一、基本概念
Servlet是运行在Web服务器上的小程序,通过http协议和客户端进行交互。
这里的客户端一般为浏览器,发送http请求(request)给服务器(如Tomcat)。服务器接收到请求后选择相应的Servlet进行处理,并给出响应(response)。
从这里可以看出Servlet并不是独立运行的程序,而是以服务器为宿主,由服务器进行调度的。通常我们把能够运行Servlet的服务器称作Servlet容器,如Tomcat。
这里Tomcat为什么能够根据客户端的请求去选择相应的Servlet去执行的呢?答案是:Servlet规范。因为Servlet和Servlet容器都是遵照Servlet规范去开发的。简单点说:我们要写一个Servlet,就需要直接或间接实现javax.servlet.Servlet。并且在web.xml中进行相应的配置。Tomcat在接收到客户端的请求时,会根据web.xml里面的配置去加载、初始化对应的Servlet实例。这个就是规范,就是双方约定好的。
二、样例分析
在进一步解释Servlet原理、分析源码之前,我们先介绍下如何在JavaWeb中使用Servlet。方法很简单:1.编写自己的Servlet类,这里可以使用开发工具(STS、Myeclipse等)根据向导快速的生成一个Servlet类。2.在web.xml中配置servlet。这里的知识很简单,所以不做过多赘述。直接上代码。(这里需要注意的是,servlet3.0之后提供了注解的方式配置servlet,这里就不做介绍了,感兴趣的可以自行去百度,只是配置的形式不同而已,没有本质区别。所以下文还是为web.xml为例)
TestServlet.java
1 public class TestServlet extends HttpServlet { 2 private static final long serialVersionUID = 1L; 3 4 public TestServlet() { 5 } 6 7 protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException { 8 response.getWriter().append("Served at: ").append(request.getContextPath()); 9 } 10 11 protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException { 12 doGet(request, response); 13 } 14 }
web.xml
1 <servlet> 2 <servlet-name>TestServlet</servlet-name> 3 <servlet-class>com.nantang.servlet.TestServlet</servlet-class> 4 </servlet> 5 <servlet-mapping> 6 <servlet-name>TestServlet</servlet-name> 7 <url-pattern>/test</url-pattern> 8 </servlet-mapping>
启动Tomcat,浏览器访问/test。将会访问TestServlet。返回客户端请求的上下文路径。
三、源码分析
上面说过,我们自己编写的Servlet类都必须直接或间接实现javax.servlet.Servlet。可是上面的例子TestServlet继承的是HttpServlet,那是因为HttpServlet间接的实现了javax.servlet.Servlet。下面是HttpServlet的继承层级(类图中的方法并没有一一列举,因为下面会逐一解释):
下面我们由上往下层层分析:
1 ServletContext
一个web应用对应一个ServletContext实例,这个实例包含了所有servlet共享的资源信息。通过提供一组方法给servlet使用,用来和servlet容器通讯,比如获取文件的MIME类型、分发请求、记录日志等。
这里需要注意一点,如果你的应用是分布式部署的,那么每台服务器实例上部署的应用实例都各自拥有一个ServletContext实例。
ServletContext实例是应用部署启动后,servlet容器为应用创建的。当需要初始化servlet的时候,servlet容器会用这个全局的ServletContext实例构造一个ServletConfig实例去初始化servlet。所以说,ServletContext实例是servlet容器为servlet提供的重要资源。
1 public interface ServletContext { 2 3 public String getContextPath(); 4 5 public ServletContext getContext(String uripath); 6 7 public int getMajorVersion(); 8 public int getMinorVersion(); 9 public String getServerInfo(); 10 public String getServletContextName(); 11 12 public String getMimeType(String file); 13 14 public void log(String msg); 15 public void log(String message, Throwable throwable); 16 17 public Set getResourcePaths(String path); 18 19 public URL getResource(String path) throws MalformedURLException; 20 public InputStream getResourceAsStream(String path); 21 22 public RequestDispatcher getRequestDispatcher(String path); 23 public RequestDispatcher getNamedDispatcher(String name); 24 25 public String getRealPath(String path); 26 27 public String getInitParameter(String name); 28 public Enumeration getInitParameterNames(); 29 30 public Object getAttribute(String name); 31 public Enumeration getAttributeNames(); 32 public void setAttribute(String name, Object object); 33 public void removeAttribute(String name); 34 }
