什么是Servlet
Servlet的作用是為Java程序提供一個(gè)統(tǒng)一的web應(yīng)用的規(guī)范，方便程序員統(tǒng)一的使用這種規(guī)范來編寫程序，應(yīng)用容器可以使用提供的規(guī)范來實(shí)現(xiàn)自己的特性。比如tomcat的代碼和jetty的代碼就不一樣，但作為程序員你只需要了解servlet規(guī)范就可以從request中取值，你可以操作session等等。不用在意應(yīng)用服務(wù)器底層的實(shí)現(xiàn)的差別而影響你的開發(fā)。
HTTP 協(xié)議只是一個(gè)規(guī)范，定義服務(wù)請(qǐng)求和響應(yīng)的大致式樣。Java servlet 類將HTTP中那些低層的結(jié)構(gòu)包裝在 Java 類中，這些類所包含的便利方法使其在 Java 語言環(huán)境中更易于處理。
正如您正使用的特定 servlet 容器的配置文件中所定義的，當(dāng)用戶通過 URL 發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求時(shí)，這些 Java servlet 類就將之轉(zhuǎn)換成一個(gè) HttpServletRequest，并發(fā)送給 URL 所指向的目標(biāo)。當(dāng)服務(wù)器端完成其工作時(shí)，Java 運(yùn)行時(shí)環(huán)境（Java Runtime Environment）就將結(jié)果包裝在一個(gè) HttpServletResponse 中，然后將原 HTTP 響應(yīng)送回給發(fā)出該請(qǐng)求的客戶機(jī)。在與 Web 應(yīng)用程序進(jìn)行交互時(shí)，通常會(huì)發(fā)出多個(gè)請(qǐng)求并獲得多個(gè)響應(yīng)。所有這些都是在一個(gè)會(huì)話語境中，Java 語言將之包裝在一個(gè) HttpSession 對(duì)象中。在處理響應(yīng)時(shí)，您可以訪問該對(duì)象，并在創(chuàng)建響應(yīng)時(shí)向其添加事件。它提供了一些跨請(qǐng)求的語境。
容器（如 Tomcat）將為 servlet 管理運(yùn)行時(shí)環(huán)境。您可以配置該容器，定制 J2EE 服務(wù)器的工作方式，以便將 servlet 暴露給外部世界。正如我們將看到的，通過該容器中的各種配置文件，您在 URL（由用戶在瀏覽器中輸入）與服務(wù)器端組件之間搭建了一座橋梁，這些組件將處理您需要該 URL 轉(zhuǎn)換的請(qǐng)求。在運(yùn)行應(yīng)用程序時(shí)，該容器將加載并初始化 servlet，管理其生命周期。
Servlet體系結(jié)構(gòu)
Servlet
Servlet的框架是由兩個(gè)Java包組成的：javax.servlet與javax.servlet.http。在javax.servlet包中定義了所有的Servlet類都必須實(shí)現(xiàn)或者擴(kuò)展的通用接口和類。在javax.servlet.http包中定義了采用Http協(xié)議通信的HttpServlet類。Servlet的框架的核心是javax.servlet.Servlet接口，所有的Servlet都必須實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口。
在Servlet接口中定義了5個(gè)方法：
1. init(ServletConfig)方法：負(fù)責(zé)初始化Servlet對(duì)象，在Servlet的生命周期中，該方法執(zhí)行一次；該方法執(zhí)行在單線程的環(huán)境下，因此開發(fā)者不用考慮線程安全的問題；
2. service(ServletRequest req,ServletResponse res)方法：負(fù)責(zé)響應(yīng)客戶的請(qǐng)求；為了提高效率，Servlet規(guī)范要求一個(gè)Servlet實(shí)例必須能夠同時(shí)服務(wù)于多個(gè)客戶端請(qǐng)求，即service()方法運(yùn)行在多線程的環(huán)境下，Servlet開發(fā)者必須保證該方法的線程安全性；
3. destroy()方法：當(dāng)Servlet對(duì)象退出生命周期時(shí)，負(fù)責(zé)釋放占用的資源；
4. getServletInfo：就是字面意思，返回Servlet的描述；
