はじめに
目的
本記事はApache Tomcatについて、基礎から実践的な使い方まで体系的に理解していただくことを目的としています。TomcatがどのようにJavaアプリケーションを配信するのか、どんな場面で使われるのかを丁寧に解説します。
対象読者
JavaでWebアプリを開発・運用するエンジニア、学習中の学生や技術者を想定しています。基本的なサーバーやネットワークの知識があれば読みやすい内容です。
本記事の構成と読み方
全8章でTomcatの概要、仕組み、主要コンポーネント、他のサーバーとの違い、導入事例まで順を追って説明します。まず第1章では本記事の目的と全体像を示し、以降の章で実務に役立つ知識を提供します。具体例を交え、初めての方にも分かりやすく書いていますので、気軽に読み進めてください。
Tomcatとは何か？—基本概要
概要
Apache Tomcat（以下Tomcat）は、Javaで作られたオープンソースの「サーブレットコンテナ」です。簡単に言うと、Javaで書かれたWebアプリケーション（ログイン画面や掲示板、REST APIなど）を動かすための実行環境を提供します。Tomcat自身もJavaで動作し、Windows、Linux、macOSなどで利用できます。
何をしてくれるか
Tomcatは、ブラウザから来たリクエストを受け取り、Javaで書いた処理（サーブレットやJSP）を起動して応答を返します。HTMLやJSONを作って返す役割を担います。設定ファイルで動作を調整し、複数のアプリを同じサーバーで動かせます。
誰が使うか・いつ使うか（例）
- 小〜中規模のWebアプリを自社で公開したい開発チーム
- Javaで作ったAPIサーバーを動かしたいとき
- 学習用やプロトタイプの検証環境
特徴（ポイント）
- オープンソースでコミュニティにより維持される
- Java環境に馴染んだ開発者にとって導入が容易
- 軽量で単体でも動かせるため、検証や小規模運用に向く
次章では、TomcatのWebサーバー機能と他のサーバーとの違いを見ていきます。
TomcatのWebサーバー機能と他サーバーとの違い
概要
TomcatはHTTPでの応答機能を持ち、単独でWebサーバーとして動きます。とはいえ本来はJavaのサーブレットやJSPといった動的コンテンツを実行するために設計されたソフトウェアです。静的なファイル（HTML、画像、CSS、JavaScript）は配信できますが、専用のWebサーバーほど最適化されていません。
静的コンテンツと動的コンテンツの違い
静的コンテンツはファイルをそのまま返す処理で、キャッシュや圧縮、数万件の同時接続に強いサーバーが有利です。動的コンテンツはリクエストごとにプログラムが動き、データベースやビジネスロジックと連携します。Tomcatは後者に特化しています。
連携の具体例
よく使う構成は、Apache HTTP ServerやNginxをフロントに置き、静的ファイルをそれらが配信し、動的なリクエストだけをTomcatに転送する方法です。転送方法には、Apacheのmod_proxyやmod_jk、Nginxのproxy_passなどがあります。フロントがSSL終端やキャッシュを担当し、Tomcatはアプリケーション処理に集中できます。
運用上の判断基準
小規模なサービスではTomcat単体で十分です。一方、アクセスが多い場合や効率的なキャッシュ、SSL管理、負荷分散を重視する場合は専用のWebサーバーと役割分担すると運用が楽になります。
Tomcatの主要コンポーネント
Tomcatはモジュール構成で設計され、各コンポーネントが役割を分担して動作します。ここでは主要な要素を分かりやすく説明します。
Catalina
Catalinaはサーブレットコンテナ本体です。サーブレットやフィルタのライフサイクル（読み込み、初期化、処理、破棄）を管理し、URLとサーブレットの対応付けを行います。例として、/app/hello というURLが来たら対応するサーブレットを呼び出して処理します。
Coyote
CoyoteはHTTPコネクタで、外部からのHTTPリクエストを受け取りCatalinaに渡します。ネットワークからの受信やレスポンス返却を担当し、デフォルトではポート8080で待ち受けます。高速な接続処理を担います。
Jasper（Jasper 2）
JSPエンジンです。JSPファイルを自動的にJavaのサーブレットに変換してコンパイルし、動的なHTMLを生成します。初回アクセス時に変換・コンパイルが行われ、その後は生成されたサーブレットが実行されます。
Clusters
複数のTomcatを連携させる機能で、ロードバランシングやフェイルオーバーを支えます。セッション複製を行えば、あるノードが落ちても利用者のセッション状態を保てます。
これらは設定ファイル（例: conf/server.xml）や管理ツールで細かく調整できます。必要に応じて各コンポーネントの設定を見直すと、運用が安定します。
Tomcatの動作の仕組み・リクエスト処理の流れ
1. クライアントからのリクエスト送信
ユーザーがブラウザでURLを入力したり、フォームを送信したりするとHTTPリクエストが発生します。例：http://example.com/app/login。このリクエストがネットワークを通りTomcatが動作するサーバーに到達します。
2. Coyoteが受け取り、HTTPを解釈する
TomcatのCoyoteコンポーネントが指定ポート（通常は8080など）で待ち受け、ソケットで受信します。Coyoteはリクエストヘッダーや本文を解析し、内部で扱いやすいRequestオブジェクトとResponseオブジェクトを作成します。
3. Catalinaがルーティングする
