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詳解Tomcat7的七大新特性和新增功能

Apache發(fā)布首個Tomcat 7版本已經(jīng)發(fā)布了有一段時間了，Tomcat 7引入了許多新功能，并對現(xiàn)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(shù)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(shù)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(tài)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(jù)Mark Thomas,Tomcat 7委員會的經(jīng)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(shù)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(wǎng)頁時，被強行執(zhí)行惡意代碼。

經(jīng)典的防止CSRF攻擊的方法是使用隨機數(shù)的方式，Wikipedia中定義為“利用隨機或偽隨機數(shù)嵌入到認證協(xié)議中，以確保舊的不能在以后的重放攻擊中被利用?！?/p>

Tomcat 7中有一個servlet過濾器，用于將隨機數(shù)存儲在用戶每次請求處理后的seesion會話中。這個隨機數(shù)，必須作為每次請求中的一個參數(shù)。 Servlet過濾器然后檢查在請求中的這個隨機數(shù)是否與存儲在用戶session中的隨機數(shù)是一樣的。如果它們是相同的，該請求是判斷來自指定的網(wǎng)站。如果它們是不同的，該請求被認為是從其他網(wǎng)站發(fā)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：

 
 
 
    
  
  
  
  1. public class CsrfPreventionFilter extends FilterBase {  
    2. 
  
  
  
  2.  
    3. 
  
  
  
  3. public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response,  
    4. 
  
  
  
  4. FilterChain chain) throws IOException, ServletException {  
    5. 
  
  
  
  5.  
    6. 
  
  
  
  6. String previousNonce = req.getParameter(Constants.CSRF_NONCE_REQUEST_PARAM);  
    7. 
  
  
  
  7. String expectedNonce = (String) req.getSession(true).getAttribute(Constants.CSRF_NONCE_SESSION_ATTR_NAME);  
    8. 
  
  
  
  8.  
    9. 
  
  
  
  9. if (expectedNonce != null && !expectedNonce.equals(previousNonce)) {  
    10. 
  
  
  
  10. res.sendError(HttpServletResponse.SC_FORBIDDEN);  
    11. 
  
  
  
  11. return;  
    12. 
  
  
  
  12. }  
    13. 
  
  
  
  13.  
    14. 
  
  
  
  14. String newNonce = generateNonce();  
    15. 
  
  
  
  15. req.getSession(true).setAttribute(Constants.CSRF_NONCE_SESSION_ATTR_NAME, newNonce);  
    16. 
  
  
  
  16.  
    17.

所以每個URL地址中都有一個從用戶session中提取的隨機數(shù)，下面是使用的JSTL例子：

在以前，JSTL中構造鏈接可以這樣：

 
 
 
    
  
  
  
  1. < c:url var="url" value="/show" > 
    2. 
  
  
  
  2. < c:param name="id" value="0" / > 
    3. 
  
  
  
  3. < /c:url > 
    4. 
  
  
  
  4. < a href="${show}" >Show< /a > 
    5. 
  
  
  
  5.  
    6.

而現(xiàn)在可以這樣：

 
 
 
    
  
  
  
  1. < c:url var="url" value="/show" > 
    2. 
  
  
  
  2. < c:param name="id" value="0" / > 
    3. 
  
  
  
  3. < c:param name="org.apache.catalina.filters.CSRF_NONCE" value="${session.org.apache.catalina.filters.CSRF_NONCE}" / > 
    4. 
  
  
  
  4. < /c:url > 
    5. 
  
  
  
  5.  
    6.

