詳解Tomcat 7的七大新特性和新增功能
Apache發布首個Tomcat 7版本已經發布了有一段時間了，Tomcat 7引入了許多新功能，并對現有功能進行了增強。很多文章列出了Tomcat 7的新功能，但大多數并沒有詳細解釋它們，或指出它們的不足，或提供代碼示例。本文將明確描述Tomcat 7中七個最顯著的特征和新增的功能，并對其作出評論，而不是僅僅列出新的功能。本文還提供了代碼例子以方便你可以對其有更好的理解。
本文分為兩個部分，分別是”Tomcat 7的新特性”和“Tomcat 7增強的功能”。
Tomcat 7新特性
1 使用隨機數去防止跨站腳本攻擊。
2 改變了安全認證中的jessionid的機制，防止session攻擊。
3 內存泄露的偵測和防止
4 在war文件外使用別名去存儲靜態內容。
Tomcat 7的增強功能
5 對Servlet 3.0,JSP 2.2和JSP-EL 2。2的支持
6 更容易將Tomcat內嵌到應用去中去，比如JBoss
7 異步日志記錄
根據Mark Thomas,Tomcat 7委員會的經理的說法，Tomcat 7最顯著的三個特征是Servlet 3.0,內存檢測泄露和增強的安全特性。
Tomcat 7的例子程序中，包含了Eclipse的工程文件和Ant的構建文件，以方便去構建war文件。其中Eclipse工程文件有例子代碼描述了Tomcat 7的一些新特性。
下面逐一開始介紹。
Tomcat 7新特性
一、使用隨機數去防止跨站請求偽造攻擊
Wikipedia將跨站請求偽造攻擊(Cross Site Request forgery,CSRF)定義為：“一種影響Web應用的惡意攻擊。CSRF讓用戶當進入一個可信任的網頁時，被強行執行惡意代碼。
經典的防止CSRF攻擊的方法是使用隨機數的方式，Wikipedia中定義為“利用隨機或偽隨機數嵌入到認證協議中，以確保舊的不能在以后的重放攻擊中被利用。”
Tomcat 7中有一個servlet過濾器，用于將隨機數存儲在用戶每次請求處理后的seesion會話中。這個隨機數，必須作為每次請求中的一個參數。 Servlet過濾器然后檢查在請求中的這個隨機數是否與存儲在用戶session中的隨機數是一樣的。如果它們是相同的，該請求是判斷來自指定的網站。如果它們是不同的，該請求被認為是從其他網站發出并且會被拒絕。
這個servlet過濾器是十分簡單的，下面是從TOMCAT 源代碼CsrfPreventionFilter文檔中摘錄的片段：
- public class CsrfPreventionFilter extends FilterBase {
- public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response,
- FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
- String previousNonce = req.getParameter(Constants.CSRF_NONCE_REQUEST_PARAM);
- String expectedNonce = (String) req.getSession(true).getAttribute(Constants.CSRF_NONCE_SESSION_ATTR_NAME);
- if (expectedNonce != null && !expectedNonce.equals(previousNonce)) {
- res.sendError(HttpServletResponse.SC_FORBIDDEN);
- return;
- }
- String newNonce = generateNonce();
- req.getSession(true).setAttribute(Constants.CSRF_NONCE_SESSION_ATTR_NAME, newNonce);
所以每個URL地址中都有一個從用戶session中提取的隨機數，下面是使用的JSTL例子：
在以前，JSTL中構造鏈接可以這樣：
- < c:url var="url" value="/show" >
- < c:param name="id" value="0" / >
- < /c:url >
- < a href="${show}" >Show< /a >
而現在可以這樣：
- < c:url var="url" value="/show" >
- < c:param name="id" value="0" / >
- < c:param name="org.apache.catalina.filters.CSRF_NONCE" value="${session.org.apache.catalina.filters.CSRF_NONCE}" / >
- < /c:url >
具體的例子可以參考Tomcat 7自帶例子中的演示，這個過濾器可以在web.xml中進行配置，配置后，所有訪問如：http://localhost:8080/tomcat7demo/csrf/的都必須帶上參數，不帶上參數的話會出現403禁止訪問錯誤。
當然這種方法的缺點就是所有的鏈接都必須帶上這個隨機數。
二、改變了安全認證中的jessionid的機制，防止session攻擊
Session劫持攻擊通常是以下的情況：
1 惡意攻擊者先訪問一個網頁，由于cookie是以jsession id的方式存儲在瀏覽器中的，即使攻擊者不登陸，他可以偽造一個帶有jsession id的地址，把它發給受害者，比如：http://example.com/login?JESSIONID=qwerty