作成したRequestはCatalinaに渡されます。Catalinaは仮想ホスト・コンテキスト（アプリケーション）・サーブレットの順でマッチングし、どのサーブレットやJSPが処理するかを決めます。例えば/app/loginが該当のサーブレットに対応していれば、そのサーブレットにルーティングします。
4. フィルタとサーブレット（JSP）が処理する
ルーティング後、必要に応じてフィルタが前処理（認証やログ記録など）を行います。次にサーブレットのserviceメソッド（doGet/doPostなど）やJSPから生成されたサーブレットがアプリケーションロジックを実行します。ここでDB検索やセッション操作、HTML生成などの処理が行われ、レスポンスの内容が作られます。
5. レスポンスの返却
サーブレットが書き込んだ内容はResponseオブジェクトに格納され、Catalina経由でCoyoteに戻されます。CoyoteはHTTPレスポンスを整形してソケットを通じてクライアントへ返却します。ブラウザは受け取ったHTMLやJSONを表示します。
ポイント（やさしい補足）
- JSPは内部でサーブレットに変換されて動作します。具体例：テンプレートにデータを埋め込んでHTMLを生成します。
- フィルタやリスナーで前後処理を挟めるため、共通処理をまとめられます。
- Tomcatはマルチスレッドで複数のリクエストを同時に処理します。応答が早いほどユーザーの体験が良くなります。
Tomcatの特徴・メリット
Tomcatは多くの場面で選ばれます。ここでは主要な特徴とメリ点をわかりやすくまとめます。
特徴
- オープンソースで無償
-
無料で利用でき、ソースコードの確認やカスタマイズが可能です。たとえば社内向けにログ処理を独自実装することができます。
-
Javaサーブレット・JSPに最適化
-
Javaで作ったWebアプリをそのまま動かせます。Spring Bootなどと組み合わせる例も多く見られます。
-
軽量で組み込みやすい
-
単独のプロセスで動作するため、開発環境や小規模サービスに適しています。アプリに組み込んで使うこともできます。
-
拡張性が高い
- クラスタリングやWebSocket、接続プールなど最新の機能に対応し、負荷分散やリアルタイム通信にも使えます。
メリット
- 実績と信頼性
-
長年の採用実績があり、業務系システムでも使われています。運用ノウハウが蓄積されています。
-
セキュリティと安定性
-
適切な設定やアップデートで堅牢に運用できます。設定を工夫することで安定稼働が期待できます。
-
柔軟な運用とチューニング
-
設定ファイルやモジュールで動作を細かく調整できます。負荷や要件に応じてチューニングできます。
-
豊富な情報とサポート
- ドキュメントやコミュニティが充実しており、問題解決がしやすいです。
以上の点から、Tomcatは開発から本番まで幅広く利用されます。用途に合わせて設定や拡張を行えば、高い性能と信頼性を発揮します。
Tomcatの利用例と導入シーン
概要
Tomcatは軽量で導入しやすく、個人の開発環境から企業の業務基盤まで幅広く使われます。JavaのサーブレットやJSPを中心としたWebアプリケーションに適しており、多様な導入シーンがあります。
開発・学習用途
- ローカル開発や学習環境で手軽に立ち上げられます。IDEと連携してデバッグや動作確認が簡単です。
中小〜大規模業務システム
- 社内向け業務アプリや帳票システムなどで採用されます。可用性やスケールが必要な場合は、複数台での負荷分散やセッション管理を組み合わせます。
Webベースの業務アプリ・ECサイト
- フォーム処理やセッション管理が重要なサイトに向きます。フロントにリバースプロキシ（Apache/Nginx）を置いて静的コンテンツを分離する構成が一般的です。
APIサーバー
- RESTful APIのバックエンドとして利用できます。軽量コンテナやクラウドインスタンスでスケールさせやすいです。
IoTプラットフォーム・組込み用途
- デバイスからのデータ収集や管理画面の提供に使われます。軽めのランタイムであるため組込み寄りの用途にも適します。
クラウド・コンテナでの導入
- AWS EC2などのVMや、Dockerコンテナでの運用が一般的です。Kubernetes上でPodとして動かし、オートスケールやCI/CDと組み合わせて運用します。
導入時のポイント
- セキュリティ設定（接続制御・TLS）、ログ・監視、バックアップ、セッション管理を事前に設計します。運用負荷を下げるために自動化を取り入れると良いです。
まとめ・Tomcatが担うWebサーバーとしての役割
Apache Tomcatは、Javaで作られたWebアプリケーションを安全かつ効率よく動かすための実用的なサーバーです。軽量なサーブレットコンテナとして、次のような役割を担います。
- アプリケーション実行環境の提供：サーブレットやJSP、SpringなどのJavaアプリを動かします。ログイン機能や掲示板、ECサイトのカート処理などを動かす土台になります。
- リクエストの受け取りと処理：HTTPリクエストを受け、適切なアプリケーションに渡してレスポンスを返します。
- セッション管理と安全性：ユーザーの状態管理や、TLSなどを通じた通信の保護を支援します。
- 他サーバーとの連携：ApacheやNginxと組み合わせて静的配信や負荷分散を行えます。単独でも、連携でも柔軟に利用できます。
運用面では、設定とログ監視、適切なリソース割り当てが重要です。Tomcatは設定や拡張がしやすく、多くの現場で採用されています。初心者でも導入しやすく、経験者には細かなチューニングが可能です。
結論として、TomcatはJavaベースのWebシステムにおける信頼できる基盤です。用途や規模に応じて単独運用や他サーバーとの組み合わせを選び、安定したサービス提供に役立ててください。