5. getServletConfig：這個(gè)方法返回由Servlet容器傳給init方法的ServletConfig。
ServletRequest & ServletResponse
對(duì)于每一個(gè)HTTP請(qǐng)求，servlet容器會(huì)創(chuàng)建一個(gè)封裝了HTTP請(qǐng)求的ServletRequest實(shí)例傳遞給servlet的service方法，ServletResponse則表示一個(gè)Servlet響應(yīng)，其隱藏了將響應(yīng)發(fā)給瀏覽器的復(fù)雜性。通過ServletRequest的方法你可以獲取一些請(qǐng)求相關(guān)的參數(shù)，而ServletResponse則可以將設(shè)置一些返回參數(shù)信息，并且設(shè)置返回內(nèi)容。
ServletConfig
ServletConfig封裝可以通過@WebServlet或者web.xml傳給一個(gè)Servlet的配置信息，以這種方式傳遞的每一條信息都稱做初始化信息，初始化信息就是一個(gè)個(gè)K-V鍵值對(duì)。為了從一個(gè)Servlet內(nèi)部獲取某個(gè)初始參數(shù)的值，init方法中調(diào)用ServletConfig的getinitParameter方法或getinitParameterNames方法獲取，除此之外，還可以通過getServletContext獲取ServletContext對(duì)象。
ServletContext
ServletContext是代表了Servlet應(yīng)用程序。每個(gè)Web應(yīng)用程序只有一個(gè)context。在分布式環(huán)境中，一個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)部署到多個(gè)容器中，并且每臺(tái)Java虛擬機(jī)都有一個(gè)ServletContext對(duì)象。有了ServletContext對(duì)象后，就可以共享能通過應(yīng)用程序的所有資源訪問的信息，促進(jìn)Web對(duì)象的動(dòng)態(tài)注冊(cè)，共享的信息通過一個(gè)內(nèi)部Map中的對(duì)象保存在ServiceContext中來實(shí)現(xiàn)。保存在ServletContext中的對(duì)象稱作屬性。操作屬性的方法：
GenericServlet
前面編寫的Servlet應(yīng)用中通過實(shí)現(xiàn)Servlet接口來編寫Servlet，但是我們每次都必須為Servlet中的所有方法都提供實(shí)現(xiàn)，還需要將ServletConfig對(duì)象保存到一個(gè)類級(jí)別的變量中，GenericServlet抽象類就是為了為我們省略一些模板代碼，實(shí)現(xiàn)了Servlet和ServletConfig，完成了一下幾個(gè)工作：
將init方法中的ServletConfig賦給一個(gè)類級(jí)變量，使的可以通過getServletConfig來獲取。
public void init(ServletConfig config) throws ServletException {
this.config = config;
this.init();
}
同時(shí)為避免覆蓋init方法后在子類中必須調(diào)用super.init(servletConfig)，GenericServlet還提供了一個(gè)不帶參數(shù)的init方法，當(dāng)ServletConfig賦值完成就會(huì)被第帶參數(shù)的init方法調(diào)用。這樣就可以通過覆蓋不帶參數(shù)的init方法編寫初始化代碼，而ServletConfig實(shí)例依然得以保存
為Servlet接口中的所有方法提供默認(rèn)實(shí)現(xiàn)。
提供方法來包裝ServletConfig中的方法。
HTTPServlet
在編寫Servlet應(yīng)用程序時(shí)，大多數(shù)都要用到HTTP，也就是說可以利用HTTP提供的特性，javax.servlet.http包含了編寫Servlet應(yīng)用程序的類和接口，其中很多覆蓋了javax.servlet中的類型，我們自己在編寫應(yīng)用時(shí)大多時(shí)候也是繼承的HttpServlet。
Servlet工作原理
