Servlet相关基础知识总结

Servlet复习

1. 什么是Servlet?（简介、工作流程、Servlet容器工作流程）

   • 简介：

     • Servlet使用java编写的服务器端应用程序，主要功能是在于交互式的浏览和修改数据，生成动态的Web内容
     • 运行在服务端，用来处理客户端请求并响应给浏览器动态资源
     • 单实例，多线程

   • Servlet工作流程：

     • 通过在web.xml中配置的url-pattern获取到servlet-name
     • 之后根据servlet-name去寻找对应的Servlet类
     • 接着找到对应的Servlet类之后，执行对应的service方法，根据请求处理和响应
     • 返回响应信息

   • Servlet容器（tomcat）整体的工作流程：

     

2. Servlet的核心API以及体系结构？

   • 继承体系图：

   • 核心API：

     • Servlet接口，定义了一系列的抽象方法.init(ServletConfig)、service(ServletReqeust,ServletResponse)、destroy()等是由容器调用的

       • init(ServletConfig)：void
       • getServletConfig()：ServletConfig
       • service(ServletReqeust,ServletResponse)：void
       • getServletInfo()：String
       • destroy()：void

     • GenericServlet抽象类：

       • 实现了Servlet接口、ServletConfig接口、序列化Serializable接口，对Servlet接口提供通用实现，不与任何协议相关联。
       • GenericServlet抽象类实现了Servlet接口中的init(ServletConfig)方法，其中有一个ServletConfig的private实例，容器会使用它来初始化init(ServletConfig)，该方法中调用空的init()方法，重写时需要注意添加super.init()
       • 实现GenericServlet类中全部方法。

     • HttpServlet抽象类：

       • HttpServlet类是GenericServlet类的子类。HttpServlet类为Serlvet接口提供了与HTTP协议相关的通用实现，也就是说，HttpServlet对象适合运行在与客户端采用HTTP协议通信的Servlet容器或者Web容器中。

       • 早期开发中，一般自定义Servlet类扩展字HttpServlet类

       • HttpServlet类实现了Servlet类接口中的Service(ServletRequest,ServletResponse)方法，实现方法中却是调用的它的重载方法

         public void service(ServletRequest req, ServletResponse res)
                 throws ServletException, IOException
             {
                 HttpServletRequest  request;
                 HttpServletResponse response;
                 
                 if (!(req instanceof HttpServletRequest &&
                         res instanceof HttpServletResponse)) {
                     throw new ServletException("non-HTTP request or response");
                 }
         
                 request = (HttpServletRequest) req;
                 response = (HttpServletResponse) res;
         
                 service(request, response);
             }
             
          protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
                 throws ServletException, IOException
             {
                 String method = req.getMethod();
         
                 if (method.equals(METHOD_GET)) {
                     long lastModified = getLastModified(req);
                     if (lastModified == -1) {
                         // servlet doesn't support if-modified-since, no reason
                         // to go through further expensive logic
                         doGet(req, resp);
                     } else {
                         long ifModifiedSince = req.getDateHeader(HEADER_IFMODSINCE);
                         if (ifModifiedSince < lastModified) {
                             // If the servlet mod time is later, call doGet()
                             // Round down to the nearest second for a proper compare
                             // A ifModifiedSince of -1 will always be less
                             maybeSetLastModified(resp, lastModified);
                             doGet(req, resp);
                         } else {
                             resp.setStatus(HttpServletResponse.SC_NOT_MODIFIED);
                         }
                     }
         
                 } else if (method.equals(METHOD_HEAD)) {
                     long lastModified = getLastModified(req);
                     maybeSetLastModified(resp, lastModified);
                     doHead(req, resp);
         
                 } else if (method.equals(METHOD_POST)) {
                     doPost(req, resp);
                     
                 } else if (method.equals(METHOD_PUT)) {
                     doPut(req, resp);
                     
                 } else if (method.equals(METHOD_DELETE)) {
                     doDelete(req, resp);
                     
