[Java知识库] 详谈如今的Servlet

一、前言

现如今流行的web服务器如tomcat，既可以是HTTP服务器（处理静态资源，当性能比不上Nginx等专业），也可以是一个web容器，web容器就是一个servlet容器，而servlet容器就是实现了servletAPI规范的一组服务。

Servlet API规范中，定义了其生命周期的三个方法：init(),service(),destroy()，还有过滤器filter，监听器listener。这些servletAPI规范定义在javax.servlet-api包中，它是单独一个java包，需要下载才能使用。

而servlet容器实现了这些servlet API规范，负责servlet的创建、执行和销毁。

二、Servlet

上面说到servlet，那么什么是servlet呢？为什么需要servlet呢？

servlet就是一个java应用程序，实现了servletAPI规范的java应用程序就是一个servlet，主要是用来处理来自web浏览器或者其他HTTP客户端的请求，常常跟我们的业务程序或者我们的数据对接，相当于一个中间层的作用，动态地生成内容给服务器；要部署和运行servlet，需要使用web容器（servlet容器），web容器本质上就是与servlet交互的web服务器组件，web容器负责管理servlet的生命周期，将URL映射到特定的servlet（具体在web.xml中配置）并确保URL请求者具有正确的权限。如下图：

servlet应用程序主要的任务就是

读取Web服务器（如tomcat）发送过来的数据（表单数据、HTTP请求数据-cookie等）
处理接收到的数据，可能调用其他业务服务或者直接访问数据库，生成需要的响应结果
将指定格式的响应结果返回给Web服务器（文本文件、二进制文件、Excel、cookie参数等）。

如何创建这个servlet应用程序呢

首先，需要使用servletAPI提供的jar包，也就是遵循servlet规范来开发servlet应用程序，使用servletAPI包有两种方式：
- 1.使用JDK版本为SE标准版，则需要下载并依赖引入servlet-api包（具体方式可是通过maven的pom.xml依赖引入等）
- 2.使用JDK版本为EE企业版，则不需下载，直接引用rt.jar下的servlet-api包即可
然后，创建servlet应用程序，有三种方式：
- 1.创建一个servlet实现类，直接实现javax.servlet-api包下的Servlet接口，并重写实现接口的所有方法：
  - init(ServletConfigservletConfig)：servlet初始化时只执行一次。
  - service(ServletRequestservletRequest,ServletResponseservletResponse)：servlet处理请求时执行。
  - getServletConfig()：运行时，获取servlet初始化和启动的相关参数。
  - getServletInfo()：运行时，获取运行servlet应用程序的相关信息，如作者，版本等。
  - destroy()：servlet停止的时候执行。
- 2.创建一个子类，继承GenericServlet抽象类；该类也是实现类Servlet接口，只不过也实现了ServletConfig接口，并提供获取getServletName（）、getServletContext()、getInitParameterNames()等方法，必须需要自己重写实现的方法就是service()方法，简化了开发Servlet，只关注我们自己的业务服务即可。
- 3.创建一个子类，继承HttpServlet抽象类；该类继承了GenericServlet抽象类，在其基础上进一步拓展HTTP的内容，但是不需要重写任何方法，HttpServlet类已经帮我们完成重写，我们可以选择覆盖它重写的方法。该类增加了在Servlet处理HTTP请求时根据方法划分的doGet(),doHead(),doPost(),doPut(),doDelete(),doOptions(),doTrace()等主要方法，在service()方法中根据HTTP请求方法来调用，这也就是该类叫HttpServlet的原因了。
再然后（可选），可以编写一些过滤器Filter,主要用于我们可以动态拦截HTTP请求及HTTP响应，原理就是Servlet容器将这些过滤器实例一并纳入Servlet实例的生命周期中，当Servlet实例在运行时，在web.xml中配置了过滤器，会在servlet实例执行service()方法之前先调用filter实例的doFilter()方法，doFilter()方法中的FilterChain对象确定是否继续执行servlet实例的service()方法，FilterChain对象是一个filter链，也有一个doFilter()方法，在上一个filter实例中调用了FilterChain.doFilter方法，下一个Filter实例的doFilter()方法才会执行，到了最后一个 Filter.doFilter 方法中调用的 FilterChain.doFilter 方法就会激活 Servlet实例的service 方法，如果在任何一个Filter.doFilter 方法中没有调用FilterChain.doFilter方法，则不会调用servlet的service()方法，这就起到了过滤的作用；总的来说就是Servlet容器将多个Filter实例组合成一个Filter链，来控制对servlet实例的过滤作用。具体使用：
- 1.创建一个子类，实现servlet-api下的Filter接口，并重写其中的三个方法:过滤器实例化时只执行一次的初始方法init()，过滤器实例运行时每次请求都会执行的过滤方法doFilter()，过滤器实例从Servlet容器移除之前执行的销毁方法destroy()。或者继承GenericFilter，HttpFilter抽象类，与编写servlet实例一样。
- 2.在Servlet容器的web.xml中配置该过滤器映射，使用<filter>标签指定过滤器，使用<filter-mapping>拦截请求强行执行指定的过滤器doFilter()方法。
- 3.若使用多个过滤器，则实现多个Filter子类，在web.xml中配置多个过滤器实例，若存在过滤条件相同的多个过滤器，其执行顺序就按在web.xml配置<filter-mapping>的顺序先后执行。
最后，就是处理这些HTTP请求了，我们处理的业务逻辑都是分布在service方法里面，HTTP服务器发送的请求会帮我们创建两个重要的实例：ServletRequest(经常使用其子类HttpServletRequest)和ServletResponse（经常使用其子类HttpServletResponse）
- 1.先利用HttpServletRequest实例调用其方法（具体方法参考该接口的方法），获取HTTP请求头信息及body内容
- 2.进一步调用自己的业务逻辑去处理这些请求
- 3.最后将处理的结果数据，封装到HttpServletResponse实例中（具体方法参考该接口的方法）并想用返回。
最最后（可选），Servlet的异常处理，当抛出异常的时候，我们可以自定义一个Servlet程序去单独处理这些异常并在web.xml中配置使用即可。

