servlet/tomcat等容器/springMVC之间的关系

Servlet是什么？

Servlet是JavaEE规范的一种，主要是为了扩展Java作为Web服务的功能，统一接口。由其他内部厂商如tomcat，jetty内部实现web的功能。如一个http请求到来：
容器将请求封装为servlet中的HttpServletRequest对象，调用init（），service（）等方法输出response,由容器包装为httpresponse返回给客户端的过程。

servlet工作模式.jpg

在Servlet规范中，提供了ServletContext,ServletRequest,ServletResponse,Filter等诸多接口。
基本类图和调用关系如下：

image.png

请求调用关系

下面简要介绍下接口的作用，生命周期和使用：
Servlet:
作用：用于处理请求（service方法）
生命周期：加载实例化、初始化、处理客户端请求、销毁。
加载实例化主要是交由web容器完成，而其他三个阶段则对应Servlet的init、service和destroy方法。Servlet对象被创建出来后需要对其进行初始化操作，初始化工作可以放在以ServletConfig类型为参数的ini方法中，ServletConfig为web.xml配置文件中配置的对应的初始化参数，由web容器完成web.xml配置读取并封装成ServletConfig对象；当Servlet初始化完成后，开始接受客户端的请求，这些请求被封装成ServletRequest类型的请求对象和ServletResponse类型的响应对象，通过service方法处理请求并响应客户端；当一个Servlet需要从web容器中移除时，就会调用对应的destroy方法用于释放所有的资源，并且调用destroy方法之前要保证所有正在执行service方法的线程都完成执行。
使用：servlet规范中定义了 GenericServlet接口，定义了通用，协议独立的servlet,他们的子接口 HttpServlet就是用来处理http请求的Servlet,根据http协议扩展了不同方式的请求处理方法，如doPost,doGet.

ServletContext:Servlet与Servlet容器之间直接通信的接口,一个web应用只独有一个ServletContext.
作用：

用于在web应用范围内存取共享数据,如setAttribute(String name, Object object)，getAttribute()
获取当前Web应用的资源，如getContextPath()
获取服务器端的文件系统资源，如getResourceAsStream()
输出日志，如log(String msg) ：向Servlet的日志文件中写日志
在具体ServletContext 实现中，提供了添加Servlet，Filter,Listener到ServletContext里面的方法
生命周期：和web应用的生命周期一样
使用：一般由web容器实现，如tomcat

Filter:
作用：用于Web容器对请求和响应做统一处理，例如统一改变HTTP请求内容和响应内容，它可以作用在某个Servlet或一组Servlet
生命周期：加载实例化、初始化（init）、处理客户端请求(doFilter)、销毁(destroy)
使用：在doFilter方法中调用chain.doFilter(request, response)之前的代码可用来做一些请求校验，之后代码可用来做一些响应包装。

ServletRequest:封装了客户端请求的所有信息，如果使用HTTP协议通信则包括HTTP协议的请求行和请求头。HTTP协议对应请求对象类型是HttpServletRequest类
作用：

获取HTTP协议请求头部，如getHeader、getHeaders
获取请求路径，如getContextPath、getServletPath
获取cookie的方法，如getCookies
获取session的方法，如getSession,session是存储在服务器内存中，返回响应的时候会写入浏览器一个sessionId的cookie，用来标示这一个会话

生命周期：只在servlet的service方法或过滤器的doFilter方法作用域内有效，除非启用了异步处理调用了ServletRequest接口对象的startAsync方法，此时request对象会一直有效，直到调用AsyncContext的complete方法。另外，web容器通常会为了性能而不销毁ServletRequest接口的对象，而是重复利用ServletRequest接口对象。

ServletResponse:Servlet通过ServletResponse对象来生成响应结果。
作用：定义了一系列与生成响应结果相关的方法，如:

setCharacterEncoding() —— 设置相应正文的字符编码。响应正文的默认字符编码为ISO-8859-1；
setContentLength() —— 设置响应正文的长度；
setBufferSize() —— 设置用于存放响应正文数据的缓冲区的大小
getBufferSize() —— 获得用于存放响应正文数据的缓冲区的大小；
reset() —— 清空缓冲区内的正文数据，并且清空响应状态代码及响应头
resetBuffer() —— 仅仅清空缓冲区的正文数据，不清空响应状态代码及响应头；
flushBuffer() —— 强制性地把缓冲区内的响应正文数据发送到客户端；
isCommitted() —— 返回一个boolean类型的值，如果为true，表示缓冲区内的数据已经提交给客户，即数据已经发送到客户端；
getOutputStream() —— 返回一个ServletOutputStream对象，Servlet用它来输出二进制的正文数据；
getWriter() —— 返回一个PrinterWriter对象，Servlet用它来输出字符串形式的正文数据；

为了提高输出数据的效率，ServletOutputStream和PrintWriter首先把数据写到缓冲区内。当缓冲区内的数据被提交给客户后，ServletResponse的isComitted方法返回true。