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(shù)，不帶上參數(shù)的話會出現(xiàn)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(shù)。

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(wǎng)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(fā)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(tǒng)。

3 攻擊者現(xiàn)在使用這個帶jsessionid的鏈接，以受害者的身份登陸進系統(tǒng)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(fā)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(jù)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(fā)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(fā)者根本不用去理會。

三、內存泄露的偵測和防止

開發(fā)者在部署他們寫的程序到生產(chǎn)環(huán)境上時，經(jīng)常會遇到Pemgen錯誤：OutOfMemoryError。這是由于內存泄露而引起的。通常開發(fā)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(fā)環(huán)境中是十分方便的，因為程序員在開發(fā)環(huán)境中為了節(jié)省時間一般不重新啟動Tomcat就能部署新的war文件。在生產(chǎn)環(huán)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(xiàn)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(chǎn)環(huán)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(fā)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(tài)內容

Web應用程序需要靜態(tài)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(tài)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(tài)文件資源，下面是一個apache httpd.conf文件的配置摘錄：

 
 
 
    
  
  
  
  1. < Directory "/home/avneet/temp/static" > 
    2. 
  
  
  
  2. Order allow,deny  
    3. 
  
  
  
  3. Allow from all  
    4. 
  
  
  
  4. < /Directory > 
    5. 
  
  
  
  5. Alias /static "/home/avneet/temp/static"  
    6. 
  
  
  
  6.  
    7.

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(tài)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：

 
 
 
    
  
  
  
  1. < ?xml version="1.0" encoding="UTF-8"? > 
    2. 
  
  
  
  2. < Context path="/tomcat7demo" aliases="/static=/home/avneet/temp/static" > 
    3. 
  
  
  
  3. < /Context > 
    4. 
  
  
  
  4.  
    5.

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：

 
 
 
    
  
  
  
  1. < img src="/tomcat7demo/static/bg.png" / > 
    2.

3 通過JAVA代碼訪問：

 
 
 
    
  
  
  
  1. ByteArrayInputStream bais = (ByteArrayInputStream)getServletContext().getResourceAsStream("/static/bg.png");  
    2.

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。

#p#

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(fā)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(jīng)有了，現(xiàn)在在Tomcat 7中以Servlet 3標準規(guī)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(chǎn)生報表，Web Servce調用等。

◆ 安全的增強---Servlet 3.0現(xiàn)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(xiàn)在可以嵌入到應用程序中去，并可以通過程序去動態(tài)設置和啟動。象在CATALINA_HOME/conf/server.xml中的很多配置，現(xiàn)在都可以用程序動態(tài)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：

 
 
 
    
  
  
  
  1. < Server > 
    2. 
  
  
  
  2. < Service > 
    3. 
  
  
  
  3. < Connector port="8080 > 
    4. 
  
  
  
  4. < Engine > 
    5. 
  
  
  
  5. < Host appBase="/home/avneet/work/tomcat7demo/dist" / > 
    6. 
  
  
  
  6. < /Engine > 
    7. 
  
  
  
  7. < /Connector > 
    8. 
  
  
  
  8. < /Service > 
    9. 
  
  
  
  9. < /Server > 
    10. 
  
  
  
  10.  
    11.

我們可以通過程序去進行動態(tài)設置了：

 
 
 
    
  
  
  
  1. final String CATALINA_HOME = "/home/avneet/work/temp/tomcat7demo/";  
    2. 
  
  
  
  2. Tomcat tomcat = new Tomcat();  
    3. 
  
  
  
  3. tomcat.setBaseDir( CATALINA_HOME );  
    4. 
  
  
  
  4. tomcat.setPort( 8080 );  
    5. 
  
  
  
  5. tomcat.addWebapp("/tomcat7demo", CATALINA_HOME + "/webapps/tomcat7demo.war");  
    6. 
  
  
  
  6. tomcat.start();  
    7. 
  
  
  
  7. System.out.println("Started tomcat");  
    8. 
  
  
  
  8. tomcat.getServer().await(); //Keeps Tomcat running until it is shut down  
    9. 
  
  
  
  9. //Webapp tomcat7demo accessible at http://localhost:8080/tomcat7demo/  
    10. 
  
  
  
  10.  
    11.

七、異步日志記錄

Tomcat 7現(xiàn)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(fā)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(chǎn)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(shù)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(shù)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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