1.1 getContextPath
方法返回web应用的上下文路径。就是我们部署的应用的根目录名称。拿Tomcat举例,我们在webapps部署了应用demo。那么方法返回"/demo"。如果是部署在ROOT下,那么方法返回空字符串""。这里的路径可以再server.xml里面修改,比如我们的demo应用路径修改为"/test":
1 <Context docBase="demo" path="/test" reloadable="true" source="org.eclipse.jst.j2ee.server:demo"/>
那么方法将会返回"/test"。
1.2 getContext
方法入参为uriPath(String),是一个资源定位符的路径。返回一个ServletContext实例。我们说过一个web应用对应一个ServletContext实例,那么这个方法根据资源的路径返回其servlet上下文。
比如说我们当前应用是demo,这个时候我们要访问servlet容器中的另外一个应用test中的资源index.jsp,假使资源的路径为/test/index.jsp。那么我们就可用通过调用getContext("/test/index.jsp")去获取test应用的上下文。如果在servlet容器中找不到该资源或者该资源限制了外部的访问,那么方法返回null。(这个方法一般配合RequestDispatcher使用,实现请求转发)。
1.3 getMajorVersion、getMinorVersion、getServerInfo、getServletContextName
getMajorVersion和getMinorVersion分别返回当前servlet容器支持的Servlet API最高版本和最低版本。
getServerInfo返回servlet容器的名称和版本,格式为servername/versionnumber。比如我在Tomcat下测试,输出的信息是:Apache Tomcat/9.0.0.M10。当然容器也可以多返回些额外的信息,这个就看各个servlet容器的实现了。
getServletContextName返回应用的名称,这里的名称是web.xml里面配置的display-name,如果没配置则返回null。
1 <display-name>Archetype Created Web Application</display-name>
1.4 getMimeType
方法返回文件的MIME类型,MIME类型是容器配置的。可用通过web.xml进行配置,比如:
1 <mime-mapping> 2 <extension>doc</extension> 3 <mime-type>application/vnd.ms-word</mime-type> 4 </mime-mapping>
那么我们用浏览器打开文件的时候发现如果是doc文件,则会调用相应的word程序去打开。
1.5 log
两 个重载的log方法都是记录日志到servlet日志文件,这个对于有编程经验的来说没什么好解释的。需要注意的是servlet日志文件的路径由具体的 servlet容器自己去决定。如果你是在MyEclipse、STS这类的IDE中跑应用的话,那么日志信息将在控制台(Console)输出。如果是 发布到Tomcat下的话,日志文件是Tomcat目录下的/logs/localhost.yyyy-MM-dd.log。
1.6 getResourcePaths
根据传入的路径,列出该路径下的所有资源路径。
比如我们的web应用下有这些资源:/welcome.html,/catalog/index.html,/catalog/products.html,/catalog/offers/books.html,/catalog/offers/music.html,/customer/login.jsp,/WEB-INF/web.xml,/WEB-INF/classes/com.acme.OrderServlet.class。
如果调用方法getResourcePaths("/"),那么返回的是{"/welcome.html", "/catalog/", "/customer/", "/WEB-INF/"}。
如果调用方法getResourcePaths("/catalog/"),那么返回的是{"/catalog/index.html", "/catalog/products.html", "/catalog/offers/"}。
这里需要注意的是:1.路径一定要以"/"开头,结尾的"/"可要可不要。2.路径要从应用根目录下开始,如果调用方法getResourcePaths("/offers/"),此时返回的是null。
1.7 getResource和getResourceAsStream
getResource将指定路径的资源封装成URL实例并返回,getResourceAsStream获取指定路径资源的输入流并返回。这里和上面一样,资源的路径以"/"开头,从应用根目录开始。关于URL和InputStream的解释和使用,不在本篇博文的关注点。
1.8 getRequestDispatcher和getNamedDispatcher
讲指定的资源包装成RequestDispatcher实例并返回。区别是前者根据资源路径(和上面规则一致),后者根据资源的名称(通过服务器控制台或者web.xml里面配置的,比如web.xml里面配置servlet的名称)。
RequestDispatcher这个接口,看名字就知道用来进行请求分发的。所有的资源都可以包装成RequestDispatcher实例(主要是用于包装servlet),然后调用它的方法进行转发和包含。这里比较简单,不过过多赘述,直接上源码。
