Servlet工作原理解析与应用

小咪咪 2022-07-21 11:19 144阅读 0赞

# 1 Servlet原理分析 #

要介绍**Servlet**则要从**Servlet容器**说起，因为Servlet是放在Servlet容器里面运行的，就类似于子弹是放在枪膛里才能打出去一样。（两者则是通过***标准化的协议接口***来连接 的）

## 1.1 Servlet容器 ##

Servlet容器独立发展，种类很多，各有定位和特点，比较流行的有**Jetty**、**Tomcat**等，其中以Tomcat占据市场主流。

### 1.1.1 Tomcat ###

这里以主流的Tomcat为例，**Tomcat作为一种Servlet容器，它是如何管理Servlet的呢？**

先看以下Tomcat容器结构图:

![SouthEast][]

先明白两点：

（1）Servlet容器并不直接管理Servlet，而是通过中间层来实现（Context容器）。一个Servlet容器可以包含多个Context容器，每个Context容器对应管理了一个Web工程，分为多个Servlet，且被包装成Wrapper被管理。

（2）为什么适用中间层（即出现了Context容器和Wrapper包装层）这种管理手段？

第一：一个Servlet容器可以放多个Web工程，但是每个工程要被单独管理，所以就要借助Context容器单独管理Web工程。

第二：Servlet是独立开发的Web标准，不应该和容器产生强关联性耦合，所以要借助具有容器特征的StandWapper包装成子容器（Wapper，也就是Servlet实例）添加到Context中管理。（所以，可以得出另一个结论:Context容器才是真正运行Servlet的Servlet容器）

### 1.1.2 Tomcat容器组件关系 ###

一：组件等级划分

Tomcat按功能划分为许多不同的组件，并可通过/conf/server.xml文件对其定义和配置，包括Server, Service, Connector,Engine, Host, Context……一般可分4个等级：

1、顶级组件：位于配置层次的顶级，并且彼此间有着严格的对应关系，有Server和Service组件；

2、连接器：连接客户端（浏览器或Web服务器）请求至Servlet容器，如Connector组件，

3、容器：功能是处理传入请求的组件，并创建相应的响应。如Engine处理对一个Service的所有请求，Host处理对特定虚拟主机的所有请求，Context处理对特定web应用的所有请求；

4、被嵌套的组件：位于一个容器当中，但不能包含其它组件；一些组件可以嵌套在任何Container中，而另一些只能嵌套在Context中。

二：组件关系

如果把Tomcat比较一个框架类，那么一个Server服务器表示一个Tomcat实例，通常一个JVM也只包含一个Tomcat实例，一个Server中可以有多个Service服务，Service可以包含一个或多个Connector用于连接Container容器中的一个Engine，连接器Connector通过特定端口接收客户端请求，并将其转发到关联的Engine;

而Engine作为Servlet容器引擎，包含多个Host组件和其他组件，引擎接收并处理来自一个或多个连接器的请求，并辨别请求的HTTP首部信息以便确定发往哪个Context或Host（客户端通常使用主机名来标识他们希望连接的服务器），并将完成的响应返回到连接器，以便最终传输回客户端。

一个Context上下文对应一个Web应用程序，即一个Web project，而一个Web工程包含多一个Wrapper（Servlet应用程序的包装类）。也就是说，在tomcat容器等级中，Context容器直接管理Servlet在容器中的包装类Wrapper，所以Context容器如何运行将直接影响servlet的工作方式。

### 1.1.3 **Tomcat启动过程简述** ###

Tomcat启动时通过org.apache.catalina.startup.Tomcat这个启动类完成的，启动步骤如下：

（1）创建实例

（2）添加Web应用

（3）启动Tomcat

（4）调用Servlet

Tomcat tomcat = getTomcatInstance();  //1:创建实例
    File appDir = new File(getBuildDirectory(), "webapps/examples");  
    tomcat.addWebapp(null, "/examples", appDir.getAbsolutePath());  //2:添加Web应用
    tomcat.start();                       //3:启动实例
    ByteChunk res = getUrl("http://localhost:" + getPort() +  
                          "/examples/servlets/servlet/HelloWorldExample");  
    assertTrue(res.toString().indexOf("<h1>Hello World!</h1>") > 0);   //4:调用servlet