當(dāng)Web服務(wù)器接收到一個(gè)HTTP請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)先判斷請(qǐng)求內(nèi)容——如果是靜態(tài)網(wǎng)頁數(shù)據(jù)，Web服務(wù)器將會(huì)自行處理，然后產(chǎn)生響應(yīng)信息；如果牽涉到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，Web服務(wù)器會(huì)將請(qǐng)求轉(zhuǎn)交給Servlet容器。此時(shí)Servlet容器會(huì)找到對(duì)應(yīng)的處理該請(qǐng)求的Servlet實(shí)例來處理，結(jié)果會(huì)送回Web服務(wù)器，再由Web服務(wù)器傳回用戶端。
針對(duì)同一個(gè)Servlet，Servlet容器會(huì)在第一次收到http請(qǐng)求時(shí)建立一個(gè)Servlet實(shí)例，然后啟動(dòng)一個(gè)線程。第二次收到http請(qǐng)求時(shí)，Servlet容器無須建立相同的Servlet實(shí)例，而是啟動(dòng)第二個(gè)線程來服務(wù)客戶端請(qǐng)求。所以多線程方式不但可以提高Web應(yīng)用程序的執(zhí)行效率，也可以降低Web服務(wù)器的系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。
接著我們描述一下Tomcat與Servlet是如何工作的，首先看下面的時(shí)序圖：
Web Client 向Servlet容器（Tomcat）發(fā)出Http請(qǐng)求；
Servlet容器接收Web Client的請(qǐng)求；
Servlet容器創(chuàng)建一個(gè)HttpRequest對(duì)象，將Web Client請(qǐng)求的信息封裝到這個(gè)對(duì)象中；
Servlet容器創(chuàng)建一個(gè)HttpResponse對(duì)象；
Servlet容器調(diào)用HttpServlet對(duì)象的service方法，把HttpRequest對(duì)象與HttpResponse對(duì)象作為參數(shù)傳給 HttpServlet對(duì)象；
HttpServlet調(diào)用HttpRequest對(duì)象的有關(guān)方法，獲取Http請(qǐng)求信息；
HttpServlet調(diào)用HttpResponse對(duì)象的有關(guān)方法，生成響應(yīng)數(shù)據(jù)；
Servlet容器把HttpServlet的響應(yīng)結(jié)果傳給Web Client；
Servlet生命周期
在Servlet接口中定義了5個(gè)方法，其中3個(gè)方法代表了Servlet的生命周期：
1. init(ServletConfig)方法：負(fù)責(zé)初始化Servlet對(duì)象，在Servlet的生命周期中，該方法執(zhí)行一次；該方法執(zhí)行在單線程的環(huán)境下，因此開發(fā)者不用考慮線程安全的問題；
2. service(ServletRequest req,ServletResponse res)方法：負(fù)責(zé)響應(yīng)客戶的請(qǐng)求；為了提高效率，Servlet規(guī)范要求一個(gè)Servlet實(shí)例必須能夠同時(shí)服務(wù)于多個(gè)客戶端請(qǐng)求，即service()方法運(yùn)行在多線程的環(huán)境下，Servlet開發(fā)者必須保證該方法的線程安全性；
3. destroy()方法：當(dāng)Servlet對(duì)象退出生命周期時(shí)，負(fù)責(zé)釋放占用的資源；
編程注意事項(xiàng)說明：
- 當(dāng)Server Thread線程執(zhí)行Servlet實(shí)例的init()方法時(shí)，所有的Client Service Thread線程都不能執(zhí)行該實(shí)例的service()方法，更沒有線程能夠執(zhí)行該實(shí)例的destroy()方法，因此Servlet的init()方法是工作在單線程的環(huán)境下，開發(fā)者不必考慮任何線程安全的問題。
