WEB服务器工作原理
Web
web是WWW(World Wide Web)的简称，基本原理是：请求(客户端)与响应(服务器端)原理，由遍布在互联网中的Web服务器和安装了Web浏览器的计算机组成
客户端发出请求的方式：地址栏请求、超链接请求、表单请求
Web是一种典型的分布式应用架构，从技术层面上看，Web架构的精华有三处
①使用HTML(Hypertext Markup Language)实现信息文档的表示
②使用URL(Uniform Resource Locator)实现全球信息的精确定位
③使用HTTP(HyperText Transfer Protocol)实现分布式的信息传输
什么是web服务器，应用服务器和web容器？
1. Web 服务器
Web 服务器是一种软件或硬件，旨在处理通过 HTTP 协议传送的请求。它们主要用于存储、处理和响应来自客户端（通常是浏览器）的请求，提供静态内容（如 HTML 文件、图像、CSS 文件等）和基础的动态内容。
- 功能：接收 HTTP 请求、响应 HTTP 请求、处理静态资源和基础的动态内容等。
2. 应用服务器
应用服务器是一种服务器环境，专门用于运行应用程序并提供一些高级功能，例如业务逻辑处理和动态内容生成。与仅提供静态内容的 Web 服务器不同，应用服务器能够处理复杂的交互、连接后台数据库和管理应用程序状态。
3. Web 容器（Servlet 容器）
Web 容器，也称为 Servlet 容器，是一种运行 Java Servlet 和 JSP（JavaServer Pages）的环境。它管理 Web 应用程序的生命周期，以及处理客户端请求的相关服务。Web 容器属于应用服务器的一部分，但其主要任务是提供 Web 应用的特定功能。
- 功能：加载和卸载 Web 应用、管理 servlets 生命周期、处理请求和响应、以及支持 JSP 等技术。
- 示例：Apache Tomcat、Jetty。
工作原理
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客户端请求：
- 用户在浏览器中输入一个 URL，或点击一个链接，浏览器会将该请求发送到指定的 Web 服务器。请求通常是一个 HTTP GET 请求，但也可以是 POST、PUT 或 DELETE 等其他类型的请求。
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DNS 解析：
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建立连接：
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请求处理：
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生成响应：
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返回响应：
- Web 服务器通过 TCP 连接发送 HTTP 响应回客户端的浏览器。浏览器接收到响应后，会解析并呈现网页内容。
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关闭连接：
- 根据 HTTP 协议的版本（如 HTTP/1.1 支持持久连接，而 HTTP/2 则有更先进的连接管理），浏览器和服务器可以选择保持连接活动或在响应完成后关闭连接。
正向代理（Forward Proxy）
定义：
正向代理是代理服务器位于客户端与目标服务器之间，客户端通过它向目标服务器发送请求，目标服务器无法直接知道请求源于哪个客户端。
功能：
- 隐藏客户端信息：目标服务器只知道代理服务器的 IP 地址，而不知道客户端的真实 IP 地址。
- 访问控制：可以用来限制客户端对某些网站或服务的访问，例如在企业或学校环境中。
- 缓存：代理服务器可以缓存请求的内容，以提高访问速度和减少带宽消耗。
- 绕过地理限制：允许用户访问被地理限制的网站或服务。
使用场景：
- 企业内部网络中，控制员工访问外部网站。
- 在互联网审查严格的地区，用户使用代理获取受限内容。
反向代理（Reverse Proxy）
定义：
反向代理是一种服务器，接收客户端的请求并将其转发到内部的一台或多台服务器。这种情况下，客户端并不知道具体哪个服务器在处理其请求。
功能：
- 隐藏服务器信息：目标服务器的真实 IP 地址对外部用户是隐藏的。
- 负载均衡：将客户端请求分配到多台后端服务器，以优化资源利用和提高响应速度。
- SSL 加密：可以用于处理 SSL/TLS 加密，减轻后端服务器的负担。
- 安全性：提供额外的安全措施，如防火墙或应用程序防护。
使用场景：
