对于Servlet、Servlet容器以及一个Servlet容器-Tomcat
转载自http://blog.csdn.net/iAm333
对于Servlet、Servlet容器以及一个Servlet容器-Tomcat这些概念讲解的挺清晰的,转载下
之前在开源中国看到一篇文章《初学 Java Web 开发,请远离各种框架,从 Servlet 开发》,觉得很不错。想到自己之前一直对各种框架执迷不悟,顿感惭愧。于是,看了孙鑫的《Servlet/JSP深入详解:基于Tomcat的Web开发》、林信良的《JSP&Servlet学习笔记(第二版)》以及网上其他一些相关的资料,将自己的理解整理如下。
Web技术
随着互联网技术的发展,基于HTTP和HTML的web应用急速增长。早期的web应用主要用于浏览新闻等静态页面,用户通过HTTP协议请求服务 器上的静态页面,服务器上的web服务器软件接收到请求后,读取URI标示的资源,再加上消息报头发送给客户端浏览器,浏览器负责解析HTML,将结果呈 现出来。
然而随着时间发展,用户已经不满足于仅浏览静态页面。用户需要一些交互操作,获取一些动态结果。如果基于HTTP协议实现服务器端软件增强功能太过 复杂,所以需要一些扩展机制来实现用户想要的功能。早期使用的Web服务器扩展机制是CGI(Common Gateway Interface,公共网关接口)。使用这种方法,用户单击某个链接或输入网址来访问CGI程序,web服务器收到请求后,运行该CGI程序,对用户请 求进行处理,紧接着将处理结果并产生一个响应,该响应被返回给web服务器,web服务器对响应进行包装,以HTTP响应的方式返回给浏览器。
CGI程序在一定程度上解决了用户需求。不过还存在一些不足之处,如CGI程序编写困难,响应时间较长,以进程方式运行导致性能受限。于是1997年,sun公司推出了Servlet技术,作为java阵营的CGI解决方案。
servlet与servlet容器
Java Servlet(Java服务器小程序)是一个基于Java技术的Web组件,运行在服务器端,它由Servlet容器所管理,用于生成动态的内容。 Servlet是平台独立的Java类,编写一个Servlet,实际上就是按照Servlet规范编写一个Java类。Servlet被编译为平台独立 的字节码,可以被动态地加载到支持Java技术的Web服务器中运行。
Servlet容器也叫做Servlet引擎,是Web服务器或应用程序服务器的一部分,用于在发送的请求和响应之上提供网络服务,解码基于 MIME的请求,格式化基于MIME的响应。Servlet没有main方法,不能独立运行,它必须被部署到Servlet容器中,由容器来实例化和调用 Servlet的方法(如doGet()和doPost()),Servlet容器在Servlet的生命周期内包容和管理Servlet。在JSP技术 推出后,管理和运行Servlet/JSP的容器也称为Web容器。
(注:常用的MIME类型:text/html,application/pdf,video/quicktime,application /java,image/jpeg,application/jar,application/octet-stream,application/x- zip)
有了servlet之后,用户通过单击某个链接或者直接在浏览器的地址栏中输入URL来访问Servlet,Web服务器接收到该请求后,并不是将 请求直接交给Servlet,而是交给Servlet容器。Servlet容器实例化Servlet,调用Servlet的一个特定方法对请求进行处理, 并产生一个响应。这个响应由Servlet容器返回给Web服务器,Web服务器包装这个响应,以HTTP响应的形式发送给Web浏览器。
servlet容器能提供什么?