- 當(dāng)服務(wù)器接收到來自客戶端的多個(gè)請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器會(huì)在單獨(dú)的Client Service Thread線程中執(zhí)行Servlet實(shí)例的service()方法服務(wù)于每個(gè)客戶端。此時(shí)會(huì)有多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行同一個(gè)Servlet實(shí)例的service()方法，因此必須考慮線程安全的問題。
- 雖然service()方法運(yùn)行在多線程的環(huán)境下，并不一定要同步該方法。而是要看這個(gè)方法在執(zhí)行過程中訪問的資源類型及對(duì)資源的訪問方式。分析如下：
1. 如果service()方法沒有訪問Servlet的成員變量也沒有訪問全局的資源比如靜態(tài)變量、文件、數(shù)據(jù)庫連接等，而是只使用了當(dāng)前線程自己的資源，比如非指向全局資源的臨時(shí)變量、request和response對(duì)象等。該方法本身就是線程安全的，不必進(jìn)行任何的同步控制。
2. 如果service()方法訪問了Servlet的成員變量，但是對(duì)該變量的操作是只讀操作，該方法本身就是線程安全的，不必進(jìn)行任何的同步控制。
3. 如果service()方法訪問了Servlet的成員變量，并且對(duì)該變量的操作既有讀又有寫，通常需要加上同步控制語句。
4. 如果service()方法訪問了全局的靜態(tài)變量，如果同一時(shí)刻系統(tǒng)中也可能有其它線程訪問該靜態(tài)變量，如果既有讀也有寫的操作，通常需要加上同步控制語句。
5. 如果service()方法訪問了全局的資源，比如文件、數(shù)據(jù)庫連接等，通常需要加上同步控制語句。
在創(chuàng)建一個(gè) Java servlet 時(shí)，一般需要子類 HttpServlet。該類中的方法允許您訪問請(qǐng)求和響應(yīng)包裝器（wrapper），您可以用這個(gè)包裝器來處理請(qǐng)求和創(chuàng)建響應(yīng)。Servlet的生命周期，簡(jiǎn)單的概括這就分為四步：
Servlet類加載--->實(shí)例化--->服務(wù)--->銷毀；
創(chuàng)建Servlet對(duì)象的時(shí)機(jī)：
- 默認(rèn)情況下，在Servlet容器啟動(dòng)后：客戶首次向Servlet發(fā)出請(qǐng)求，Servlet容器會(huì)判斷內(nèi)存中是否存在指定的Servlet對(duì)象，如果沒有則創(chuàng)建它，然后根據(jù)客戶的請(qǐng)求創(chuàng)建HttpRequest、HttpResponse對(duì)象，從而調(diào)用Servlet對(duì)象的service方法；
- Servlet容器啟動(dòng)時(shí)：當(dāng)web.xml文件中如果<servlet>元素中指定了<load-on-startup>子元素時(shí)，Servlet容器在啟動(dòng)web服務(wù)器時(shí)，將按照順序創(chuàng)建并初始化Servlet對(duì)象；
- Servlet的類文件被更新后，重新創(chuàng)建Servlet。Servlet容器在啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建Servlet，這是由在web.xml文件中為Servlet設(shè)置的<load-on-startup>屬性決定的。從中我們也能看到同一個(gè)類型的Servlet對(duì)象在Servlet容器中以單例的形式存在；
注意：在web.xml文件中，某些Servlet只有<serlvet>元素，沒有<servlet-mapping>元素，這樣我們無法通過url的方式訪問這些Servlet，這種Servlet通常會(huì)在<servlet>元素中配置一個(gè)<load-on-startup>子元素，讓容器在啟動(dòng)的時(shí)候自動(dòng)加載這些Servlet并調(diào)用init(ServletConfig config)方法來初始化該Servlet。其中方法參數(shù)config中包含了Servlet的配置信息，比如初始化參數(shù)，該對(duì)象由服務(wù)器創(chuàng)建。
銷毀Servlet對(duì)象的時(shí)機(jī)：
Servlet容器停止或者重新啟動(dòng)：Servlet容器調(diào)用Servlet對(duì)象的destroy方法來釋放資源。以上所講的就是Servlet對(duì)象的生命周期。那么Servlet容器如何知道創(chuàng)建哪一個(gè)Servlet對(duì)象？Servlet對(duì)象如何配置？實(shí)際上這些信息是通過讀取web.xml配置文件來實(shí)現(xiàn)的。