- Web 应用程序使用反向代理来平衡流量和提高性能。
- 需要保护私有服务器并防止直接访问。
常见的 Web 服务器软件
1. Apache HTTP Server
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概述：Apache 是一款开源的高性能 Web 服务器，已经被广泛使用。它在 Web 服务器市场占据着重要位置，因其灵活性和强大的功能而受到开发者和管理员的青睐。
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主要特点：
- 模块化设计：支持多种模块，可以根据需要进行功能扩展（如 SSL、URL 重写、反向代理等）。
- 丰富的配置选项：允许用户通过配置文件进行深入定制，适应不同的需求。
- 虚拟主机支持：能够在同一服务器上托管多个网站，通过虚拟主机进行区分。
- 强大的社区支持：拥有庞大的用户基础和在线文档，易于查找解决方案。
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适用场景：适合各种规模的项目，从小型网站到大型企业应用，特别是需要多种功能和高度可定制的环境。
2. Nginx
功能场景解释
- 1、Http代理，反向代理：
作为web服务器最常用的功能之一，尤其是反向代理。
Nginx在做反向代理时，提供性能稳定，并且能够提供配置灵活的转发功能。Nginx可以根据不同的正则匹配，采取不同的转发策略，比如图片文件结尾的走文件服务器，动态页面走web服务器，只要你正则写的没问题，又有相对应的服务器解决方案，你就可以随心所欲的玩。并且Nginx对返回结果进行错误页跳转，异常判断等。如果被分发的服务器存在异常，他可以将请求重新转发给另外一台服务器，然后自动去除异常服务器。
- 2、负载均衡
负载均衡的基本概念
- 请求分发：负载均衡器负责接收用户请求，然后将这些请求分发到后端服务器上，以实现负载均匀分配。
- 故障检测：负载均衡器可以监控后端服务器的健康状态，确保只有正常工作的服务器处理请求。一旦检测到某台服务器出现问题，负载均衡器会将流量重定向到其他健康服务器。
- 会话保持：在某些应用场景中，可能需要将来自同一用户的请求始终路由到同一台服务器，负载均衡器可以通过会话保持（又称为会话粘性）来实现这个功能。
Nginx提供的负载均衡策略有2种：内置策略和扩展策略。内置策略为轮询，加权轮询，Ip hash。扩展策略，就天马行空，只有你想不到的没有他做不到的啦，你可以参照所有的负载均衡算法，给他一一找出来做下实现。
Ip hash算法，对客户端请求的ip进行hash操作，然后根据hash结果将同一个客户端ip的请求分发给同一台服务器进行处理，可以解决session不共享的问题。
nginx 文件结构
... #全局块
//全局块：配置影响nginx全局的指令。
//一般有运行nginx服务器的用户组，nginx进程pid存放路径，日志存放路径，配置文件引入，允许生成worker process数等。events { #events块...//events块：配置影响nginx服务器或与用户的网络连接。//有每个进程的最大连接数，选取哪种事件驱动模型处理连接请求，是否允许同时接受多个网路连接，开启多个网络连接序列化等。
}http #http块
{... #http全局块//http块：可以嵌套多个server，配置代理，缓存，日志定义等绝大多数功能和第三方模块的配置。//如文件引入，mime-type定义，日志自定义，是否使用sendfile传输文件，连接超时时间，单连接请求数等。server #server块//配置虚拟主机的相关参数，一个http中可以有多个server。{ ... #server全局块location [PATTERN] #location块//配置请求的路由，以及各种页面的处理情况。{...}location [PATTERN] {...}}server{...}... #http全局块
}
Nginx 的常见用例：
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静态文件服务器：很适合用来服务静态文件，如 HTML、CSS 和 JavaScript。
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负载均衡：通过将请求分配到多个应用服务器，提升服务的可用性和响应速度。
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WebSocket 支持：支持 WebSocket 协议，适合实时应用。
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SSL/TLS 终端：可以处理 SSL 加密，减轻应用服务器的负担。