1 public interface RequestDispatcher { 2 3 public void forward(ServletRequest request, ServletResponse response) throws ServletException, IOException; 4 5 public void include(ServletRequest request, ServletResponse response) throws ServletException, IOException; 6 }
还拿我们上面的demo应用例子来说:客户端访问http://xxx.xxx.xxx.xxx:xxxx/demo/test,这个时候访问我们的TestServlet。这个时候如果要把请求转发到另外一个servlet,假使这个servlet的资源路径是/demo/test2。那么我们可以调用getRequestDispatcher("/demo/test2")把资源包装成RequestDispatcher实例,再调用forward的方法。就实现了请求的转发。
请求的转发使用起来很简单,因为servlet容器提供了ServletContext实例,我们在应用中只需要调用它的API就行。这个时候容器为我们做了很多事情,容器会根据资源的路径去获取ServletContext实例,正如上面的getContext方法。这里不一定就是当前ServletContext,可以使其他应用的。如果找到了ServletContext,容器再将资源包装成RequestDispatcher实例进行转发。
1.9 getRealPath
根据资源虚拟路径,返回实际路径。
比如说应用中有个JSP页面index.jsp,调用getRealPath("index.jsp"),则返回index.jsp文件在文件系统中的绝对路径。在windows下或许是这样:D:\xxx\xxx\index.jsp,在linux下或许是这样:/root/xxx/index.jsp。
这里可能存在应用中有多个index.jsp,它们在不同的路径下。这时候servlet容器是从应用根目录下向下查找,把找到的第一个资源绝对路径返回。
1.10 getInitParameter和getInitParameterNames
这两个方法是用来获取应用的初始化参数的,参数的作用域是整个应用。这个参数是在web.xml里面配置的(如下所示)。getInitParameter是根据参数名获取参数值,getInitParameterNames获取参数名集合。
这里需要注意的是当需要配置多个初始化参数时,应该写多个<context-param></context-param>对,而不是在一个<context-param></context-param>对里面写多个<param-name></param-name>和<param-value></param-value>对。
1 <context-param> 2 <param-name>param1</param-name> 3 <param-value>1</param-value> 4 </context-param> 5 <context-param> 6 <param-name>param2</param-name> 7 <param-value>2</param-value> 8 </context-param>
1.11 getAttribute、getAttributeNames、setAttribute、removeAttribute
应用的属性相关操作。建议属性名遵循java包名的风格,比如Tomcat默认初始化的属性有:
javax.servlet.context.tempdir=java.lang.Object@41f4cc21, org.apache.catalina.resources=java.lang.Object@41f4cc21, org.apache.tomcat.InstanceManager=java.lang.Object@41f4cc21, org.apache.catalina.jsp_classpath=java.lang.Object@41f4cc21, javax.websocket.server.ServerContainer=java.lang.Object@41f4cc21, org.apache.jasper.compiler.TldCache=java.lang.Object@41f4cc21, org.apache.tomcat.JarScanner=java.lang.Object@41f4cc21
这里需要注意的是,这些属性都是应用级的,在一个地方设置的属性可以被应用中其他地方使用。
2.ServletConfig
ServletConfig实例是由servlet容器构造的,当需要初始化servlet的时候,容器根据web.xml中的配置以及运行时环境构造出ServletConfig实例,并通过回调servlet的init方法传递给servlet(这个方法后面会讲到)。所以一个servlet实例对应一个ServletConfig实例。
1 public interface ServletConfig { 2 3 public String getServletName(); 4 5 public ServletContext getServletContext(); 6 7 public String getInitParameter(String name); 8 9 public Enumeration getInitParameterNames(); 10 }
2.1 getServletName
getServletName方法返回servlet实例的名称,这个就是我们在web.xml中<servlet-name>标签中配置的名字,当然也可以在服务器控制台去配置。如果这两个地方都没有配置servlet名称,那么将会返回servlet的类名。
2.2 getServletContext
getServletContext方法返回ServletContext实例,也就是我们上面说的应用上下文。
2.3 getInitParameter和getInitParameterNames
这两个方法是用来获取servlet的初始化参数的,这个参数是在web.xml里面配置的(如下所示)。getInitParameter是根据参数名获取参数值,getInitParameterNames获取参数名集合。