                 } else if (method.equals(METHOD_OPTIONS)) {
                     doOptions(req,resp);
                     
                 } else if (method.equals(METHOD_TRACE)) {
                     doTrace(req,resp);
                     
                 } else {
                     //
                     // Note that this means NO servlet supports whatever
                     // method was requested, anywhere on this server.
                     //
         
                     String errMsg = lStrings.getString("http.method_not_implemented");
                     Object[] errArgs = new Object[1];
                     errArgs[0] = method;
                     errMsg = MessageFormat.format(errMsg, errArgs);
                     
                     resp.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_IMPLEMENTED, errMsg);
                 }
             }
             //重载service()方法中，首先调用HttpServletRequest类型的参数的getMethod()方法，获得客户端的请求方法，然后根据该请求方式来调用匹配的服务方法；如果为GET方式，则调用doGet()方法，如果为POST方式，则调用doPost()方法。
         

       • HttpServlet类为所有的请求方式，提供了默认的实现doGet(),doPost(),doPut(),doDelete()方法；这些方法的默认实现都会向客户端返回一个错误。

         
             protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
                 String protocol = req.getProtocol();
                 String msg = lStrings.getString("http.method_post_not_supported");
                 if (protocol.endsWith("1.1")) {
                     resp.sendError(405, msg);
                 } else {
                     resp.sendError(400, msg);
                 }
         
             }
         
             protected void doPut(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
                 String protocol = req.getProtocol();
                 String msg = lStrings.getString("http.method_put_not_supported");
                 if (protocol.endsWith("1.1")) {
                     resp.sendError(405, msg);
                 } else {
                     resp.sendError(400, msg);
                 }
         
             }
         
         

       • 对于HttpServlet类的具体实现类，一般会针对客户端的特定请求方法，覆盖HttpServlet类中的相应的doXXX方法。

         	protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
         			throws ServletException, IOException {
         		doPost(request, response);
         	}
         
         	
         	
         	protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
         			throws ServletException, IOException {
                 //xxx
             }
         

     • ServletRequest接口：

       • 简述：表示来自客户端的请求，当Servlet容器接收到客户端要求访问特定Servlet的请求时，容器先解析客户端的原始请求数据，把它包装成一个ServletRequest对象

       • 方法：

         getContentLength() —— 返回请求正文的长度，如果请求正文的长度未知，则返回-1；
         getContentType() —— 获得请求正文的MIME类型，如果请求正文的类型为止，则返回null；
         getInputStream() —— 返回用于读取请求正文的输入流；
         getLocalAddr() —— 返回服务端的IP地址；
         getLocalName() —— 返回服务端的主机名；
         getLocalPort() —— 返回服务端的端口号；
         getParameters() —— 根据给定的请求参数名，返回来自客户请求中的匹配的请求参数值；
         getProtocal() —— 返回客户端与服务器端通信所用的协议名称及版本号；
         getReader() —— 返回用于读取字符串形式的请求正文的BufferReader对象；
         getRemoteAddr() —— 返回客户端的IP地址
         getRemoteHost() —— 返回客户端的主机名
         getRemotePort() —— 返回客户端的端口号
         

     • HttpServletRequest接口：

       • 简述：ServletRequest接口的子接口,用于读取HTTP请求中的相关信息。

       • 方法：

         getContextPath() —— 返回客户端请求方法的Web应用的URL入口，如客户端访问的URL为http://localhost:8080/hello/info，那么该方法返回“/hello”;
         getCookies() —— 返回HTTP请求中的所有Cookie；
         getHeader(String name) —— 返回HTTP请求头部的特定项；
         getHeaderName() —— 返回一个Enumeration对象，它包含了HTTP请求头部的所有项目名；
         getMethod() —— 返回HTTP请求方式；
         getRequestURL() —— 返回HTTP请求的头部的第一行中的URL；
         getQueryString() —— 返回HTTP请求中的查询字符串，即URL中的“？”后面的内容；
         

     • ServletResponse接口：{ServletResponse中响应正文的默认MIME类型是text/plain,即纯文本类型}

       • 简述：Servlet通过ServletResponse对象来生成响应结果.

