Java网络编程基本功之Servlet与Servlet容器

Servlet与Servlet容器关系

Servlet

比较这两个的区别, 就得先搞清楚Servlet 的含义, Servlet (/ˈsərvlit/ ) 翻译成中文就是小型应用程序或者小服务程序, 与之相类似的是Server (/ˈsɜːrvər/), 翻译过来是服务器的意思, 可见这二者承担类似的功能,但是Servlet更轻量。

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web开发的本质就一句话：客户端和服务器交换数据。于是使用 Java 的 Socket 套接字进行编程，去处理客户端来的 tcp 请求，经过编解码处理读取请求体，获取请求行，然后找到请求行对应的处理逻辑步入服务器的处理中，处理完毕把对应的结果返回给当前的 Socket 链接，响应完毕，关闭 Socket。

上述过程中, 建立连接、传输数据、关闭连接等过程是tomcat容器帮你做了这些事情, 而拿到请求行之后去找对应的 url 路由，这一部分是谁做的呢?是Servlet ! 简单来说Servlet就是一段处理 web 请求的逻辑。

具体来说Servlet具有以下几个特点:

  1. Servlet是用Java编写的Server端程序，它与协议和平台无关。
  2. Servlet运行于Java-enabled Web Server中。
  3. Java Servlet可以动态地扩展Server的能力，并采用请求-响应模式提供Web服务。
  4. 最早支持Servlet技术的是JavaSoft的Java Web Server。
  5. 此后，一些其它的基于Java的Web Server开始支持标准的Servlet API。
  6. Servlet的主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态Web内容。

上面六点中,最需要被记住的是Servlet可以动态地扩展Server的能力，并采用请求-响应模式提供Web服务。

JDK中的Servlet是一个接口:

public interface Servlet { 
    public void init(ServletConfig config) throws ServletException;
    public ServletConfig getServletConfig();
    public void service(ServletRequest req, ServletResponse res)
            throws ServletException, IOException;
    public String getServletInfo();
    public void destroy();
}

可以看到Servlet 是一个接口, 规定了请求从容器到达 web 服务端的规范，详细内容在后面的Servlet生命周期中详细梳理,这儿简单概括三个重要步骤是:

  1. init()：初始化请求的时候要做什么。
  2. service()：拿到请求的时候要做什么。
  3. destory()：处理完请求销毁的时候要做什么。

所有实现 Servlet 的实现方都是在这个规范的基础上进行开发。那么 Servlet 中的数据是从哪里来的呢?答案就是 Servlet 容器。容器才是真正与客户端打交道的那一方。一个容器中 Servlet 可以有多个, 常见的Servlet容器Tomcat,它监听了客户端的请求端口,根据请求行信息确定将请求交给哪个Servlet 处理，找到处理的Servlet之后，调用该Servlet的 service() 方法，处理完毕将对应的处理结果包装成ServletResponse 对象返回给客户端。

Servlet容器

现在讲讲Servlet容器, 前面说过看Servlet只是一个接口或者说是规范, 那么就势必有具体实现, 而Servlet具体实现或者说包装器是Wrapper, 直接管理Wrapper的容器就是Context, 一个 Context 对应一个 Web 工程, 也就是说Context 容器如何运行将直接影响 Servlet 的工作。

由图可以知道, Tomcat底层是Context, Context负责管理Servlet包装类Wrapper。

下面创建一个实例对象并调用 start 方法就可以很容易启动 Tomcat，我们还可以通过这个对象来增加和修改 Tomcat 的配置参数，如可以动态增加 Context、Servlet 等。我们就选择 Tomcat7 自带的 examples Web 工程，并看看它是如何加到这个 Context 容器中的。

//给 Tomcat 增加一个 Web 工程:
Tomcat tomcat = getTomcatInstance(); 
File appDir = new File(getBuildDirectory(), "webapps/examples"); 
tomcat.addWebapp(null, "/examples", appDir.getAbsolutePath()); 
tomcat.start(); 
ByteChunk res = getUrl("http://localhost:" + getPort() + 
              "/examples/servlets/servlet/HelloWorldExample"); 
assertTrue(res.toString().indexOf("
Hello World!
") > 0);

上述代码是创建一个 Tomcat 实例并新增一个 Web 应用，然后启动 Tomcat 并调用其中的一个 HelloWorldExample Servlet，看有没有正确返回预期的数据。

//Tomcat 的 addWebapp 方法的代码如下：
public Context addWebapp(Host host, String url, String path) { 
       silence(url); 
       Context ctx = new StandardContext(); 
       ctx.setPath( url ); 
       ctx.setDocBase(path); 
       if (defaultRealm == null) { 
           initSimpleAuth(); 
       } 
       ctx.setRealm(defaultRealm); 
       ctx.addLifecycleListener(new DefaultWebXmlListener()); 
       ContextConfig ctxCfg = new ContextConfig(); 
       ctx.addLifecycleListener(ctxCfg); 
       ctxCfg.setDefaultWebXml("org/apache/catalin/startup/NO_DEFAULT_XML"); 
       if (host == null) { 
           getHost().addChild(ctx); 
       } else { 
           host.addChild(ctx); 
       } 
       return ctx; 
}

