Tomcat 7 的七大新特性

英文原文：Top 7 Features in Tomcat 7: The New and the Improved

Tomcat的7引入了许多新功能，并对现有功能进行了增强。很多文章列出了Tomcat 7的新功能，但大多数并没有详细解释它们，或指出它们的不足，或提供代码示例。本文将明确描述TOMCAT 7中七个最显著的特征和新增的功能，并对其作出评论，而不是仅仅列出新的功能。本文还提供了代码例子以方便你可以对其有更好的理解。

　　本文分为两个部分，分别是”TOMCAT 7的新特性”和“TOMCAT 7增强的功能“。

　　TOMCAT 7新特性

　　1 使用随机数去防止跨站脚本攻击。

　　2 改变了安全认证中的jessionid的机制，防止session攻击。

　　3 内存泄露的侦测和防止

　　4 在war文件外使用别名去存储静态内容。

　　TOMCAT 7的增强功能 

　　5 对Servlet 3.0,JSP 2.2和JSP-EL 2。2的支持

　　6 更容易将Tomcat内嵌到应用去中去，比如JBoss

　　7 异步日志记录

　　根据Mark Thomas,Tomcat 7委员会的经理的说法，Tomcat 7最显著的三个特征是Servlet 3.0,内存检测泄露和增强的安全特性。

　　Tomcat 7的例子程序中，包含了Eclipse的工程文件和Ant的构建文件，以方便去构建war文件。其中Eclipse工程文件有例子代码描述了Tomcat 7的一些新特性。

　　下面逐一开始介绍。

　　TOMCAT 7新特性

1、使用随机数去防止跨站请求伪造攻击。 

　　Wikipedia将跨站请求伪造攻击(Cross Site Request forgery,CSRF)定义为：“一种影响Web应用的恶意攻击。CSRF让用户当进入一个可信任的网页时，被强行执行恶意代码。

　　经典的防止CSRF攻击的方法是使用随机数的方式，Wikipedia中定义为“利用随机或伪随机数嵌入到认证协议中，以确保旧的不能在以后的重放攻击中被利用。”

　　Tomcat 7中有一个servlet过滤器，用于将随机数存储在用户每次请求处理后的seesion会话中。这个随机数，必须作为每次请求中的一个参数。 Servlet过滤器然后检查在请求中的这个随机数是否与存储在用户session中的随机数是一样的。如果它们是相同的，该请求是判断来自指定的网站。如果它们是不同的，该请求被认为是从其他网站发出并且会被拒绝。

　　这个servlet过滤器是十分简单的，下面是从TOMCAT 源代码CsrfPreventionFilter文档中摘录的片段：

1. public class CsrfPreventionFilter extends FilterBase {
2. public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response,
3. FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
4. String previousNonce = req.getParameter(Constants.CSRF_NONCE_REQUEST_PARAM);
5. String expectedNonce = (String) req.getSession(true).getAttribute(Constants.CSRF_NONCE_SESSION_ATTR_NAME);
6. if (expectedNonce != null && !expectedNonce.equals(previousNonce)) {
7. res.sendError(HttpServletResponse.SC_FORBIDDEN);
8. return;
9. }
10. String newNonce = generateNonce();
11. req.getSession(true).setAttribute(Constants.CSRF_NONCE_SESSION_ATTR_NAME, newNonce);

　　所以每个URL地址中都有一个从用户session中提取的随机数，下面是使用的JSTL例子：

　　在以前，JSTL中构造链接可以这样：

< c:url var="url" value="/show" > 
< c:param name="id" value="0" / > 
< /c:url > 
< a href="${show}" >Show< /a >

　　而现在可以这样：

< 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 >

　　具体的例子可以参考TOMCAT 7自带例子中的演示，这个过滤器可以在web.xml中进行配置，配置后，所有访问如http://localhost:8080/tomcat7demo/csrf/ 的都必须带上参数，不带上参数的话会出现403禁止访问错误。

　　当然这种方法的缺点就是所有的链接都必须带上这个随机数。

2、 改变了安全认证中的jessionid的机制，防止session攻击。

　　Session劫持攻击通常是以下的情况：

　　1 恶意攻击者先访问一个网页，由于cookie是以jsession id的方式存储在浏览器中的，即使攻击者不登陆，他可以伪造一个带有jsession id的地址，把它发给受害者，比如

　　http://example.com/login?JESSIONID=qwerty)

