行调整和优化，以保证系统的稳定性和性能。

通过异步和事件驱动的设计、连接管理和复用、流量控制、高效的线程模型、自定义协议和编解码器、高性能的数据传输以及监控和调优等技术手段，Netty能够有效地处理大规模并发连接，并提供高性能、可扩展的网络应用服务。

• Tomcat对大规模并发连接的支持可以通过以下方式进行优化：

1. 服务器配置优化：通过优化Tomcat的服务器配置，如调整线程池大小、连接器配置等，可以提高并发处理能力。可以根据实际应用的需求和硬件资源来合理配置。
2. 使用负载均衡和集群技术：通过负载均衡器将请求分发到多个Tomcat实例，可以实现水平扩展，提高并发处理能力。同时，集群技术可以将多个Tomcat实例组成一个集群，共同处理请求，进一步提高并发处理能力。
3. 连接池和连接复用：类似于Netty，Tomcat也可以使用连接池和连接复用技术来管理连接，避免频繁地创建和销毁连接的开销。
4. 异步处理和事件驱动：虽然Tomcat是同步的，但可以通过异步处理和事件驱动的方式来提高并发处理能力。例如，使用异步Servlet或Spring的异步Web框架等技术。
5. 数据库读写分离：对于数据库的读写操作，可以采用读写分离的策略，将读操作和写操作分发到不同的数据库实例，减轻单点数据库的压力，提高并发处理能力。
6. 缓存技术：合理使用缓存技术，如Redis、Memcached等，可以减少对数据库的访问次数，减轻数据库的压力，从而提高并发处理能力。
7. 监控和调优：通过监控Tomcat的性能指标，及时发现瓶颈并进行调优。例如，调整JVM参数、优化SQL语句等。

通过优化服务器配置、使用负载均衡和集群技术、连接池和连接复用、异步处理和事件驱动、数据库读写分离、缓存技术和监控调优等技术手段，Tomcat也可以有效地支持大规模并发连接。

Tomcat与Netty的网络模型的区别

Tomcat的网络模型主要有三种：JIO（即BIO）、NIO和NIO2（即AIO）。

1. JIO（Java I/O）：这是传统的同步阻塞模型，即BIO。在这种模型中，I/O操作是同步的，并且当数据未准备好时，线程会被阻塞。这种模型适用于连接数较少且数据量大的场景。
2. NIO（Non-blocking I/O）：这是Java 7引入的模型，支持非阻塞的I/O操作。在这种模型中，I/O操作是异步的，当数据未准备好时，线程不会被阻塞，而是可以继续执行其他任务。这种模型适用于高并发、高吞吐量的场景。
3. NIO2（Asynchronous I/O）：这是Java 7引入的另一种异步I/O模型，也被称为AIO。与NIO相比，NIO2更简单、更轻量级，它提供了基于回调的异步I/O操作。这种模型适用于需要处理大量并发连接的场景。

在Tomcat 7之前，主要使用JIO模型；从Tomcat 7开始，支持NIO和NIO2模型；在Tomcat 8之后，默认使用NIO模型。可以根据具体需求选择合适的网络模型。

Netty的网络模型是基于NIO（非阻塞IO）的，它使用了事件驱动和异步的设计模式。Netty的核心组件包括Channel、EventLoop、ChannelHandler等，通过这些组件的协作，实现了高效的网络通信。

Netty的网络模型具有以下特点：

1. 事件驱动：Netty的事件驱动设计使得它能够高效地处理并发连接。当网络事件发生时，Netty会将其封装成一个事件对象，并传递给相应的ChannelHandler进行处理。
2. 异步性：Netty的异步性使得它不会阻塞线程等待IO操作完成，而是通过回调函数通知处理完成或者错误信息。这种异步的设计使得Netty能够处理更多的并发连接。
3. 内存池化：Netty使用了内存池化的技术，通过预先分配一定数量的ByteBuf对象，避免了频繁的内存分配和回收操作，减少了GC的次数和提高了性能。
4. 零拷贝：Netty的零拷贝技术减少了数据在内存中的拷贝次数，提高了数据传输的效率。通过优化文件通道的读写操作，Netty能够避免不必要的内存拷贝和数据复制。
5. 高度可定制：Netty提供了丰富的ChannelHandler接口，用户可以根据需求实现自定义的ChannelHandler来处理网络事件。这种可定制性使得Netty能够适应各种不同的应用场景。
6. 异步事件驱动模型：Netty使用异步事件驱动模型来处理网络事件，EventLoop会循环监听事件，当事件到来时，会调用ChannelHandler进行处理。这种模型使得Netty能够充分利用多核CPU的资源，提高处理性能。
7. 线程模型：Netty使用了多Reactor模型，包括一个MainReactor和多个SubReactor。MainReactor负责接收新连接，SubReactor负责处理已接受的连接。这种线程模型使得Netty能够高效地处理大量并发连接。

Tomcat与Netty架构设计

• Tomcat的架构设计主要包括以下几个部分：

1. 连接器（Connector） ：连接器负责处理HTTP请求和响应的数据流，可以支持多种协议和传输方式，如HTTP、HTTPS、AJP等。连接器可以配置多个，每个连接器监听不同的端口。
2. Web容器（Web Container） ：Web容器负责管理Web应用程序，每个Web应用程序都有一个Context，它包含了该应用程序的Servlet、Filter、Listener等组件的定义和配置。Web容器还负责类加载、Session管理、安全性等方面的处理。
3. 集群和负载均衡（Clustering and Load Balancing） ：Tomcat支持将多个Tomcat实例组成一个集群，以提高性能和可用性。集群中的Tomcat实例可以通过共享Session等方式进行通信，并且可以通过负载均衡器将请求分发到不同的Tomcat实例上。
4. 日志和监控（Logging and Monitoring） ：Tomcat提供了丰富的日志记录和监控功能，可以帮助开发人员和管理员监控Tomcat的运行状态和性能指标。

Tomcat的架构设计包括连接器、Web容器、集群和负载均衡、日志和监控等部分，这些组件协同工作，使得Tomcat能够提供高性能、可扩展的Web应用服务。

• Netty的架构设计包括以下几个主要部分：

1. 通信调度层（Reactor） ：由一系列辅助类完成，包括Reactor线程（NioEventLoop及其父类）、NioSocketChannel/NioServerSocketChannel及其父类、Buffer组件、Unsafe组件等。该层的主要职责是监听网络的读写和连接操作，负责将网络层的数据读取到内存缓冲区，然后触发各种网络事件，例如连接创建、连接激活、读事件、写事件等。
2. 责任链层（Pipeline） ：负责上述的各种网络事件在责任链中的有序传播，同时负责动态地编排责任链。责任链可以选择监听和处理自己关心的事件，可以拦截处理事件，以及向前向后传播事件。

Netty的设计基于NIO（非阻塞IO）模型，具有异步、事件驱动的特点，可以高效地处理大量并发连接.

拓展

HTTP/2.0协议详解

I/O基础知识入门