JavaWeb框架的基石

JavaWeb框架的基石(一)

初学JavaWeb开发，请远离各种框架，从Servlet开始。

        Web框架是开发者在使用某种语言编写Web应用服务端是关于架构的最佳实践。很多Web框架是从实际的Web项目抽取出来的，仅和Web的请求和响应处理有关，形成一个基础，在开发别的应用项目的时候则可以从这个剥离出来的基础做起，让开发者更关注具体的业务问题，而不是Web的请求和响应的控制。

        框架很多，但套路基本类似，帮你隐藏很多关于HTTP协议细节内容，专注功能开发。

        但对于一个初学者来说，过早的接触框架往往事倍功半！同样一个问题，换一种框架你可能需要从头开始研究。

        所以，作为Java Web技术的核心基础，Servlet的工作原理是必须掌握的，也是成为一名合格的Java Web技术开发人员的基本要求。

 

一、Servlet简介

        Servlet是Server与Applet的缩写，是服务端小程序的意思。是SUN公司提供的一门用于开发动态Web资源的技术。目前最新版本为3.1。

        Servlet本质上也是Java类，但要遵循Servlet规范进行编写，没有main()方法，它的创建、使用、销毁都由Servlet容器进行管理(如Tomcat)。

        Servlet是和HTTP协议是紧密联系的，其可以处理HTTP协议相关的所有内容。这也是Servlet应用广泛的原因之一。

        提供了Servlet功能的服务器，叫做Servlet容器，其常见容器有很多，如Tomcat, Jetty, resin, Oracle Application server, WebLogic Server, Glassfish, Websphere, JBoss等。

 

二、Servlet工作原理解析

        1、一个HTTP请求的执行过程：

           客户端发出请求http://localhost:8080/xxx

           根据Web.xml文件的配置，找到<url-pattern>对应的<servlet-mapping>

           读取<servlet-mapping>中<servlet-name>的值

           找到<servlet-name>对应的<servlet-class>

           找到该class并加载执行该class

        2、Servlet的执行过程

           Servlet程序有Web服务器调用，当收到请求后，

           检查是否已装载并创建了该Servlet对象，如果没有则加载创建

           调用Servlet的init()方法初始化实例

           调用service()方法，处理请求并返回响应结果

           在服务器被停止或重启之前，调用destroy()方法释放资源

        3、Servlet接口实现类

           SUN公司定义了两个实现类，GenerricServlet和HttpServlet，其中后者是前者的子类，它在原有基础上添加了一些HTTP协议处理方法，它比GenerricServlet功能更强大，所以我们一般将自己的类继承自HttpServlet，并重写doGet方法和doPost方法，不需要重写Service方法。

         4、Servlet的一些细节

               4.1、由于客户端是通过URL地址访问web服务器中的资源，所以Servlet程序弱项被外界访问，必须把Servlet程序映射到一个URL地址上，这个工作在web.xml文件中使用<servlet>元素和<servlet-mapping>元素完成（在Servlet3.0规范的新特性中，该功能可以使用注解完成，不要求必须使用web.xml,只用注解更简单，该特性会在后文进行详细讲解）。

                    <servlet>元素用于注册Servlet，它包含两个主要的子元素：<servlet-name>和<servlet-class>，分别用于设置Servlet的注册名称和Servlet的完整类名。

                    <servlet-mapping>元素用于映射一个已注册的Servlet的一个对外访问路径，它包含两个子元素：<servlet-name>和<url-pattern>，分别用于指定Servlet的注册名称和Servlet的对外访问路径。

1. 