　　2 受害者点这个带有jsessionid的链接，提示输入验证信息之后就登陆系统。

　　3 攻击者现在使用这个带jsessionid的链接，以受害者的身份登陆进系统了。

　　对于攻击者来说，将jsessionid加在url中以及通过一个恶意表单发送出去是很容易的事，对于session劫持攻击的更详细描述，请参考Acros Security组织的白皮书“Session Fixation Vulnerability in Web-based Applications”。

　　TOMCAT 7对此的解决方案是一个补丁，它在验证后改变了jsessionid。这个补丁主要是应用在TOMCAT 7中，当然在TOMCAT 5和6中也可以使用但只是有些不同。

　　根据Mark Thomas说的，应用了Tomcat 7的这个补丁后：

　　• TOMCAT默认情况下安全性不再变得脆弱，因为验证后会话发生了变化

　　• 如果用户改变了默认设置(比如应用程序不能处理变化了的session id),风险也会降到最小，因为在Servlet 3中，可以禁止在url中进行会话跟踪。

　　而在TOMCAT 5和TOMCAT 6中，应用了补丁后：

　　• 能阻止session劫持攻击，因为能让TOMCAT在验证后改变session id。

　　• 如果应用程序不能处理变化了的session id，可以通过写自定义的过滤器去检查request.isRequestedSessionIdFromURL()和其返回的结果，以降低风险。

　　以上这些改变都是TOMCAT在幕后所做的，开发者根本不用去理会。

3 、内存泄露的侦测和防止

　　开发者在部署他们写的程序到生产环境上时，经常会遇到Pemgen错误：OutOfMemoryError。这是由于内存泄露而引起的。通常开发者是通过增大permgen内存的大小去解决或者就是重新启动tomcat。

　　TOMCAT 7包含了一个新的特性，它通过把不能垃圾回收的引用对象移走的方法，能解决一些Permgen内存泄露的问题。这个特性对程序员部署应用程序在他们的开发环境中是十分方便的，因为程序员在开发环境中为了节省时间一般不重新启动Tomcat就能部署新的war文件。在生产环境中，最好的建议还是停掉TOMCAT,然后清除work下面的目录文件并且重新部署应用。

　　当然，内存泄露检测和防止这个特性现在还不是很完善，还是有的情况TOMCAT不能检测内存泄露和修复之的，所以对于生产环境，最好的的办法还是停掉TOMCAT,然后清除work下面的目录文件并且重新部署应用。

　　Mark Thomas解析应用程序或者库程序在如下情况下会触发内存泄露：

　　• JDBC驱动的注册

　　• 一些日志框架

　　• 在ThreadLocals中保存了对象但没有删除它们

　　• 启动了线程但没停止

　　而 Java API 存在内存泄漏的地方包括：

　　1.使用 javax.imageio API ( Google Web Toolkit会用到)

　　2.使用 java.beans.Introspector.flushCaches()

　　3.使用 XML 解析器

　　4.使用 RMI 远程方法调用

　　5.从 Jar 文件中读取资源

4、 在war文件外使用别名去存储静态内容

　　Web应用程序需要静态资源文件，比如象CSS，Javascript和视频文件、图片文件等。通常都把它们打包放在war文件中，这将增加了WAR文件的大小并且导致很多重复的加载静态资源。一个比较好的解决方法是使用Apache HTTP服务器去管理这些静态文件资源，下面是一个apache httpd.conf文件的配置摘录：

< Directory "/home/avneet/temp/static" > 
Order allow,deny 
Allow from all 
< /Directory > 
Alias /static "/home/avneet/temp/static"

　　以上的设置，使得访问http://localhost/static时，能访问到放在/home/avneet/temp/static下的资源。

　　允许使用新的aliases属性，指出静态文件资源的位置，可以通过使用Classloader.getResourceAsStream('/static/...')或者在链接中嵌入的方法让TOMCAT去解析绝对路径，下面是一个在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 >

　　假设/home/avneet/temp/static这个文件夹存放有一张图片bg.png，如果war文件以tomcat7demo的名字部署，那么可以通过以下三个方式去访问这张图片