2 受害者點這個帶有jsessionid的鏈接，提示輸入驗證信息之后就登陸系統。
3 攻擊者現在使用這個帶jsessionid的鏈接，以受害者的身份登陸進系統了。
對于攻擊者來說，將jsessionid加在url中以及通過一個惡意表單發送出去是很容易的事，對于session劫持攻擊的更詳細描述，請參考Acros Security組織的白皮書“Session Fixation Vulnerability in Web-based Applications”。
Tomcat 7對此的解決方案是一個補丁，它在驗證后改變了jsessionid。這個補丁主要是應用在Tomcat 7中，當然在TOMCAT 5和6中也可以使用但只是有些不同。
根據Mark Thomas說的，應用了Tomcat 7的這個補丁后：
◆ TOMCAT默認情況下安全性不再變得脆弱，因為驗證后會話發生了變化
◆ 如果用戶改變了默認設置(比如應用程序不能處理變化了的session id),風險也會降到最小，因為在Servlet 3中，可以禁止在url中進行會話跟蹤。
而在TOMCAT 5和TOMCAT 6中，應用了補丁后：
◆ 能阻止session劫持攻擊，因為能讓TOMCAT在驗證后改變session id。
◆ 如果應用程序不能處理變化了的session id，可以通過寫自定義的過濾器去檢查request.isRequestedSessionIdFromURL()和其返回的結果，以降低風險。
以上這些改變都是TOMCAT在幕后所做的，開發者根本不用去理會。
三、內存泄露的偵測和防止
開發者在部署他們寫的程序到生產環境上時，經常會遇到Pemgen錯誤：OutOfMemoryError。這是由于內存泄露而引起的。通常開發者是通過增大permgen內存的大小去解決或者就是重新啟動tomcat。
Tomcat 7包含了一個新的特性，它通過把不能垃圾回收的引用對象移走的方法，能解決一些Permgen內存泄露的問題。這個特性對程序員部署應用程序在他們的開發環境中是十分方便的，因為程序員在開發環境中為了節省時間一般不重新啟動Tomcat就能部署新的war文件。在生產環境中，最好的建議還是停掉TOMCAT,然后清除work下面的目錄文件并且重新部署應用。
當然，內存泄露檢測和防止這個特性現在還不是很完善，還是有的情況TOMCAT不能檢測內存泄露和修復之的，所以對于生產環境，最好的的辦法還是停掉TOMCAT,然后清除work下面的目錄文件并且重新部署應用。
Mark Thomas解析應用程序或者庫程序在如下情況下會觸發內存泄露：
◆ JDBC驅動的注冊
◆ 一些日志框架
◆ 在ThreadLocals中保存了對象但沒有刪除它們
◆ 啟動了線程但沒停止
而 Java API 存在內存泄漏的地方包括：
1.使用 javax.imageio API ( Google Web Toolkit會用到)
2.使用 java.beans.Introspector.flushCaches()
3.使用 XML 解析器
4.使用 RMI 遠程方法調用
5.從 Jar 文件中讀取資源
四、在war文件外使用別名去存儲靜態內容
Web應用程序需要靜態資源文件，比如象CSS，Javascript和視頻文件、圖片文件等。通常都把它們打包放在war文件中，這將增加了WAR文件的大小并且導致很多重復的加載靜態資源。一個比較好的解決方法是使用Apache HTTP服務器去管理這些靜態文件資源，下面是一個apache httpd.conf文件的配置摘錄：
- < Directory "/home/avneet/temp/static" >
- Order allow,deny
- Allow from all
- < /Directory >
- Alias /static "/home/avneet/temp/static"
以上的設置，使得訪問http://localhost/static時，能訪問到放在/home/avneet/temp/static下的資源。
允許使用新的aliases屬性，指出靜態文件資源的位置，可以通過使用Classloader.getResourceAsStream('/static/...')或者在鏈接中嵌入的方法讓TOMCAT去解析絕對路徑，下面是一個在context.xml中配置的例子：
- < ?xml version="1.0" encoding="UTF-8"? >
- < Context path="/tomcat7demo" aliases="/static=/home/avneet/temp/static" >
- < /Context >
假設/home/avneet/temp/static這個文件夾存放有一張圖片bg.png，如果war文件以tomcat7demo的名字部署，那么可以通過以下三個方式去訪問這張圖片
1 直接訪問：http://localhost:8080/tomcat7demo/static/bg.png
2 在HTML鏈接中訪問：
- < img src="/tomcat7demo/static/bg.png" / >
3 通過JAVA代碼訪問：
- ByteArrayInputStream bais = (ByteArrayInputStream)getServletContext().getResourceAsStream("/static/bg.png");
使用aliases的好處是可以代替Apache的httpd.conf的設置，并且可以在servlet容器范圍內訪問，并且不需要Apache。
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Tomcat 7的增強特性
