作为应用服务器，Tomcat的首要功能是实现Servlet规范，以及支持动态部署。为了提升性能，Tomcat提供可选的NIO型连接器组件。
1. 组件架构
l Tomcat的核心是Connector和Container。Connector负责建立Socket连接，Container就是Servlet容器。
l HttpConnector负责建立Socket连接，然后对每个Http请求，都实例化一个HttpProcessor，负责生成Request和Reponse实例，然后调用Container的invoke方法。
l 一共有四种Container，分别为Engine，Host，Context，Wrapper。Wrapper是对Servlet的封装，Context表示一个应用程序，Host表示一个虚拟主机，Engine表示整个Tomcat的Servlet容器。
l Container使用Pipeline/Volve模型，Volve在Pipeline串行执行。每个Pipeline都有一个base volve，一般执行容器的主体任务，例如Wrapper的base volve分配Servlet，然后调用Servlet的service方法。Pipeline/Volve模型可按需添加附加Volve，例如在Context中添加Authenticator volve，在调用Servlet之前，先做安全验证。
l 一个Service是多个Connector和一个Container的聚合。一个Service可以设置一个Container；同时可添加多个Connector，多个Connector服务于一个Container，例如可分别添加用于http和https的连接器。
l Server提供了统一启动和停止Service的接口。
l Catalina用于启动或关闭Server对象，并负责解析Tomcat配置文件server.xml。
l Bootstrap提供了多种Tomcat运行模式，例如作为一个独立程序，或者作为一个Windows service。
2. 并发模型
Tomcat的Servlet容器必然是多线程的，每个请求一个线程，因为Servlet在处理请求时可能阻塞（如查询数据库等IO动作）。在经典实现中，HttpConnetor就是一个SocketServer监听器，HttpProcessor是一个封装了线程的主动类，每个实例运行于自己的Thread。为了提升性能，Tomcat用一个Stack来管理HttpProcessor对象池，每个HttpProcessor实例构建后放置于Stack中，并处于wait状态。当一个连接到来时，HttpConnector从对象池分配一个HttpProcessor对象，将socket传给它，然后notify它，使它运行。
Tomcat支持BIO和NIO模式，可配置为BIO、NIO、APR连接器。一般来说NIO是提升并发性能的有效手段。NIO提升性能的本质，是采用事件方式代替多线程来做并发处理，减少线程切换开销。Tomcat是应用服务器，Servlet容器天然是多线程的，所以不能搞成纯事件并发方式。如果采用NIO方式，一个请求处理的某些部分，以事件方式执行，另一些部分以线程方式执行。对比BIO，NIO方式可以降低请求以线程方式执行的时间。这样，对于轻量级的应用，如果socket IO处理占了可观的时间占比，NIO对性能的提升可能比较可观。但对于重量级应用，由于瓶颈主要在应用逻辑，socketIO占时很少的话，NIO对性能的提升就不明显了。
如果有多个Connector，Tomcat还可以配置让这些Connector共享线程池。这是一种在内存和性能之间的权衡。共享线程池肯定会损耗性能，但内存利用率提高。
3. 动态部署
Tomcat在运行时载入应用。为了在载入时制定某些规则（如限制特定的目录）、预载入、缓存载入的的类，以及不同于JVM的类载入器代理模型，Tomcat使用自定义的载入器。
为了实现在运行时部署应用，以及更新已部署的应用。Tomcat运行一个后台线程，周期性检查资源文件的时间戳，如果资源有更新，则在下次请求时，重新载入类，而不是使用现有的缓存。