生命周期：ServletResponse接口只在Servlet的service方法或过滤器的doFilter方法作用域内有效，除非它关联的ServletResponse接口调用了startAsync方法启用异步处理，此时ServletResponse接口会一直有效，直到调用AsyncContext的complete方法。另外，web容器通常会为了性能而不销毁ServletResponse接口对象，而是重复利用ServletResponse接口对象。

Listener:当触发某个事件，如servlet context初始化完成时，需要做一些事情，servlet规范中定义了若干个Listener用于监听这些事件。
作用：用于对特定对象的生命周期和特定事件进行响应处理，主要用于对Session,request,context等进行监控。

监听域对象自身的创建和销毁的事件监听器

ServletContextListener：ServletContext的创建和销毁：contextInitialized方法和contextDestroyed方法，作为定时器、加载全局属性对象、创建全局数据库连接、加载缓存信息等
HttpSessionListener：HttpSession的创建和销毁：sessionCreated和sessionDestroyed方法，可用于统计在线人数、记录访问日志等
ServletRequestListener： ServletRequest的创建和销毁：requestInitialized和requestDestroyed方法

监听域对象中的属性的增加和删除的事件监听器

ServletContextAttributeListener、HttpSessionAttributeListener、ServletRequestAttributeListener接口。
实现方法：attributeAdded、attributeRemoved、attributeReplaced

监听绑定到HttpSeesion域中的某个对象的状态的事件监听器(创建普通JavaBean)

HttpSession中的对象状态：绑定→解除绑定；钝化→活化
实现接口及方法：HttpSessionBindingListener接口(valueBound和valueUnbound方法)、HttpSessionActivationListener接口(sessionWillPassivate和sessionDidActivate方法)

tomcat是什么？

tomcat等容器其实就是web服务的实现，暴露端口，按照特定资源URL找到处理的servlet。然后处理请求。
web.xml其实tomcat在启动时候需要加载的配置欢迎页、Filter、Listener、Servlet等类的定义。当然不止加载这些东西，这些东西是需要加载到JVM堆内存中实例化的对象。
Tomcat启动时加载资源主要有三个阶段：

第一阶段：JVM相关资源

(1)$JAVA_HOME/jre/lib/ext/*.jar
(2)系统classpath环境变量中的*.jar和*.class

第二阶段：Tomcat自身相关资源

(1)$CATALINA_HOME/common/classes/*.class  
(2)$CATALINA_HOME/commons/endorsed/*.jar   
(3)$CATALINA_HOME/commons/i18n/*.jar   
(4)$CATALINA_HOME/common/lib/*.jar   
(5)$CATALINA_HOME/server/classes/*.class   
(6)$CATALINA_HOME/server/lib/*.jar   
(7)$CATALINA_BASE/shared/classes/*.class   
(8)$CATALINA_BASE/shared/lib/*.jar

第三阶段：Web应用相关资源

(1)具体应用的webapp目录: /WEB-INF/classes/*.class   
(2)具体应用的webapp: /WEB-INF/lib/*.jar

在tomcat目录${CATALINA_HOME}/conf下和web应用目录${CATALINA_HOME}/webapps/WebDemo(WebDemo为web应用名)下都有web.xml这个文件，但是内容不一样。

Tomcat在激活、加载、部署web应用时，会解析加载${CATALINA_HOME}/conf目录下所有web应用通用的web.xml，然后解析加载web应用目录中的WEB-INF/web.xml。
其实根据他们的位置，我们就可以知道，conf/web.xml文件中的设定会应用于所有的web应用程序，而某些web应用程序的WEB-INF/web.xml中的设定只应用于该应用程序本身。

如果没有WEB-INF/web.xml文件，tomcat会输出找不到的消息，但仍然会部署并使用web应用程序，servlet规范的作者想要实现一种能迅速并简易设定新范围的方法，以用作测试，因此，这个web.xml并不是必要的，不过通常最好还是让每一个上线的web应用程序都有一个自己的WEB-INF/web.xml。

web.xml中可以配置web应用名称，图标，描述，ServletContext上下文参数，Fliter配置，Listener配置，Servlet配置，会话超时配置，MIME类型配置等等。

Spring MVC 是什么？

Spring MVC （SpringBoot）其实就是基于tomcat等这些web容器对我们的CS请求能做更多的事情，如校验，拦截（AOP思想），后期渲染等等，好让我们专注于业务的开发。
Springmvc的核心是一个DispatcherServlet，负责请求的解析，拦截，转发，响应等等。相关类图和请求处理流程为：

其中FrameworkServlet会和Spring的ApplicationContext联系起来，它实现了ApplicationContextAware接口。

当然Spring MVC框架也提供rest访问，从而可实现前后端的分离。

import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class RestfulWebServiceController {

    @GetMapping("/message")
    public MyOutputResource getMessage() {
        return new MyOutputResource("Hello!");
    }
}

参考资料:
Java Servlet 3.1 规范
servlet的本质是什么，它是如何工作的？
Servlet规范总结
【Java.Web】Servlet —— Servlet的类的体系结构
Servlet 工作原理解析
Cookie 与 Session 的区别
Session原理和Tomcat实现分析
An Introduction to Tomcat Servlet Interactions
关于web.xml配置的那些事儿
How Spring Web MVC Really Works

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Spring MVC 是什么？

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