   <web-app>
       <servlet>
           <servlet-name>AnyName</servlet-name><!--自定义的逻辑名-->
           <servlet-class>HelloServlet</servlet-class><!--Servlet对应类的全类名-->
       </servlet>
       <servlet-mapping>
           <servlet-name>AnyName</servlet-name><!--上面定义的逻辑名-->
           <url-pattern>/demo/hello.html</url-pattern><!--匹配的URL-->
       </servlet-mapping>
   </web-app>

   

    4.2、同一个Servlet可以被映射到多个URL上，即多个<servlet-mapping>元素的<servlet-name>子元素的设置值可以是同一个Servlet的注册名。

                  在Servlet映射到的URL中也可以使用*通配符，但是只能有两种固定的格式：

                  一种是“*.扩展名”。

                  另一种是以（/）开头并以（/*）结尾。

1. 

   <!--方式一用于匹配所有某一扩展名的文件-->
   <servlet-mapping>
       <servlet-name>AnyName</servlet-name>
       <url-pattern>*.do</url-pattern>
   </servlet-mapping>
   <!--方式二用于匹配某一文件夹下的所有文件-->
   <servlet-mapping>
       <servlet-name>AnyName</servlet-name>
       <url-pattern>/action/*</url-pattern>
   </servlet-mapping>

   

   两个特点：可以精确匹配，就用精确匹配，最后使用范围最宽泛的匹配

                                 /* 的优先级高于 *.扩展名 会先匹配

             4.3、如果某个Servlet的映射路径只有一个（/）,那么这个Servlet就成为当前Web应用程序的缺省Servlet。

                    凡是在web.xml文件中找不到匹配的<servlet-mapping>元素的URL，它们的请求访问都将交给缺省Servlet处理，也就是说，缺省Servlet用于处理所有其他Servlet都不处理的访问请求。

                    在tomcat的安装目录/conf/web.xml中，注册了一个名称org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet的Servlet，并将这个Servlet设置为缺省Servlet。

                    当访问Tomcat服务器中的某个静态HTML文件或图片等资源时，实际上是在访问这个缺省Servlet。

          5、Servlet的生命周期

              Servlet没有main()方法，不能独立运行，它的运行完全由Servlet引擎来控制和调度。

              针对客户端的多次Servlet请求，通常情况下，服务器只会在第一次请求的时候创建一个Servlet实例对象，并驻留在内存中，为后续的其他请求服务，直至web容器退出，Servlet实例对象才会销毁。

              在Servlet的整个生命周期内，Servlet的init()方法只被调用一次，而对于每一个请求都会调用一次Servlet的service()方法service根据请求方式调用doGet或doPost方法

              如果在<servlet>元素中配置了一个<load-on-startup>元素，那么WEB应用程序在启动时，就会装载并创建实例对象、以及调用Servlet实例对象的init()方法。可以在启动的时候为整个WEB应用创建一些必要的的资源或连接。但如果所有的Servlet都启动加载，则会大大增加服务器负担，而且有些Servlet永远也不会被客户访问到，白白浪费资源，所以从性能角度，应合理利用该特性。

<servlet>
    <servlet-name>invoker</servlet-name>
    <servlet-class>
            org.apache.catalina.servlets.InvokerServlet
    </servlet-class>
    <load-on-startup>2</load-on-startup><!--数字表示启动加载的优先级，大于0-->
</servlet>

6、ServletConfig对象

                在Servlet的配置文件中，可以使用一个或对个<init-param>标签为Servlet配置一些初始化参数。

                当Servlet配置了初始化参数后，web容器在创建Servlet实例对象时，会自动将这些初始化参数封装到ServletConfig对象中，并在调用Servlet的init方法时，将ServletConfig对象传似给Servlet，开发者可以通过ServletConfig对象得到初始化参数信息。

           7、ServletContext对象

                WEB容器在启动时，它会为每个WEB应用程序都创建一个对应的Servlet对象，它代表当前web应用。

                ServletConfig对象中维护了ServletContext对象的引用，开发者在编写Servlet是，可以通过ServletConfig.getServletContext方法获得该对象。

                由于一个WEB应用中的所有Servlet共享同一个ServletContext对象，因此Servlet对象之间可以通过ServletContext对象来实现通讯。ServletContext对象通常也被称之为Context域对象。