五、對Servlet 3.0,JSP 2.2和JSP-EL 2.2的支持
Servlet 3的增強特性有：
◆ 可以在POJO或者過濾器filters中使用annotations注釋(在web.xml中不再需要再進行設置了)
◆ 可以將web.xml分塊進行管理了。也就是說，用戶可以編寫多個xml文件，而最終在web.xml中組裝它們，這將大大降低web.xml的復雜性增強可讀性。比如， struts.jar和spring-mvc.jar每一個都可以有一個web-fragment.xml。開發者不再需要在web.xml中去配置它們了，在web-fragment.xml中的jar文件會自動加載，并且struts/spring-mvc servlets和filters也會自動裝配設置。
◆ 異步處理web的請求----這個特性在tomcat 6 中已經有了，現在在Tomcat 7中以Servlet 3標準規范化了，能讓使用異步I/O的web應用程序可以移植到不同的web容器中。異步處理使用非阻塞I/O，每次的HTTP連接都不需要對應一個線程。更少的線程可以為更多的連接提供服務。這對于需要長時間計算處理才能返回結果的情景來說是很有用的，比如產生報表，Web Servce調用等。
◆ 安全的增強---Servlet 3.0現在使用SSL 去加強了會話session的跟蹤，代替了原來的cookie和URL重寫。
六、更容易將Tomcat內嵌到應用去中去
Tomcat 7現在可以嵌入到應用程序中去，并可以通過程序去動態設置和啟動。象在CATALINA_HOME/conf/server.xml中的很多配置，現在都可以用程序動態去設置了。在Tomcat 7前，Tomcat 6提供了一個嵌入類，它能方便地去配置Tomcat。但在Tomcat 7中，這個類已被廢棄了。這個新的Tomcat 7的類，使用了幾個默認的配置元素，并提供了一個更容易和簡單的方法去嵌入Tomcat。
下面是CATALINA_HOME/conf/server.xml中的一些相關屬性和配置：
- < Server >
- < Service >
- < Connector port="8080 >
- < Engine >
- < Host appBase="/home/avneet/work/tomcat7demo/dist" / >
- < /Engine >
- < /Connector >
- < /Service >
- < /Server >
我們可以通過程序去進行動態設置了：
- final String CATALINA_HOME = "/home/avneet/work/temp/tomcat7demo/";
- Tomcat tomcat = new Tomcat();
- tomcat.setBaseDir( CATALINA_HOME );
- tomcat.setPort( 8080 );
- tomcat.addWebapp("/tomcat7demo", CATALINA_HOME + "/webapps/tomcat7demo.war");
- tomcat.start();
- System.out.println("Started tomcat");
- tomcat.getServer().await(); //Keeps Tomcat running until it is shut down
- //Webapp tomcat7demo accessible at http://localhost:8080/tomcat7demo/
七、異步日志記錄
Tomcat 7現在包括了一個異步日志記錄器(AsyncFileHandler)。AsyncFileHandler繼承了FileHandler類并能代替FileHandler。使用AsyncFileHandler,時，只需要在CATALINA_HOME/conf/logging.properties中把FileHandler全部替換為AsyncFileHandler就可以了。要注意的是異步日志不能跟log4一起工作。
當有日志發向AsyncFileHandler時，日志被加入到隊列中(java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque)并且方法調用的信息會馬上返回不需要等待I/O寫到磁盤中。當類加載器加載AsyncFileHandler時，會有一個單獨的線程啟動，這個線程會從隊列中讀取日志信息并且寫到磁盤中去
這種方法的好處是如果I/O速度很慢(比如日志要保存在遠端的設備上)時，記錄日志的請求和處理過程不會顯得很慢。
AsyncFileHandler使用生產者和消費者的關系原理，在隊列中存儲日志信息。隊列默認大小為10000。為了預防隊列溢出，默認是丟棄最后的信息。默認的隊列大小和溢出的設置都可以通過啟動參數進行設置。
關于Tomcat 7的示例程序
Tomcat 7的自帶程序例子有兩個servlets，一個是演示了如何采用隨機數的辦法防止CSRF攻擊，另外一個是描述了使用aliases。更新一下web/META-INF/context.xml，指出圖片的絕對路徑即可順利運行。
通過ant運行build.xml去將它們部署到Tomcat 7中，使用如下兩個地址訪問：
◆ http://localhost:8080/tomcat7demo/csrf/
◆ http://localhost:8080/tomcat7demo/alias/
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