　　1 直接访问

　　http://localhost:8080/tomcat7demo/static/bg.png

　　2 在HTML链接中访问：< img src="/tomcat7demo/static/bg.png" / >

　　3 通过JAVA代码访问： ByteArrayInputStream bais = (ByteArrayInputStream)getServletContext().getResourceAsStream("/static/bg.png");

　　使用aliases的好处是可以代替Apache的httpd.conf的设置，并且可以在servlet容器范围内访问，并且不需要Apache。

　　TOMCAT 7的增强特性

5、对Servlet 3.0,JSP 2.2和JSP-EL 2。2的支持

　　Servlet 3的增强特性有：

　　• 可以在POJO或者过滤器filters中使用annotations注释(在web.xml中不再需要再进行设置了)

　　• 可以将web.xml分块进行管理了。也就是说，用户可以编写多个xml文件，而最终在web.xml中组装它们，这将大大降低web.xml的复杂性增强可读性。比如， struts.jar和spring-mvc.jar每一个都可以有一个web-fragment.xml。开发者不再需要在web.xml中去配置它们了，在web-fragment.xml中的jar文件会自动加载，并且struts/spring-mvc servlets和filters也会自动装配设置。

　　• 异步处理web的请求----这个特性在tomcat 6 中已经有了，现在在tomcat 7中以Servlet 3标准规范化了，能让使用异步I/O的web应用程序可以移植到不同的web容器中。异步处理使用非阻塞I/O，每次的HTTP连接都不需要对应一个线程。更少的线程可以为更多的连接提供服务。这对于需要长时间计算处理才能返回结果的情景来说是很有用的，比如产生报表，Web Servce调用等。

　　• 安全的增强---Servlet 3.0现在使用SSL 去加强了会话session的跟踪，代替了原来的cookie和URL重写。

6 、更容易将Tomcat内嵌到应用去中去

　　Tomcat 7现在可以嵌入到应用程序中去，并可以通过程序去动态设置和启动。象在CATALINA_HOME/conf/server.xml中的很多配置，现在都可以用程序动态去设置了。在Tomcat 7前，Tomcat 6提供了一个嵌入类，它能方便地去配置Tomcat。但在TOMCAT 7中，这个类已被废弃了。这个新的Tomcat 7的类，使用了几个默认的配置元素，并提供了一个更容易和简单的方法去嵌入Tomcat。

　　下面是CATALINA_HOME/conf/server.xml中的一些相关属性和配置：

< Server > 
< Service > 
< Connector port="8080 > 
< Engine > 
< Host appBase="/home/avneet/work/tomcat7demo/dist" / > 
< /Engine > 
< /Connector > 
< /Service > 
< /Server >

　　我们可以通过程序去进行动态设置了：

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/

7 、异步日志记录 

　　TOMCAT 7现在包括了一个异步日志记录器(AsyncFileHandler)。AsyncFileHandler继承了FileHandler类并能代替FileHandler。使用AsyncFileHandler,时，只需要在CATALINA_HOME/conf/logging.properties中把FileHandler全部替换为AsyncFileHandler就可以了。要注意的是异步日志不能跟log4一起工作。

　　当有日志发向AsyncFileHandler时，日志被加入到队列中(java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque)并且方法调用的信息会马上返回不需要等待I/O写到磁盘中。当类加载器加载AsyncFileHandler时，会有一个单独的线程启动，这个线程会从队列中读取日志信息并且写到磁盘中去

　　这种方法的好处是如果I/O速度很慢(比如日志要保存在远端的设备上)时，记录日志的请求和处理过程不会显得很慢。

　　AsyncFileHandler使用生产者和消费者的关系原理，在队列中存储日志信息。队列默认大小为10000。为了预防队列溢出，默认是丢弃最后的信息。默认的队列大小和溢出的设置都可以通过启动参数进行设置。

　　关于TOMCAT 7的示例程序

　　TOMCAT 7的自带程序例子有两个servlets，一个是演示了如何采用随机数的办法防止CSRF攻击，另外一个是描述了使用aliases。更新一下web/META-INF/context.xml，指出图片的绝对路径即可顺利运行。

　　通过ant运行build.xml去将它们部署到tomcat 7中，使用如下两个地址访问：

　　• http://localhost:8080/tomcat7demo/csrf/

　　• http://localhost:8080/tomcat7demo/alias/