启动时序如下所示：

## ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NTRE5fVGVyZW5jZQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][] ##

## **1.2 Servlet** ##

### 1.2.1 Servlet简介 ###

**1： 根据自己的理解，Servlet是什么？作用？**

（是什么?）Servlet是实现了Servlet接口，并通过“请求-响应”模式来访问的服务端Java程序；

（干什么的）主要用于开发动态Web资源；交互式的浏览和修改数据，动态的扩展Server的能力。

（1）接受请求，并与服务器资源进行通信；

（2）创建并返回一个基于客户端请求性质的动态内容HTML页面给客户端。

**下面是一段Servlet的具体定义：**

Servlet是sun公司提供的一种用于开发动态web资源的技术，其API提供了servlet接口，若用户想要开发一个动态web资源，需要：  
　　1、编写一个实现servlet接口的Java类。  
　　2、把开发好的Java类部署到web服务器中。  
　　通常，按照习惯把实现了Servlet接口的java程序，称为Servlet。

Servlet依赖于Servlet容器（如常用的Tomcat和Jetty），两者类似于枪和子弹，相互依存、相互增强，但又相互独立，通过标准化接口进行协调工作。

Servlet容器独立发展，种类很多，各有定位，各有特点，比较流行的有Jetty、Tomcat等，其中以Tomcat占据市场主流。

**2 Servlet生命周期**

**servlet**始于装入web服务器内存，并在web服务器终止或重装servlet时结束。servlet一旦被装入web服务器，一般不会从web服务器内存中删除，直至web服务器关闭或重装才会结束。  
(1)初始化：web服务器启动时或web服务器接收到请求时加载Servlet。执行init（）;

(2)调用：运行service()方法，service()自动派遣运行与请求相对应的doGet()或doPost()方法;

(3)销毁：停止服务器时调用destroy()方法，销毁实例。

**3 Servlet调用流程**

请求流程如图：

![5be66eb68afd4dd4b7425d4455327513.png][]

结合着生命周期说，Servlet程序是由WEB服务器调用，web服务器收到客户端的Servlet访问请求后：  
（1）Web服务器接收到浏览器发送的请求之后，首先检查是否已经装载并创建了该Servlet的实例对象。

（2）如果没有Servlet实对象，装载并创建该Servlet的一个实例对象，调用Servlet实例对象的init()方法初始化。

（3）创建一个用于封装HTTP请求消息的HttpServletRequest对象和一个代表HTTP响应消息的HttpServletResponse对象，然后调用Servlet的service()方法并将请求和响应对象作为参数传递进去。  
（4）WEB应用程序被停止或重新启动之前，Servlet引擎将卸载Servlet，并在卸载之前调用Servlet的destroy()方法。

![SouthEast 1][]

### 1.2.2 Servlet体系结构 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NTRE5fVGVyZW5jZQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

Servlet的运行模式是一个“握手型的交互式”运行场景，其中：

*  ServletContext主要用来描述场景，制造发生场景的；
 *  ServletConfig主要用来描述交易制定的参数集合；
 *  ServletRequest和ServletResponse是交互的具体对象，用来传输参数和执行结果。

其中ServletRequest和ServletResponse发生了一系列转化：其转变过程如下：

![SouthEast 2][]

tomcat接到请求首先将会创建org.apache.coyote.Request和org.apache.coyote.Response，这两个类是Tomcat内部使用的描述一次请求和相应的信息类，它们是一个轻量级的类，作用就是在服务器接收到请求后，经过简单解析将这个请求快速分配给后续线程去处理。