启动和管理 Nginx：
- 安装：可以通过包管理工具（如
apt或yum）安装 Nginx。 - 启动：使用
nginx命令启动 Nginx，用nginx -s reload命令重新加载配置。 - 检查状态：使用
nginx -t命令检查配置文件的语法。
3. Apache Tomcat
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概述：Tomcat 是一个开源的 Java Servlet 容器，专门用于运行 Java Web 应用，支持 Java EE 标准中的 Servlets 和 JSP（JavaServer Pages）。
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主要特点：
- Java 专属：专为运行 Java 应用而设计，支持标准的 Servlet API 和 JSP 规范。
- 灵活的部署：允许将 Web 应用以 WAR 文件的形式部署，简化了应用的管理和更新。
- Web 应用管理：提供管理界面，方便监控和管理部署的应用程序。
- 与 Java EE 的集成：能够与其他 Java EE 技术（如 Spring、Hibernate 等）良好配合。
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适用场景：专门适合 Java 开发的 Web 应用，通常是需要处理复杂逻辑的动态网站。
Tomcat在技术实现上所处的位置如下
Tomcat主要组件：服务器Server，服务Service，连接器Connector、容器Container， 连接器Connector和容器Container是Tomcat的核心。
一个Container容器和一个或多个Connector组合在一起，加上其他一些支持的组件共同组成一个Service服务，有了Service服务便可以对外提供能力了，但是Service服务的生存需要一个环境，这个环境便是Server，Server组件为Service服务的正常使用提供了生存环境，Server组件可以同时管理一个或多个Service服务。
- 1、Connector组件
Connector组件是Tomcat中的两个核心组件之一，他的主要任务是负责接收浏览器发过来的TCP连接请求，创建1个Request和Response对象分别用于和请求端交换数据。然后会产生一个线程来处理这个请求并把产生Request和Response对象传给处理这个请求的线程，处理这个请求的线程就是Container组件要做的事了。
- 2、Container组件
Container是容器的父接口，该容器的设计用的是典型的责任链的设计模式，它由四个自容器组件构成，分别是Engine、Host、Context、Wrapper。这四个组件是负责关系，存在包含关系。通常一个Servlet class对应一个Wrapper，如果有多个Servlet定义多个Wrapper，如果有多个Wrapper就要定义一个更高的Container，如Context。
Context 还可以定义在父容器 Host 中，Host 不是必须的，但是要运行 war 程序，就必须要 Host，因为 war 中必有 web.xml 文件，这个文件的解析就需要 Host 了，如果要有多个 Host 就要定义一个 top 容器 Engine 了。而 Engine 没有父容器了，一个 Engine 代表一个完整的 Servlet 引擎。
| 容器类型 | 描述 |
|---|---|
| Engine 容器 | 容器比较简单，只定义了一些基本的关联关系。 |
| Host 容器 | 是 Engine 的子容器，代表一个虚拟主机，用于运行多个应用。它负责安装和展开应用，并标识应用以便区分它们。它的子容器通常是 Context。 |
| Context 容器 | 代表 Servlet 的上下文环境，具备 Servlet 运行的基本条件。它管理 Servlet 实例（以 Wrapper 形式出现）。在 Tomcat 5 以后，通过 request 来分配正确的 Servlet。 |
| Wrapper 容器 | 代表一个 Servlet，负责管理 Servlet 的装载、初始化、执行和资源回收。它是最底层的容器，没有子容器，调用 addChild 会报错。其实现类是 StandardWrapper，它还实现了 ServletConfig，直接与 Servlet 的各种信息打交道。 |
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Tomcat目录
