Servlet & Servlet容器

作者: suxin1932 | 来源:发表于2019-08-04 17:31 被阅读0次

1.Servlet

servlet-4_0_FINAL下载地址
https://download.oracle.com/otndocs/jcp/servlet-4-final-spec/index.html

1.1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。

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。

# web容器
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, WebLogic Server, Glassfish, Websphere, JBoss等。

1.2Servlet工作原理解析

1.2.1一个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

1.2.2Servlet的执行过程

Servlet程序由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

1.2.3Servlet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。

1.2.4Servlet的一些细节

1.2.4.1

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规范的特性中，该功能可以使用注解完成，不要求必须使用web.xml)。

<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的全限定名。

<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。

1.2.4.2

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。

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

1.2.4.3

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。

<!DOCTYPE web-app PUBLIC
 "-//Sun Microsystems, Inc.//DTD Web Application 2.3//EN"
 "http://java.sun.com/dtd/web-app_2_3.dtd" >
 
<web-app>
  <display-name>Archetype Created Web Application</display-name>
 
  <!--welcome pages-->
  <welcome-file-list>
    <welcome-file>index.jsp</welcome-file>
  </welcome-file-list>
 
  <!--applicationContext.xml是全局的，应用于多个serverlet，配合listener一起使用-->
  <!-- 如果是监听多个文件，可用‘，’隔开 -->
 
  <context-param>
    <description>配置Spring配置文件路径</description>
    <param-name>contextConfigLocation</param-name>
 
    <param-value>classpath:spring/applicationContext.xml</param-value>
  </context-param>
 
  <!-- 定义SPRING监听器，加载spring -->
  <listener>
    <listener-class>
      org.springframework.web.context.request.RequestContextListener
    </listener-class>
  </listener>
 
  <listener>
    <listener-class>org.springframework.web.context.ContextLoaderListener</listener-class>
  </listener>
 
  <!--log4j配置文件加载-->
  <context-param>
    <param-name>log4jConfigLocation</param-name>
    <param-value>classpath:log4j.properties</param-value>
  </context-param>
  <!--启动一个watchdog线程每1800秒扫描一下log4j配置文件的变化-->
  <context-param>
    <param-name>log4jRefreshInterval</param-name>
    <param-value>1800000</param-value>
  </context-param>
  <context-param>
    <param-name/>
    <param-value/>
  </context-param>
 
  <!-- 配置Spring字符编码过滤器 -->
  <filter>
    <filter-name>encodingFilter</filter-name>
    <filter-class>org.springframework.web.filter.CharacterEncodingFilter</filter-class>
    <init-param>
      <param-name>encoding</param-name>
      <param-value>UTF-8</param-value>
    </init-param>
    <init-param>
      <param-name>forceEncoding</param-name>
      <param-value>true</param-value>
    </init-param>
  </filter>
  <filter-mapping>
    <filter-name>encodingFilter</filter-name>
    <url-pattern>/*</url-pattern>
  </filter-mapping>
 
  <!-- Spring MVC 核心控制器 DispatcherServlet 配置开始 -->
  <!--配置springmvc DispatcherServlet-->
  <servlet>
    <servlet-name>springMVC</servlet-name>
    <servlet-class>org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet</servlet-class>
    <init-param>
      <!--Sources标注的文件夹下需要新建一个spring文件夹-->
      <param-name>contextConfigLocation</param-name>
      <!-- 如果是监听多个文件，可用‘，’隔开 -->
      <param-value>classpath:spring/spring-mvc.xml</param-value>
    </init-param>
    <load-on-startup>1</load-on-startup>
    <async-supported>true</async-supported>
  </servlet>
 
  <!-- 拦截设置 -->
  <servlet-mapping>
    <servlet-name>springMVC</servlet-name>
    <!-- 此处可以可以配置成*.do，对应struts的后缀习惯 -->
    <url-pattern>/</url-pattern>
  </servlet-mapping>
  <!-- Spring MVC 核心配置结束 -->
 
  <!-- 激活Tomcat的defaultServlet来处理静态文件 -->
  <servlet-mapping>
    <servlet-name>default</servlet-name>
    <url-pattern>/static/*</url-pattern>
  </servlet-mapping>
 
  <!-- session 时间 -->
  <session-config>
    <session-timeout>30</session-timeout>
  </session-config>
 
</web-app>

1.2.5Servlet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。

1.2.6ServletConfig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。

1.2.7ServletContext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时，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

1.2.8Servlet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。

servlet体系结构.png

1.2.9Servlet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。

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。

1.2.10Servlet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;
>> 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。

1.2.11Servlet规范相关注解

Servlet相关注解.png

Servlet3.0开始提供了注解(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：
用于修饰一个 Servlet 类，用于部署 Servlet 类。

@WebInitParam：
用于与 @WebServlet 或 @WebFilter 一起使用，为 Servlet、Filter 配置参数。

@WebListener：
用于修饰 Listener 类，用于部署 Listener 类

@WebFilter：
用于修饰 Filter 类，用于部署 Filter 类

@MultipartConfig：
用于修饰 Servlet，指定该 Servlet 将会负责处理 multipart/form-data 类型的请求(主要用于文件上传)

@ServletSecurity：
这是一个与 JAAS 有关的注解，修饰 Servlet 指定该 Servlet 的安全与授权控制

@HttpConstraint：
用于与 @ServletSecurity 一起使用，用于指定该 Servlet 的安全与授权控制

@HttpMethodConstraint：
用于与 @ServletSecurity 一起使用，用于指定该 Servlet 的安全与授权控制

@HandlesTypes:
可以动态注册Servlet,Filter,Listener, 如:
@HandlesTypes(WebApplicationInitializer.class)
public class SpringServletContainerInitializer implements ServletContainerInitializer {}
其中@HandlesTypes注解表示CustomServletContainerInitializer 可以处理的类，
在onStartup 方法中，可以通过Set<Class<?>> c 获取得到。
(这里也用到了 jdk的 SPI机制)

@MultipartConfig:
用于文件的上传.

1.3 Servlet规范在spring中的应用

SpringServletContainerInitializer.png

Servlet4.1规范中SpringServletContainerInitializer何时启动.png

spring中SpringServletContainerInitializer的实现机制01.png

spring中SpringServletContainerInitializer的实现机制02.png

spring中嵌入式容器 tomcat的启动流程

#过程分析：
tomcat启动
--->jdk-spi
--->SpringServletContainerInitializer(ServletContainerInitializer)


完成了如下流程：
servlet规范->tomcat->spring 初始化(spring容器及servlet注册)

https://cloud.tencent.com/developer/article/1497586

https://www.cnblogs.com/rocomp/p/4808924.html (servlet原理)
https://www.jianshu.com/p/230878a836f9 (ServletContainerInitializer)
https://cloud.tencent.com/developer/article/1497586 (ServletContainerInitializer)