       • 方法：

         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；
         setContentType() —— 设置响应正文的MIME类型；
         getCharacterEncoding() —— 获得响应正文的字符编码
         getContentType() —— 获得响应正文的MIME类型
         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；
         

       • 其他：为了提高数据传输速率，数据会先被写入缓冲区中，当缓冲区中数据被提交到客户端后，ServletResponse的isComitted方法返回true，以下几种情况下，缓冲区内的数据会被提交给客户，即数据被发送到客户端：

         1. 当缓冲区内的数据已满时，ServletOutPutStream或PrintWriter会自动把缓冲区内的数据发送给客户端，并且清空缓冲区；
         2. Servlet调用ServletResponse对象的flushBuffer方法；
         3. Servlet调用ServletOutputStream或PrintWriter对象的flush方法或close方法；

       • 注意：为了确保SerlvetOutputStream或PrintWriter输出的所有数据都会被提交给客户，比较安全的做法是在所有数据都输出完毕后，调用ServletOutputStream或PrintWriter的close()方法，tomcat会自动关闭

       • 调用ServletResponse对象的setContentType()和setCharacterEncoding()方法可以设置MIME类型和字符编码,之后再调用ServletResponse的getOutputStream()或getWriter()方法，提交缓冲区内的正文数据；如此才使设置生效

     • HttpServletResponse接口：{HttpServletResponse中响应正文的默认MIME类型为text/html，即HTML文档类型}

       • 简述：提供了与HTTP协议相关的一些方法，Servlet可通过这些方法来设置HTTP响应头或向客户端写Cookie,其中也定义了一些代表HTTP响应状态代码的静态常量

       • 方法：

         addHeader() —— 向HTTP响应头中加入一项内容
         sendError() —— 向客户端发送一个代表特定错误的HTTP响应状态代码
         setHeader() —— 设置HTTP响应头中的一项内容，如果在响应头中已经存在这项内容，则原来的设置被覆盖
         setStatus() —— 设置HTTP响应的状态代码
         addCookie() —— 向HTTP响应中加入一个Cookie
         

     • ServletConfig接口：

       • 简介：当Servlet容器初始化一个Servlet对象时，会为这个Servlet对象创建一个ServletConfig对象，在Servlet对象中包含了Servlet的初始化参数信息。

       • 方法：

         getInitParameter(String name) —— 返回匹配的初始化参数值
         getInitParameterNames() —— 返回一个Enumeration对象，里面包含了所有的初始化参数名
         getServletContext() —— 返回一个ServletContext对象
         getServletName() —— 返回Servlet的名字，即web.xml文件中相应<servlet>元素的<servlet-name>子元素的值；如果没有为servlet配置<servlet-name>子元素，则返回Servlet类的名字
         

     • ServletContext接口：

       • 简介：Servlet与Servlet容器之间直接通信的接口，Servlet容器在启动一个Web应用时，会为它创建一个ServletContext对象。每个Web应用都有唯一的ServletContext对象，可以把ServletContext对象形象地理解为Web应用的管理者，同一个Web应用中的所有Servlet对象都共享一个ServletContext，Servlet对象可以通过其访问容器中的各种资源，如配置信息等。

       • 方法：

         setAttribute(String name, Object object) —— 把一个Java对象与一个属性名绑定，并存入到ServletContext中；
         getAttribute() —— 返回指定数姓名的属性值
         getAttributeNames() —— 返回一个Enumeration对象，包含所有存放在ServletContext中的属性名
         removeAttributes() —— 从ServletContext中删除匹配的属性
         
         getContextPath() —— 返回当前Web应用的URL入口
         getInitParameter() —— 返回Web应用范围内的匹配的初始化参数值。在web.xml中，直接在<web-app>根元素下定义的<context-param>元素表示应用范围内的初始化参数
         getServletContextName() —— 返回Web应用的名字，即web.xml文件中<display-name>元素的值
         getRequestDispatcher() —— 返回一个用于向其他WEB组件转发请求的RequestDispatcher对象
         