                 多个Servlet通过ServletContext对象实现数据共享。要确保注意线程安全。

                 可以通过ServletContext对象获取WEB应用的初始化参数。

                 可以实现Servlet的转发。getRequestDispatcher()方法

          8、Servlet常用容器Tomcat(左图：Tomcat容器；右图：Servlet的执行流程)

                

          9、Servlet体系结构

               

             从上图可以看出Servlet规范是基于这几个类运转的，与Servlet主动关联的是三个类：ServletConfig、ServletRequest、ServletResponse。这三个类都是通过容器传递给Servlet的。

             ServletConfig接口中的方法都是为了获取这个Servlet的一些配置属性，而这些配置属性可能在Servlet运行时被用到。

             ServletContext就是这些配置属性的上下文环境。

 

三、Servlet中的Session与Cookie

           Servlet能够给我们提供两部分数据，一个是在Servlet初始化时调用init方法设置的ServletConfig，它基本包含了Servlet本身和Servlet所运行的Servlet容器中的基本信息。另一个是ServletRequest提供的这次请求的HTTP协议信息，这部分需要很清楚HTTP协议。

           Session与Cookie的作用都是为了保持访问用户与后端服务器的交互状态，各有优缺点。然而具有讽刺意味的是它们优点和它们的使用场景又是矛盾的，例如使用 Cookie 来传递信息时，随着 Cookie 个数的增多和访问量的增加，它占用的网络带宽也很大，试想假如 Cookie 占用 200 个字节，如果一天的 PV 有几亿的时候，它要占用多少带宽。所以大访问量的时候希望用 Session，但是 Session 的致命弱点是不容易在多台服务器之间共享，所以这也限制了 Session 的使用。

Session正常工作的实现方式：

               基于URL Path Parameter，默认支持

               基于Cookie，若不修改Context中的cookie标识，默认支持

               基于SSL，默认不支持，只有connector.getAttribute（"SSLEnabled"）为true时才支持。

 

四、Servlet中的Listener

        整个Tomcat服务器中Listener使用的非常广泛，它是基于观察者模式的，Listener的设计对开发Servlet应用程序提供了一种快捷的手段，能够方便的从另一个纵向唯独控制程序和数据，目前Servlet中提供了5中两类事件的观察者接口，他们分别是：4个EventListener类型的，ServletContextAttributeListener、ServletRequestAttributeListener、ServletRequestListener、HttpSessionAttributeListener 和 2 个 LifecycleListeners 类型的，ServletContextListener、HttpSessionListener。

           它们基本上涵盖了整个Servlet生命周期中，你感兴趣的每种事件，这些Listener的实现类可以配置在web.xml中的<listener>标签中，当然也可以在应用程序中动态添加Listener，但是ServletContextListener在容器启动之后就不能再添加新的，因为它监听的事件已经不会再出现。掌握这些Listener的使用，能够让我们的程序设计的更加灵活。

 

五、Servlet3.0新特性注解

        前面介绍过Servlet3.0提供了注解(annotation)，使得不再需要在web.xml文件中进行Servlet的部署描述。

        开发者可以使用@WebServlet注解将一个继承于javax.servlet.http.HttpServlet的类标注为可以处理用户请求的Servlet。   

@WebServlet注解的相关属性
NO.	属性名	描述
1	asyncSupported	声明Servlet是否支持异步操作模式
2	description	Servlet的描述信息
3	displayName	Servlet的显示名称
3	initParams	Servlet的初始化参数
5	name	Servlet的名称
6	urlPatterns	Servlet的访问URL
7	value	Servlet的访问URL

Servlet的访问URL是Servlet的必选属性，可以选择使用urlPatterns或者value定义。

         更多关于Servlet3.0的注解使用知识请参考博客：

         《Servlet 3.0 新特性详解》