这里需要注意的是当需要配置多个初始化参数时,应该写多个<init-param></init-param>对,而不是在一个<init-param></init-param>对里面写多个<param-name></param-name>和<param-value></param-value>对。
1 <servlet> 2 <servlet-name>TestServlet</servlet-name> 3 <servlet-class>com.nantang.servlet.TestServlet</servlet-class> 4 <init-param> 5 <param-name>a</param-name> 6 <param-value>1</param-value> 7 </init-param> 8 <init-param> 9 <param-name>b</param-name> 10 <param-value>2</param-value> 11 </init-param> 12 </servlet>
3 Servlet
最原始最简单的JaveWeb模型,就是一个servlet容器上运行着若干个servlet用来处理客户端的请求。所以说servlet是JavaWeb最核心的东西,我们的业务逻辑基本上都是通过servlet实现的(虽然现在有各种框架,不用去直接编写servlet,但本质上还是在使用servlet)。
1 public interface Servlet { 2 3 public void init(ServletConfig config) throws ServletException; 4 5 public ServletConfig getServletConfig(); 6 7 public void service(ServletRequest req, ServletResponse res) throws ServletException, IOException; 8 9 public String getServletInfo(); 10 11 public void destroy(); 12 }
所有的servlet都是javax.servlet.Servlet的子类,就像Java里面所有的类都是Object的子类一样。Servlet类规定了每个servlet应该实现的方法,这个是遵循Servlet规范的。但是自定义的servlet一般不用直接实现Servlet,而是继承javax.servlet.GenericServlet或者javax.servlet.http.HttpServlet就行了。我们上面的TestServlet就是继承HttpServlet,这是因为HttpServlet间接实现了Servlet,提供了通用的功能。所以我们在自定义的TestServlet里面只需要专注实现业务逻辑就行了。
Servlet里面有三个比较重要的方法:init、service、destroy。它们被称作是servlet生命周期的方法,它们都是由servlet容器调用。另外两个方法用于获取servlet相关信息的,需要根据业务逻辑进行实现和调用。
3.1 init
init方法是servlet的初始化方法,当客户端第一次请求servlet的时候,JVM对servlet类进行加载和实例化。这里需要注意的是,servlet会先执行默认的构造函数,然后回调servlet实例的init方法,传入ServletConfig参数。这个参数上面说过,是servlet容器根据web.xml中的配置和运行时环境构造的实例。通过init方法注入到servlet。init方法在servlet的生命周期中只会被调用一次,在客户端的后续请求中将不会再调用。
3.2 service
service方法是处理业务逻辑的核心方法。当servlet容器接收到客户端的请求后,会根据web.xml中配置的<url-pattern>找到相应的servlet,回调service方法处理客户端的请求并给出响应。
3.3 destroy
JDK文档解释这个方法说:这个方法会在所有的线程的service()方法执行完成或者超时后执行。这里只是说明了,当servlet容器要去调用destroy方式的时候,需要等待一会,等待所有线程都执行完或者达到超时的限制。
这里并没有说清楚什么情况下servlet容器会触发这个动作。How Tomcat Works一书中对这个做了解释:当servlet容器关闭或需要更多内存的时候,会销毁servlet。这个方法就使得servlet容器拥有回收资源的能力。
同样地,destroy方法在servlet的生命周期中只会被调用一次。
3.4 getServletConfig
这个方法返回ServletConfig实例,这个对象即为servlet容器回调init方法的时候传入的实例。所以自定义的Servlet一般的实现方式为:在init方法里面把传入的ServletConfig存储到servlet的属性字段。在getServletConfig的实现里返回该实例。这个在后续解释javax.servlet.GenericServlet的源码时,能够看到。
3.5 getServletInfo
返回关于servlet的信息,这个由自定义的servlet自行实现,不过一般建议返回servlet的作者、版本号、版权等信息。
4.GenericServlet
GenericServlet从名字就能看的出来是servlet的一般实现,实现了servlet具有的通用功能,所以我们自定义的servlet一般不需要直接实现Servlet接口,只需要集成GenericServlet。GenericServlet实现了Servlet和ServletConfig接口。
4.1 GenericServlet对Servlet接口的实现
1 private transient ServletConfig config; 2 3 public void init(ServletConfig config) throws ServletException { 4 this.config = config; 5 this.init(); 6 } 7 8 public void init() throws ServletException {} 9 10 public abstract void service(ServletRequest req, ServletResponse res) throws ServletException, IOException; 11 12 public void destroy() {} 13 14 public ServletConfig getServletConfig() { 15 return config; 16 } 17 18 public String getServletInfo() { 19 return ""; 20 }