         getRealPath() —— 根据参数指定的虚拟路径，返回文件系统中的一个真实的路径
         getResources() —— 返回一个映射到参数指定的路径的URL
         getResourceAsStream() —— 返回一个用于读取参数指定的文件的输入流
         getMimeType() —— 返回参数指定的文件MIME类型
         
         log(String msg) —— 向Servlet的日志文件中写日志
         log(String message, Throwable throwable) —— 向Servlet的日志文件中写入错误日志，以及异常的堆栈信息
         
         

   • Servlet类以及其相关类：

     • 体系图：
       
     • 与Servlet相关的类有三个，ServletConfig，ServletRequest和ServletResponse，它们都是通过容器传递给Servlet的；其中，ServletConfig是在Servlet初始化时传给Servlet的，后两个是在请求到达时调用Servlet传递过来的。
     • Request和Response流程：以TOMCAT为例，
       • tomcat接到请求首先将会创建org.apache.coyote.Request和org.apache.coyote.Response，这两个类是Tomcat内部使用的描述一次请求和相应的信息类，它们是一个轻量级的类。
       • 服务器接收到请求后，经过简单解析将这个请求快速分配给后续线程去处理。
       • 之后当交给一个用户线程去处理这个请求时又创建org.apache.catalina.connector.Request和org.apache.catalina.connector.Response对象。
       • 这两个对象一直贯穿整个Servlet容器直到要传给Servlet，传给Servlet的是Request和Response的Facade类。
       • 

3. Servlet的生命周期？

   1. 会经过创建 、初始化、服务可用、服务不可用、处理请求、终止服务、销毁等其中状态
   2. 按照七种状态生命周期可以分为四个阶段：
      1. 加载和实例化
         1. 在服务器运行中，客户机首次向servlet发出请求时
         2. 重新装入Servlet时(如服务器重新启动、Servlet被修改)
         3. 在为Servlet配置了load-on-startup时，服务器在启动时自动装入此Servlet
      2. 初始化
         1. Servlet实例化后，Servlet调用Servlet的init(ServletConfig config)方法对Servlet进行初始化。此过程可以读取一些固定地数据、初始化JDBC的连接以及建立与其他资源的连接等操作。init()的方法参数ServletConfig对象由Servlet的容器创建并传递给Servlet，并在初始化完成后一直在内存中存在，直到Servlet被销毁。
      3. 处理请求
         1. 服务器接收到客户端的请求后，会为该请求创建一个“请求”对象和一个“响应”对象并调用service()方法，service()方法会在调用其他方法处理请求。Servlet的生命周期中，service()方法可能被多次调用，当多个客户端同时访问某个Servlet的service()方法时，服务器会为每个请求创建一个线程，这样可以并行处理多个请求，减少处理的等待时间，提高响应速度，但是也会导致对同一对象的并发访问问题。
      4. 销毁
         1. 当Servlet容器需要终止Servlet(如web服务器即将被关掉或需要让出资源),它会调用Servlet的destroy()方法使其释放正在使用的资源

4. 实现一个简单的Servlet容器：

   • 工作原理：用户向服务器发送一个请求时，http://hostname:port/contextpath/servletpath，hostname和port用来与服务器建立TCP连接，后面的URL用来选择在服务器中哪个子容器服务用户的请求，映射工作由专门的一个类完成：org.apache.tomcat.util.http.mapper，这个类保存了tomcat的container容器中的所有子容器的信息。org.apache.catalina.connector.Request类在进入Container容器之前，Mapper将会根据这次请求的hostname和contextpath将host和context容器设置到Request的mappingData属性中，所以当Request进入container容器之前，对于它要访问哪个子容器就已经确定。

   • 采用MVC框架的实现中，其基本原理是将所有的请求都映射到一个Servlet，然后去实现servie方法，这个方法也就是MVC框架的入口。

   • 实现一个简单的Servlet容器，源码见：简易tomcat