接下来当交给一个用户线程去处理这个请求时又创建org.apache.catalina.connector.Request和org.apache.catalina.connector.Response对象。这两个对象一直贯穿整个Servlet容器直到要传给Servlet，传给Servlet的是Request和Response的Facade类。

其中ServletConfig和Request类均使用了门面设计模式。

### 1.2.3 Servlet工作原理 ###

简述过程如下：

1：用户通过浏览器向服务器发送一个请求url: http://hostname:port/contextpath/servletpath; 其中，hostname和port用来与服务器简历TCP连接，contextpaht和servletpath路径用于选择服务器中对应子容器服务请求。

2：如何选择子容器？使用org.apache.tomcat.util.http.mapper这个映射类保存Container容器中所有子容器信息， org.apache.tomcat.catalina.connector.Request请求类进入Container容器之前，Mapper类就根据hostname和contextpath在mappingData属性中保存了host和Container容器之间的关系，可以根据这个映射关系选择子容器。

3：Mapper类又如何保存这个映射关系呢？使用类似于观察者模式的方法，将MapperListener作为一个监听者加入Container容器的每个子容器，一旦容器发生变化，保存容器关系的MapperListener类的mapper属性也会修改更新。

![70][]

上面的Request路由图描述了一次Request请求是如何到达最终的Wrapper容器的，我们现在知道了请求如何到达正确的Wrapper容器，但是在请求达到最终的Servlet前还要完成一些步骤，必须要执行Filter链，以及通知你在web.xml中定义的Listener。

接下来就要执行Servlet的service方法了。通常情况下，我们自己定义的servlet并不直接去实现javax.servlet.servlet接口，而是去继承更简单的HttpServlet类或者GenericServlet类，我们可以有选择的覆盖相应的方法去实现要完成的工作。  
Servlet的确能够帮我们完成所有的工作了，但是现在的Web应用很少直接将交互的全部页面用Servlet来实现，而是采用更加高效的MVC框架来实现。这些MVC框架的基本原来是将所有的请求都映射到一个Servlet，然后去实现service（）方法，这个方法也就是MVC框架的入口。

当Servlet从Servlet容器中移除时，也就表明该Servlet的生命周期结束了，这时Servlet的destory方法将被调用，做一些扫尾工作。

# 2 Servlet应用 #

## 2.1 手写Servlet类 ##

Step 1:继承HttpServlet类别

Step 2:重写doGet()或者doPost()方法

import javax.servlet.ServletException;
    import javax.servlet.http.HttpServlet;
    import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
    import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
    import java.io.IOException;
    public class ApplicationServlet extends HttpServlet{
        //处理HTTP GET请求
        @Override
        protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, 
    IOException {
           doPost(req, resp);
        }
        //处理HTTP POST请求
        @Override
        protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, 
    IOException {
    //第一种:返回渲染结果
            resp.setContentType("text/html;charset=utf-8");
            PrintWriter out = resp.getWriter();
            out.println("<html>");
            out.println("<head><title>Servlet06</head></title>");
            out.println("<body>");
            out.print("我是返回值");
            out.print(req.getParameter("name"));
            out.println("</body>");
            out.println("</html>");
    
    //第二种：重新定向到servlet02
            resp.sendRedirect("s02");
    
    //第三种：请求分派
            //获取请求分派器
            RequestDispatcher dispatcher = req.getRequestDispatcher("servlet04");
            //将请求转发至指定路径的资源
            dispatcher.forward(req,resp);
    
    //第四种:添加传递参数
            String str = "在Servlet05中存放请求域属性";
            req.setAttribute("content",str);
            //获取请求分派器
            RequestDispatcher dispatcher = req.getRequestDispatcher("servlet06");
            //将请求转发至指定路径的资源
            dispatcher.forward(req,resp);
    //第五种：获取初始化参数信息
            //获取ServletContext实例
            ServletContext context = this.getServletContext();
            //获取指定名称的web应用上下文初始参数的字符串值
            String str = context.getInitParameter("appName");
            resp.setContentType("text/html;charset=utf-8");
            PrintWriter out = resp.getWriter();
            out.print("获取ServletContext的初始化参数\"appName\"的字符串值为：" + str);
        }
        @Override
        public void destroy() {     }
        @Override
        public void init() throws ServletException {      }
    }