可以说,GenericServlet对Servlet方法的实现逻辑非常简单。就是把一些必要的逻辑写了下。
1.init方法就是把容器传入的ServletConfig实力存储在类的私有属性conifg里面,然后调用一个init无参的空方法。这么做的意义在于,我们如果想在自定义的servlet类里面在初始化的时候添加些业务逻辑,只需要重写无参的init方法就好了,我们不需要关注ServletConfig实例的存储细节了。
2.service和destroy方法并未实现具体逻辑。
3.getServletConfig就是返回init方法里面存储的config。getServletInfo就是返回空字符串,如果有业务需要,可以在子类里面重写。
4.2 GenericServlet对于ServletConfig接口的实现
1 public String getServletName() { 2 ServletConfig sc = getServletConfig(); 3 if (sc == null) { 4 throw new IllegalStateException( 5 lStrings.getString("err.servlet_config_not_initialized")); 6 } 7 return sc.getServletName(); 8 } 9 10 public ServletContext getServletContext() { 11 ServletConfig sc = getServletConfig(); 12 if (sc == null) { 13 throw new IllegalStateException( 14 lStrings.getString("err.servlet_config_not_initialized")); 15 } 16 return sc.getServletContext(); 17 } 18 19 public String getInitParameter(String name) { 20 ServletConfig sc = getServletConfig(); 21 if (sc == null) { 22 throw new IllegalStateException( 23 lStrings.getString("err.servlet_config_not_initialized")); 24 } 25 return sc.getInitParameter(name); 26 } 27 28 public Enumeration getInitParameterNames() { 29 ServletConfig sc = getServletConfig(); 30 if (sc == null) { 31 throw new IllegalStateException( 32 lStrings.getString("err.servlet_config_not_initialized")); 33 } 34 return sc.getInitParameterNames(); 35 }
这四个方法的实现就跟一个模子刻出来的一样,都是取得ServletConfig实例,然后调用相应的方法。其实GenericServlet完全没有必要实现ServletConfig,这么做仅仅是为了方便。当我们集成GenericServlet写自己的servlet的时候,如果需要获取servlet的配置信息如初始化参数,就不需要写形如:“ServletConfig sc = getServletConfig();if (sc == null) ...;return sc.getInitParameterNames();”这些冗余代码了。除此之外,没有别的意义。
5 HttpServlet
HttpServlet是一个针对HTTP协议的通用实现,它实现了HTTP协议中的基本方法get、post等,通过重写service方法实现方法的分派。
1 public void service(ServletRequest req, ServletResponse res) throws ServletException, IOException{ 2 HttpServletRequest request; 3 HttpServletResponse response; 4 try { 5 request = (HttpServletRequest) req; 6 response = (HttpServletResponse) res; 7 } catch (ClassCastException e) { 8 throw new ServletException("non-HTTP request or response"); 9 } 10 service(request, response); 11 }
重写的service方法将参数转换成HttpServletRequest和HttpServletResponse,并调用自己的另一个重载service方法。