|—bin Tomcat：存放启动和关闭tomcat脚本；
|—conf Tomcat：存放不同的配置文件（server.xml和web.xml）；
|—doc：存放Tomcat文档；
|—lib/japser/common：存放Tomcat运行需要的库文件（JARS）；
|—logs：存放Tomcat执行时的LOG文件；
|—src：存放Tomcat的源代码；
|—webapps：Tomcat的主要Web发布目录（包括应用程序示例）；
|—work：存放jsp编译后产生的class文件； -
HTTP请求Tomcat内部处理过程
- 用户点击网页内容，请求被发送到本机端口8080，被在那里监听的 HTTP/1.1 Connector 获得。
- Connector把该请求交给它所在的Service的Engine来处理，并等待Engine的回应。
- Engine获得请求localhost/test/index.jsp，匹配所有的虚拟主机Host。
- Engine匹配到名为 localhost 的Host（即使匹配不到也把请求交给该Host处理，因为该Host被定义为该Engine的默认主机），名为localhost的Host获得请求/test/index.jsp，匹配它所拥有的所有的Context。Host匹配到路径为/test的Context（如果匹配不到就把该请求交给路径名为“ ”的Context去处理）。
- path=“/test”的Context获得请求/index.jsp，在它的mapping table中寻找出对应的Servlet。Context匹配到URL PATTERN为*.jsp的Servlet,对应于JspServlet类。
- 构造HttpServletRequest对象和HttpServletResponse对象，作为参数调用JspServlet的 doGet（）或doPost（).执行业务逻辑、数据存储等程序。
- Context把执行完之后的HttpServletResponse对象返回给Host。
- Host把HttpServletResponse对象返回给Engine。
- Engine把HttpServletResponse对象返回Connector。
- Connector把HttpServletResponse对象返回给客户Browser。
Tomcat与Nginx/Apache的应用架构
在这个架构中，Nginx 或 Apache 充当前端的网关，通过反向代理接受所有进入的请求。请求根据类型被智能地路由到不同的处理服务器，这种模式称为动静分离。以下是具体流程：
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接收请求：客户端发起请求，首先到达 Nginx 或 Apache 服务器。
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请求处理：
- 静态请求：例如，请求 CSS、JavaScript、图片等静态资源，这些请求会直接由 Nginx 或 Apache 处理，并返回静态内容。
- 动态请求：例如，请求访问数据库、用户认证等需要应用逻辑的请求，这些请求会被转发到 Tomcat 服务器。
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Tomcat 处理动态逻辑：Tomcat 接收动态请求，执行相应的业务逻辑，并返回处理结果（通常是生成的 HTML 页面或 JSON 数据）。
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最终响应：Nginx 或 Apache 将 Tomcat 的响应返回给客户端。
2. 优点分析
- 性能优化：静态内容由 Nginx 或 Apache 直接处理，这可以显著减少 Tomcat 的负担，提升整体性能。
- 高并发处理：Nginx 和 Apache 设计上能够高效处理大量并发请求，而 Tomcat 更适合处理业务逻辑。
- 安全性：通过反向代理，可以隐藏内部服务器架构，改善安全性。
- 灵活性：可以根据负载和请求类型调整 Nginx/Apache 和 Tomcat 的配置。
简化的架构图示
+---------------+| Client |+---------------+||+--------------------+| Nginx/Apache |+--------------------+| 静态请求 || 动态请求 |+--------------------+/ \/ \+----------------+ +----------------+| Static Content | | Tomcat || (Nginx/Apache) | | (Dynamic Logic)|+----------------+ +----------------+