注意：上面中需要在web.xml中配置的Servlet,Filter,initParam等，都可以在servlet-api下annotation包中找到相应的注解，可以直接使用之间完成在web.xml的配置，省去很多麻烦。

如何运行Servlet应用程序（生命周期）

上面已经创建好servlet应用程序了，根据上面应用图，我们需要一个HTTP服务器，例如tomcat服务器，这个tomcat的使用后面再讲，这里只需要注意一点就是，如何你的运行环境使用的JDK版本是SE标准版本，需要将javax.servlet-api包配置到系统的CLASSPATH环境变量中，不然你的servlet应用程序将无法编译，如果使用的是JDK版本是EE企业版本则不需要，该版本包含了servlet的包。运行时的示例图（生命周期）：

注意：servlet实例的生命周期是由Servlet容器控制，并不是完成一次请求处理的线程来控制的；init()方法在servlet实例创建的时候只完成一次，当处理HTTP请求的线程完成任务时，只是service()方法执行完了，destroy()方法并不会执行，由Servlet容器控制。

生命周期具体流程：

1.用户请求访问指定URL
- 浏览器为此URL生成HTTP请求
- 浏览器将该HTTP请求发送到相应的web服务器
2.HTTP请求由web服务器接收并转发到servlet容器
- Servlet容器创建一个线程处理该HTTP请求
- servlet容器将此HTTP请求解析并映射到特定的servlet
- servlet被动态检索并加载到容器的地址空间中，开始创建servlet实例
3.容器调用servlet的init()方法
- 仅当servlet实例首次被创建并加载到内存时，才会调用此方法
- 可以将自定义的初始化参数传递给该方法，以便可以自定义servlet配置
4.容器调用Servlet的service()方法
- 调用此方法处理HTTP请求
- servlet可以读取HTTP请求中提供的数据
- servlet还可以为客户端指定HTTP响应
5.生成的servlet实例会继续保留在容器的地址空间中，并用于处理从客户端收到的任何其他HTTP请求
- 后面的每次处理HTTP请求都是直接调用service()方法
6.容器可以基于算法，如servlet实例空闲过多，会将一些servlet实例从内存中卸载
7.容器会调用servlet实例的destroy()方法，servlet实例被清理前的方法处理。
8.最后该servlet实例会被GC清理。

Servlet的应用发展历史

浏览器的B/S模式飞速发展，出现了名为applet的浏览器java插件
由于浏览器的限制，applet放在浏览器上的java插件也收到诸多限制于不便
于是servlet出现了，被称为service端的applet,因此称之为servlet
后来SUN公司发现Servlet编程非常繁琐，存在大量冗余代码，且在Servlet中嵌入前端代码，导致前端页面风格实现非常苦难
之后，SUN借鉴了微软的ASP，引入JSP，前端jsp页面中嵌入后端代码，后端开发人员需要在前端页面中写servlet代码，出现了JSP时代
后来Servlet引入了MVC思想，诞生了JSP+servlet+javaBean的模式
- JSP（V）:将后端代码封装在标签中，使用大量的标签，JSP只用来写前端代码而不要有后端代码
- Servlet（C）：Servlet完成Controller的功能再加上部分代码逻辑
- JavaBean（M）：Servlet将数据发送给Model，对model进行封装逻辑处理，最后将Model数据加载渲染到JSP上。
之后，出现了一些MVC框架：Struts2,SpringMVC等
最后基本就只剩下Spring MVC框架稳定下来,还有继续使用。
最最后Springboot等框架直接将servlet给雪藏了，直接内嵌Servlet容器（如Tomcat,jetty,undertow），只需开发SpringBoot应用即可，就是今天所说的微服务。
因此，总的来说，Servlet虽然现在都“看不到”其曾经的身影了，但是还是一直被使用着，servlet是web开发基础的基础，只是被各大框架给封装“雪藏”了。