我们知道需要由servlet容器来管理和运行servlet,但是为什么要这样做呢?使用servlet容器的原因有:
通信支持:利用容器提供的方法,你能轻松的让servlet与web服务器对话,而不用自己建立serversocket、监听某个端口、创建流等 等。容器知道自己与web服务器之间的协议,所以你的servlet不用担心web服务器(如Apache)和你自己的web代码之间的API,只需要考 虑如何在servlet中实现业务逻辑(如处理一个订单)。
生命周期管理:servlet容器控制着servlet的生与死,它负责加载类、实例化和初始化servlet,调用servlet方法,以及使servlet实例被垃圾回收,有了servlet容器,你不需要太多的考虑资源管理。
多线程支持:容器会自动为它所接收的每个servlet请求创建一个新的java线程。针对用户的请求,如果servlet已经运行完相应的http服务方法,这个线程就会结束。这并不是说你不需要考虑线程安全性,其实你还会遇到同步问题,不过这样能使你少做很多工作。
声明方式实现安全:利用servlet容器,你可以使用xml部署描述文件来配置和修改安全性,而不必将其硬编码写到servlet类代码中。
JSP支持:servlet容器负责将jsp代码翻译为真正的java代码。
用与CGI程序相比,Servlet具有以下优点:
Servlet是单实例多线程的运行方式,每个请求在一个独立的线程中运行,而提供服务的Servlet实例只有一个。
Servlet具有可升级性,能响应更多的请求,因为Servlet容器使用一个线程而不是操作系统进程,而线程仅占用有限的系统资源。
Servlet使用标准的API,被更多的Web服务器所支持。
Servlet使用Java语言编写,因此拥有Java程序语言的所有优点,包括容易开发和平台独立性。
Servlet可以访问Java平台丰富的类库,使得各种应用的开发更为容易。
Servlet容器给Servlet提供额外的功能,如错误处理和安全。
Servlet容器的分类
根据Servlet容器工作模式的不同,可以将Servlet容器分为以下三类:
1)独立的Servlet容器
当我们使用基于Java技术的Web服务器时,Servlet容器作为构成Web服务器的一部分而存在。然而大多数的Web服务器并非基于Java,因此,就有了下面两种Servlet容器的工作模式。
2)进程内的Servlet容器
Servlet容器由Web服务器插件和Java容器两部分的实现组成。Web服务器插件在某个Web服务器内部地址空间中打开一个 JVM(Java虚拟机),使得Java容器可以在此JVM中加载并运行Servlet。如有客户端调用Servlet的请求到来,插件取得对此请求的控 制并将它传递(使用JNI技术)给Java容器,然后由Java容器将此请求交由Servlet进行处理。进程内的Servlet容器对于单进程、多线程 的服务器非常适合,提供了较高的运行速度,但伸缩性有所不足。
3)进程外的Servlet容器
Servlet容器运行于Web服务器之外的地址空间,它也是由Web服务器插件和Java容器两部分的实现组成的。Web服务器插件和Java容 器(在外部JVM中运行)使用IPC机制(通常是TCP/IP)进行通信。当一个调用Servlet的请求到达时,插件取得对此请求的控制并将其传递(使 用IPC机制)给Java容器。进程外Servlet容器对客户请求的响应速度不如进程内的Servlet容器,但进程外容器具有更好的伸缩性和稳定性。
Tomcat
学习Servlet技术,就需要有一个Servlet运行环境,也就是需要有一个Servlet容器,本文用的是Tomcat。
Tomcat是一个免费的开放源代码的Servlet容器,它是Apache软件基金会(Apache Software Foundation)的一个顶级项目,由Apache、Sun和其他一些公司及个人共同开发而成。由于有了Sun的参与和支持,最新的Servlet和 JSP规范总是能在Tomcat中得到体现,Tomcat 6支持最新的Servlet 2.5和JSP 2.1规范。因为Tomcat技术先进、性能稳定,而且免费,因而深受Java爱好者的喜爱,并得到了部分软件开发商的认可,成为目前比较流行的Web服 务器。
Tomcat和IIS、Apache等Web服务器一样,具有处理HTML页面的功能,另外它还是一个Servlet和JSP容器,独立的 Servlet容器是Tomcat的默认模式。不过,Tomcat处理静态HTML的能力不如Apache,我们可以将Apache和Tomcat集成在 一起使用,Apache作为HTTP Web服务器,Tomcat作为Web容器。
Tomcat服务器接受客户请求并做出响应的过程如下:
1)客户端(通常都是浏览器)访问Web服务器,发送HTTP请求。
2)Web服务器接收到请求后,传递给Servlet容器。
3)Servlet容器加载Servlet,产生Servlet实例后,向其传递表示请求和响应的对象。
4)Servlet实例使用请求对象得到客户端的请求信息,然后进行相应的处理。
5)Servlet实例将处理结果通过响应对象发送回客户端,容器负责确保响应正确送出,同时将控制返回给Web服务器。
Tomcat的安装与配置