网站部署的架构
以主流的B/S架构网站为例，大型网站的部署一般分为几个部分
1、前端部分
2、后端部分
3、云计算部分
4、存储部分与第三方云计算服务部分
1、前端部分
单个前端服务器一般包含2个部分，Web服务器软件、网页资源文件
Web服务器软件作用是在接收到请求后，在磁盘上找到对应的网页资源文件，并将其发送给请求端
网页资源文件指的是网页的静态资源文件，包括HTML文件、CSS文件、JavaScript文件、图片文件、视频文件等
其中，一部分网页资源文件可能会存在单独的文件服务当中（如上传的头像、视频等）
负载均衡可以是自己搭建的服务器（Nginx等）或者是购买云服务
在负载均衡前面需要增加CDN服务（缓存网页资源文件），增加CDN是为了加速网页资源文件的下载速度
2、后端部分
单个后端服务器一般包含2个部分，Web应用服务器软件、后端应用程序
Web应用服务器软件根据不同的开发语言有所区别，Java的话一般是Tomcat 或者Jetty
其作用是接收到请求后，调用相对应的后端应用程序，并把后端应用程序处理的结果返回请求端
后端应用程序是真正处理请求的程序，java编写的话一般是以.war结尾的文件
后端应用程序在网站系统中处于“司令塔”的位置
会调用很多第三方软件，如数据库、非关系型数据库（如Redis）、消息队列、第三方云计算服务等
而且后端应用程序还会操作共享文件，如上传头像、视频等
对于后端服务器集群而言，前面需要增加负载均衡以分发请求，负载均衡可以与前端服务共用
3、云计算部分
由于没有比较通用且流行的框架，其结构因具体实现方式而异。
不过云计算部分的工作原理一般是，后端应用程序向消息队列下发任务，云计算服务软件监听消息队列并执行任务
云计算服务集群一般是监听同一个消息队列，以抢占的方式获取任务的，所以不需要考虑分发任务的问题
当然，云计算服务根据具体的功能，也可能会使用第三方软件（如数据库等）或者操作共享文件
4、存储部分与第三方云计算服务部分
存储部分包括数据库、文件服务器、非关系型数据库等
这些软件都会提供自己的集群方式
第三方云计算服务部分一般是通过API调用的
总体的部署架构如图所示
补充概念
1. 集群（Cluster）
- 定义：集群是由多台计算机（服务器）组成的系统，这些计算机通过网络连接并协同工作，通常它们提供相同的功能。集群的目标是提高服务可用性和可扩展性，降低单个服务器的负载。
- 类型：
- 负载均衡集群：通过将请求分发到不同的服务器来处理大量流量，例如Web服务。
- 高可用集群：通过冗余配置保证服务的持续可用性，在某个节点发生故障时，其他节点代替其提供服务。
2. 分布式系统（Distributed System）
- 定义：分布式系统由多个独立的计算机组成，每台计算机负责系统的不同功能。这些计算机通常通过网络进行通信。分布式系统的设计旨在提高系统的可扩展性和容错能力。
- 优势：
3. Docker
- 定义：Docker 是基于 Linux 的开源容器化平台，允许开发者将应用和其所有依赖打包到一个标准的、轻量级的容器中。每个容器都是一个隔离的运行环境，但它们共享同一操作系统的内核。
- 特点：
- 隔离性：容器彼此独立，避免了环境冲突。
- 可移植性：容器可以在不同的环境中快速部署，确保一致性。
- 高效性：多个容器可以在同一台物理服务器上运行，资源利用率高。
4. Kubernetes（K8S）
- 定义：Kubernetes 是一个开源的容器编排平台，用于自动部署、扩展和管理容器化应用程序。它可以管理由 Docker 或其他容器技术构建的容器。
- 功能：
- 自动化部署：K8S 可以根据负载自动部署和销毁容器。
- 服务发现和负载均衡：自动发现服务，并将流量分配到适当的容器。
- 自我修复：控制平面监控容器状态，如果某个容器失败，K8S 会自动重启或替换它。
5. 虚拟机（Virtual Machine）
- 定义：虚拟机是在虚拟化软件（如 VMware、VirtualBox）上运行的计算机，相当于在物理服务器上模拟出多个独立的软件环境（虚拟环境）。每个虚拟机都有自己的操作系统和资源，表现为一台完整的计算机。
- 特点：
- 资源隔离：每个虚拟机都有自己的操作系统和资源分配，彼此独立。
- 灵活性：可以在一台物理服务器上运行多个虚拟机，各自独立运行不同的应用。
- 方便管理：可以对虚拟机进行快照，便于备份和恢复。
集群 和 分布式系统 是提升系统性能和可靠性的架构理念。
Docker 提供了容器化技术，支持轻量级的应用打包和部署。
Kubernetes 是管理和编排容器的工具，可以自动化管理容器的生命周期。
虚拟机 提供了完整的虚拟化环境，允许在单台物理服务器上运行多个独立的系统。