1 protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException{ 2 String method = req.getMethod(); 3 if (method.equals(METHOD_GET)) { 4 long lastModified = getLastModified(req); 5 if (lastModified == -1) { 6 doGet(req, resp); 7 } else { 8 long ifModifiedSince = req.getDateHeader(HEADER_IFMODSINCE); 9 if (ifModifiedSince < (lastModified / 1000 * 1000)) { 10 maybeSetLastModified(resp, lastModified); 11 doGet(req, resp); 12 } else { 13 resp.setStatus(HttpServletResponse.SC_NOT_MODIFIED); 14 } 15 } 16 } else if (method.equals(METHOD_HEAD)) { 17 long lastModified = getLastModified(req); 18 maybeSetLastModified(resp, lastModified); 19 doHead(req, resp); 20 } else if (method.equals(METHOD_POST)) { 21 doPost(req, resp); 22 } else if (method.equals(METHOD_PUT)) { 23 doPut(req, resp); 24 } else if (method.equals(METHOD_DELETE)) { 25 doDelete(req, resp); 26 } else if (method.equals(METHOD_OPTIONS)) { 27 doOptions(req,resp); 28 } else if (method.equals(METHOD_TRACE)) { 29 doTrace(req,resp); 30 } else { 31 String errMsg = lStrings.getString("http.method_not_implemented"); 32 Object[] errArgs = new Object[1]; 33 errArgs[0] = method; 34 errMsg = MessageFormat.format(errMsg, errArgs); 35 resp.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_IMPLEMENTED, errMsg); 36 } 37 }
这个方法的的逻辑也很简单,就是解析出客户端的request是哪种中方法,如果是get方法则调用doGet,如果是post则调用doPost等等。这样我们在继承HttpServlet的时候就无需重写service方法,我们可以根据自己的业务重写相应的方法。一般情况下我们的应用基本就是get和post调用。那么我们只需要重写doGet和doPost就行了。
这里需要注意的是3-15行代码,这里对资源(比如页面)的修改时间进行验证,判断客户端是否是第一次请求该资源,或者该资源是否被修改过。如果这两个条件有一个被满足那么就调用doGet方法。否则返回状态304(HttpServletResponse.SC_NOT_MODIFIED),这个状态就是告诉客户端(浏览器),可以只用自己上一次对该资源的缓存。
不过HttpServlet对于判断资源修改时间的逻辑非常简单粗暴:
1 protected long getLastModified(HttpServletRequest req) { 2 return -1; 3 }
方法始终返回-1,这样就会导致每次都会调用doGet方法从服务器取资源而不会使用浏览器的本地缓存。所以如果我们自己的servlet要使用浏览器的缓存,降低服务器的压力,就需要重写getLastModified方法。
最后我们来看一下HttpServlet对http一些方法的实现,在所有的方法中,HttpServlet已经对doOptions和doTrace方法实现了通用的逻辑,所以我们一般不用重写这两个方法,感兴趣的可以自己去看下源码。
这里我们列举下最常用的两个方法doGet和doPost:
1 protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)throws ServletException, IOException{ 2 String protocol = req.getProtocol(); 3 String msg = lStrings.getString("http.method_get_not_supported"); 4 if (protocol.endsWith("1.1")) { 5 resp.sendError(HttpServletResponse.SC_METHOD_NOT_ALLOWED, msg); 6 } else { 7 resp.sendError(HttpServletResponse.SC_BAD_REQUEST, msg); 8 } 9 } 10 11 protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException{ 12 String protocol = req.getProtocol(); 13 String msg = lStrings.getString("http.method_post_not_supported"); 14 if (protocol.endsWith("1.1")) { 15 resp.sendError(HttpServletResponse.SC_METHOD_NOT_ALLOWED, msg); 16 } else { 17 resp.sendError(HttpServletResponse.SC_BAD_REQUEST, msg); 18 } 19 }
其实这两个实现里面也没做什么有用的逻辑,所以一般情况下都要重写这两个方法,就像我们最初的TestServlet那样。doHead、doPut、doDelete也是这样的代码模板,所以如果有业务需要的话,我们都要重写对应的方法。
四、总结
讲了这么多,可以这么说:Servlet是JavaWeb里面最核心的组件。只有对它完全融会贯通,才能去进一步去理解上层框架Struts、Spring等。
另外需要明确的是:一个Web应用对应一个ServletContext,一个Servlet对应一个ServletConfig。每个Servlet都是单例的,所以需要自己处理好并发的场景。
作者:南唐三少
出处:http://www.cnblogs.com/nantang
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