安装Tomcat之前要先安装JDK。JDK的下载与配置网上教程很多,可百度或谷歌。要下载Tomcat,首先访问Tomcat项目的网址:http://tomcat.apache.org/,选择要下载的Tomcat版本。
对于Windows操作系统,Tomcat提供了可执行的安装程序的下载,即“Windows Service Installer”链接。通过安装程序安装Tomcat,将把Tomcat安装为Windows的服务。不过建议下载zip压缩包,通过解压缩的方式来安装Tomcat,因为解压缩的方式也适用于其他的操作系统(如Linux系统),并且更容易与其他的开发环境集成。对于初学者来说,也能更好地学习Tomcat的启动过程。
下载完成后,使用WinZip或WinRAR等解压缩工具将压缩包解压缩到指定的目录中。然后在PATH环境变量中添加Tomcat的文件夹下bin文件 夹的目录,如D:\apache-tomcat-版本\bin即可。本文使用的是截止本文撰写时的最新版本apache-tomcat-7.0.33。
Tomcat的目录结构
Tomcat安装后的目录层次结构如图1所示。
目 录 | 用 途 |
/bin | 存放启动和关闭Tomcat的脚本文件 |
/conf | 存放Tomcat服务器的各种配置文件,其中包括server.xml(Tomcat的主要配置文件)、tomcat-users.xml和web.xml等配置文件 |
/lib | 存放Tomcat服务器和所有Web应用程序需要访问的JAR文件 |
/logs | 存放Tomcat的日志文件 |
/temp | 存放Tomcat运行时产生的临时文件 |
/webapps | 当发布Web应用程序时,通常把Web应用程序的目录及文件放到这个目录下 |
/work | Tomcat将JSP生成的Servlet源文件和字节码文件放到这个目录下 |
从表1中可以看到,lib目录下存放的JAR文件可以被所有的Web应用程序所访问,如果多个Web应用程序需要访问相同的JAR文件,那么可以将这些JAR文件放到Tomcat的lib目录下。此外,对于后面将要介绍的Java Web应用程序,在它的WEB-INF目录下,也可以建立lib子目录,在lib子目录下可以存放各种JAR文件,这些JAR文件只能被当前Web应用程序所访问。
运行Tomcat
在Tomcat安装目录下的bin子目录中,有一些批处理文件(以.bat作为后缀名的文件),其中的startup.bat就是启动Tomcat 的脚本文件,用鼠标双击这个文件,如果你之前已经配置好了JDK和Tomcat(配置见图2中PATH变量和JAVA_HOME变量),则会打开如图3所 示窗口。
图2 JDK和Tomcat配置
图3 Tomcat启动窗口
注:如果未出现如图3所示的启动窗口,而是一闪而过,则证明JDK和Tomcat未配置好,重新配置好即可。
打开浏览器,在地址栏中输入http://localhost:8080/(localhost表示本地机器,8080是Tomcat默认监听的端 口号),将出现如图4所示的Tomcat页面。如果要关闭Tomcat服务器,可以用鼠标双击Tomcat bin目录下的shutdown.bat文件。
图4 Tomcat默认主页
Tomcat启动分析
我们用文本编辑器打开用于启动Tomcat的批处理文件startup.bat,对其做分析。具体分析过程见图5。
图5 startup.bat文件分析
从图5的分析中我们可以看见,startup.bat脚本主要是查看当前命令所在目录。看是否在tomcat\或tomcat\bin\目录下。以 及查看将调用该命令的参数传递给catalina.bat。最后调用catalina.bat start命令。startup.bat的主要作用是调用catalina.bat start命令。所以,在其他目录下想同样使用startup来启动Tomcat,则需设置CATALINA_HOME环境变量。将 CATALINA_HOME环境变量的值设置为Tomcat的安装目录即可。
可能有人会奇怪为什么JAVA_HOME表示Java安装目录,而Tomcat安装目录却不用TOMCAT_HOME来表示,却要用CATALINA_HOME来表示。其实在Tomcat 4以前,就是使用TOMCAT_HOME来表示Tomcat安装目录的。
解了startup.bat文件以后,我们再来看看真正负责启动Tomcat服务器的catalina.bat文件。catalina.bat文件比较长,所以具体分析过程见图6。
图6 catalina.bat文件分析
由分析可知,catalina.bat实际上就是调用java命令运行Bootstrap类。从上面代码可知tomcat确实是一个纯java的程 序,所有脚本最后都变成直接使用java命令执行程序,与我们普通写的java程序,没有什么不同。只不过由于 tomcat模式太多,需要各种参数(如debug,start等),所以需要使用脚本来执行。另外,通过分析catalina.bat文件,我们发现它 还调用了一个文件setclasspath.bat。在setclasspath.bat文件中,它检查JAVA_HOME环境变量是否存在,并通过 JAVA_HOME环境变量,找到java.exe,用于启动Tomcat。在这个文件中,还设置了其他的一些变量,代表调用Java的标准命令,有兴趣 的话可以自己分析一下该文件。
Tomcat的体系结构