Step 3：在web.xml文件中注册Servlet方法

<servlet>
      <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
     <servlet-class>Servlet.HelloServlet</servlet-class>
     </servlet>
     <servlet-mapping>
     <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
     <url-pattern>/servlet/HelloServlet</url-pattern>
     </servlet-mapping>

## 2.2 Servlet装载问题 ##

**1**.用Servlet容器自动装载已经注册的servlet,需在web.xml配置：<loadon-startup>1</loadon-startup>,数字越小，级别越高。

**2**.Servlet容器首次启动后，客户首次向Servlet发送请求。

**3**.Servlet类文件被更新后，重新装载Servlet。

整个生命周期，初始化init（）方法只被执行一次；例子执行结果：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NTRE5fVGVyZW5jZQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

**<load-on-startup>1</load-on-startup>**

**<load-on-startup>2</load-on-startup>**

Servlet内置对象与初始化

## **2.3 Servlet与九大内置对象对应关系** ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NTRE5fVGVyZW5jZQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

**Servlet内置初始化参数**

1.web.xml文件配置：

<servlet>
      <description>This is the description ofmy J2EE component</description>
      <display-name>This is the display nameof my J2EE component</display-name>
     <servlet-name>ServletInitParameter</servlet-name>
     <servlet-class>servletInitParameter.ServletInitParameter</servlet-class>
      <init-param>
      <param-name>username</param-name>
      <param-value>admin</param-value>
      </init-param>
      <init-param>
      <param-name>password</param-name>
      <param-value>123456</param-value>
      </init-param>
     </servlet>

2.在servlet类中通过如下代码获取参数：

public void init() throws ServletException {
          this.setUsername(this.getInitParameter("username"));
          this.setPassword(this.getInitParameter("password"));
       }

## 2.4 Servlet路径跳转问题 ##

相对路径和绝对路径

<body>
        <h1>Servlet路径跳转</h1>
        <hr>
        
        <a href="servlet/ServletPathDirection">相对路径访问Servlet</a><br/>
         
        <a href="<%=path %>/servlet/ServletPathDirection">绝对路径访问Servlet</a>
        
       
      </body>

**相对访问路径使用"servlet/ServletPathDirection"前面不带”/”，绝对访问路径使用“/servlet/ServletPathDirection”，前面加上”/”表示当前根目录；**

# 3模型总结： #

## 3.1 模型1： ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NTRE5fVGVyZW5jZQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

## 3.2 模型2 ##

MVC思想

![SouthEast 3][]

[SouthEast]: /images/20220720/bf318cc0964e4d1eba65033d7afc8a7a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NTRE5fVGVyZW5jZQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220720/f64a8f3ffd9f4f8bb4f27c6fa5ce9e8f.png
[5be66eb68afd4dd4b7425d4455327513.png]: /images/20220720/686ecf2328cc4902835a2059be416555.png
[SouthEast 1]: /images/20220720/9c0c18c7f3a04e49820aa5bb9d9951db.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NTRE5fVGVyZW5jZQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220720/63a8f8104ea54eb88e8f87c55363cca5.png
[SouthEast 2]: /images/20220720/c380e4f17d8440759d412baf7c51e5f9.png
[70]: /images/20220720/349e97b6915741059b7ce11c6c7940b9.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0NTRE5fVGVyZW5jZQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20220720/5e06f74634d1430a90bbb0b2e6615b1e.png
[SouthEast 3]: /images/20220720/9e76373bdd974c528fa0bec70ef3bd65.png