添加一个 Web 应用时将会创建一个 StandardContext 容器，并且给这个 Context 容器设置必要的参数(url 代表这个应用在 Tomcat 中的访问路径; path 代表这个应用实际的物理路径) 其中最重要的一个配置是 ContextConfig，【ContextConfig监听器】继承了 【LifecycleListener 监听器接口】，它是在调用清单 2 时被加入到 StandardContext 容器中。 当 Context 容器初始化状态设为 init 时，添加在 Context 容器的 Listener 将会被调用。【ContextConfig监听器】将会负责整个 Web 应用配置文件的解析工作。最后将这个 Context 容器加到父容器 Host 中。

Servlet生命周期

Servlet生命周期分为四个部分: 实例化==>初始化==>执行处理==>销毁。

实例化

new , 服务器第一次被访问时，加载一个Servlet容器，只会被加载一次。

初始化

init：创建完Servlet容器后，会调用仅执行一次的init()初始化方法，用于初始化Servlet对象，无论多少台客户端在服务器运行期间访问都不会再执行init()方法。

可以在继承的GenericServlet这个抽象类中看到初始化方法：

public void init() throws ServletException {
    }

而在我们的Servlet类中应继承调用该方法:

public void init() throws ServletException {
        super.init();
    }

创建Servlet对象的时机：

  1. Servlet容器启动时：读取web.xml配置文件中的信息，构造指定的Servlet对象，创建ServletConfig对象，同时将ServletConfig对象作为参数来调用Servlet对象的init方法。
  2. 在Servlet容器启动后：客户首次向Servlet发出请求，Servlet容器会判断内存中是否存在指定的Servlet对象，如果没有则创建它，然后根据客户的请求创建HttpRequest、HttpResponse对象，从而调用Servlet 对象的service方法。
  3. Servlet：Servlet容器在启动时自动创建Servlet，这是由在web.xml文件中为Servlet设置的属性决定的。从中我们也能看到同一个类型的Servlet对象在Servlet容器中以单例的形式存在。

执行处理

执行处理——service()方法

它是Servlet的核心，负责响应客户的请求。每当一个客户请求一个HttpServlet对象，该对象的Service()方法就要调用，而且传递给这个方法一个“请求”(ServletRequest)对象和一个“响应”(ServletResponse)对象作为参数。在HttpServlet中已存在Service()方法。默认的服务功能是调用与HTTP请求的方法相应的do功能。

HttpServlet的抽象类提供了doGet()、doPost()……等方法。对应了request请求的发送方法，与之相匹配：

 protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        String protocol = req.getProtocol();
        String msg = lStrings.getString("http.method_get_not_supported");
        if (protocol.endsWith("1.1")) {
            resp.sendError(405, msg);
        } else {
            resp.sendError(400, msg);
        }
    }
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        String protocol = req.getProtocol();
        String msg = lStrings.getString("http.method_post_not_supported");
        if (protocol.endsWith("1.1")) {
            resp.sendError(405, msg);
        } else {
            resp.sendError(400, msg);
        }
    }

上面是操作性最高的部分。

销毁

销毁——destroy：在服务器关闭或重启时，Servlet会调用destroy方法来销毁，将Servlet容器标记为垃圾文件，让GC做回收处理。我们编写的Servlet是调用了GenericServlet抽象类的destroy方法：

@Override
    public void destroy() {
        super.destroy();
    }

Servlet工作原理

1、首先简单解释一下Servlet接收和响应客户请求的过程：

客户发送一个请求，Servlet是调用service()方法对请求进行响应，service()方法中对请求的方式进行了匹配。选择调用doGet,doPost等这些方法，然后再进入对应的方法中调用逻辑层的方法，实现对客户的响应。在Servlet接口和GenericServlet中是没有doGet()、doPost()等等这些方法的，HttpServlet中定义了这些方法，但是都是返回error信息，所以，我们每次定义一个Servlet的时候，都必须实现doGet或doPost等这些方法。

2、每一个自定义的Servlet都必须实现Servlet的接口，Servlet接口中定义了五个方法，其中比较重要的三个方法涉及到Servlet的生命周期，分别是上文提到的init(),service(),destroy()方法。GenericServlet是一个通用的，不特定于任何协议的Servlet,它实现了Servlet接口。而HttpServlet继承于GenericServlet，因此HttpServlet也实现了Servlet接口。所以我们定义Servlet的时候只需要继承HttpServlet即可。

3、Servlet接口和GenericServlet是不特定于任何协议的，而HttpServlet是特定于HTTP协议的类，所以HttpServlet中实现了service()方法，并将请求ServletRequest、ServletResponse 强转为HttpRequest 和 HttpResponse。

4、另外，Servlet是单例模式，线程是不安全的，因此在service()方法中尽量不要操作全局变量。但实际上，可以通过使用session和application来代替全局变量，只是会加大服务器负载。

Servlet处理请求的过程

  1. 客户端发送请求给服务器。
  2. 容器根据请求及web.xml判断对应的Servlet是否存在，如果不存在则返回404。
  3. 容器根据请求及web.xml判断对应的Servlet是否已经被实例化，若是相应的Servlet没有被实例化，则容器将会加载相应的Servlet到Java虚拟机并实例化。
  4. 调用实例对象的service()方法，并开启一个新的线程去执行相关处理。调用servce方法，判断是调用doGet方法还是doPost方法。
  5. 业务完成后响应相关的页面发送给客户端。

当前题目：Java网络编程基本功之Servlet与Servlet容器
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