Tomcat服务器是由一系列可配置的组件构成的,其中核心组件是Catalina Servlet容器,它是所有其他Tomcat组件的顶层容器。我们可以通过查看Tomcat安装文件夹下的conf文件夹中的server.xml文件 来了解Tomcat各组件之间的层次关系。由于server.xml注释太多,特简化如下:
- <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?>
- <Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
- <Service name="Catalina">
- <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" URIEncoding="UTF-8"/>
- <Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
- <Host name="localhost">
- <Context path="" docBase="WORKDIR" reloadable="true"/>
- </Host>
- </Engine>
- </Service>
- </Server>
其中WORKDIR为你想要导入的项目路径。我们下面简单介绍一下各组件在Tomcat服务器中的作用。
(1)Server
Server表示整个的Catalina Servlet容器。Tomcat提供了Server接口的一个默认实现,这通常不需要用户自己去实现。在Server容器中,可以包含一个或多个Service组件。
(2)Service
Service是存活在Server内部的中间组件,它将一个或多个连接器(Connector)组件绑定到一个单独的引擎(Engine)上。在 Server中,可以包含一个或多个Service组件。Service也很少由用户定制,Tomcat提供了Service接口的默认实现,而这种实现 既简单又能满足应用。
(3)Connector
连接器(Connector)处理与客户端的通信,它负责接收客户请求,以及向客户返回响应结果。在Tomcat中,有多个连接器可以使用。
(4)Engine
在Tomcat中,每个Service只能包含一个Servlet引擎(Engine)。引擎表示一个特定的Service的请求处理流水线。作为 一个Service可以有多个连接器,引擎从连接器接收和处理所有的请求,将响应返回给适合的连接器,通过连接器传输给用户。用户允许通过实现 Engine接口提供自定义的引擎,但通常不需要这么做。
(5)Host
Host表示一个虚拟主机,一个引擎可以包含多个Host。用户通常不需要创建自定义的Host,因为Tomcat给出的Host接口的实现(类StandardHost)提供了重要的附加功能。
(6)Context
一个Context表示了一个Web应用程序,运行在特定的虚拟主机中。什么是Web应用程序呢?在Sun公司发布的Java Servlet规范中,对Web应用程序做出了如下的定义:“一个Web应用程序是由一组Servlet、HTML页面、类,以及其他的资源组成的运行在 Web服务器上的完整的应用程序。它可以在多个供应商提供的实现了Servlet规范的Web容器中运行”。一个Host可以包含多个Context(代 表Web应用程序),每一个Context都有一个唯一的路径。用户通常不需要创建自定义的Context,因为Tomcat给出的Context接口的 实现(类StandardContext)提供了重要的附加功能。
有关server.xml各部分的具体信息会在另一篇文章中论述。Tomcat各组件的工作流程如图7所示。
图7 Tomcat各组件的工作流程图
Tomcat的管理程序
Tomcat提供了一个管理程序:manager,用于管理部署到Tomcat服务器中的Web应用程序。manager Web应用程序包含在Tomcat的安装包中。要访问manager Web应用程序,需要添加具有管理员权限的账号,编辑%CATALINA_HOME%\conf\tomcat-users.xml文件, 在<tomcat-users>元素中添加manager角色,以及属于该角色的用户名和密码,如下所示。
- <?xml version='1.0' encoding='utf-8'?>
- <tomcat-users>
- <role rolename="manager-gui"/>
- <user username="tomcat" password="tomcat" roles="manager-gui"/>
- </tomcat-users>
注:用户名和密码可以自己设置,但角色名只能是manager-gui,不是一些资料提及的manager。
启动Tomcat服务器,打开浏览器,在地址栏中输入:http://localhost:8080/,将出现如图14所示的页面。单击“Manager App”链接,访问manager Web应用,将看到如图8所示的登录界面。
图8 Tomcat管理员登录界面
输入用户名tomcat,密码1234,单击“确定”按钮,你将看到如图9所示的页面。
图9 manager Web应用程序主页面
在这个页面中,你可以部署、启动、停止、重新加载、卸载Web应用程序。
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