<servlet>
<!-- Servlet對(duì)象的名稱 -->
<servlet-name>action<servlet-name>
<!-- 創(chuàng)建Servlet對(duì)象所要調(diào)用的類 -->
<servlet-class>org.apache.struts.action.ActionServlet</servlet-class>
<init-param>
<!-- 參數(shù)名稱 -->
<param-name>config</param-name>
<!-- 參數(shù)值 -->
<param-value>/WEB-INF/struts-config.xml</param-value>
</init-param>
<init-param>
<param-name>detail</param-name>
<param-value>2</param-value>
</init-param>
<init-param>
<param-name>debug</param-name>
<param-value>2</param-value>
</init-param>
<!-- Servlet容器啟動(dòng)時(shí)加載Servlet對(duì)象的順序 -->
<load-on-startup>2</load-on-startup>
</servlet>
<!-- 要與servlet中的servlet-name配置節(jié)內(nèi)容對(duì)應(yīng) -->
<servlet-mapping>
<servlet-name>action</servlet-name>
<!-- 客戶訪問的Servlet的相對(duì)URL路徑 -->
<url-pattern>*.do</url-pattern>
</servlet-mapping>
當(dāng)Servlet容器啟動(dòng)的時(shí)候讀取<servlet>配置節(jié)信息，根據(jù)<servlet-class>配置節(jié)信息創(chuàng)建Servlet對(duì)象，同時(shí)根據(jù)<init-param>配置節(jié)信息創(chuàng)建HttpServletConfig對(duì)象，然后執(zhí)行Servlet對(duì)象的init方法，并且根據(jù)<load-on-startup>配置節(jié)信息來決定創(chuàng)建Servlet對(duì)象的順序，如果此配置節(jié)信息為負(fù)數(shù)或者沒有配置，那么在Servlet容器啟動(dòng)時(shí)，將不加載此Servlet對(duì)象。當(dāng)客戶訪問Servlet容器時(shí)，Servlet容器根據(jù)客戶訪問的URL地址，通過<servlet-mapping>配置節(jié)中的<url-pattern>配置節(jié)信息找到指定的Servlet對(duì)象，并調(diào)用此Servlet對(duì)象的service方法。
在整個(gè)Servlet的生命周期過程中，創(chuàng)建Servlet實(shí)例、調(diào)用實(shí)例的init()和destroy()方法都只進(jìn)行一次，當(dāng)初始化完成后，Servlet容器會(huì)將該實(shí)例保存在內(nèi)存中，通過調(diào)用它的service()方法，為接收到的請(qǐng)求服務(wù)。下面給出Servlet整個(gè)生命周期過程的UML序列圖，如圖所示：
如果需要讓Servlet容器在啟動(dòng)時(shí)即加載Servlet，可以在web.xml文件中配置<load-on-startup>元素。
Servlet中的Listener
Listener 使用的非常廣泛，它是基于觀察者模式設(shè)計(jì)的，Listener 的設(shè)計(jì)對(duì)開發(fā) Servlet 應(yīng)用程序提供了一種快捷的手段，能夠方便的從另一個(gè)縱向維度控制程序和數(shù)據(jù)。目前 Servlet 中提供了 5 種兩類事件的觀察者接口，它們分別是：4 個(gè) EventListeners 類型的，ServletContextAttributeListener、ServletRequestAttributeListener、ServletRequestListener、HttpSessionAttributeListener 和 2 個(gè) LifecycleListeners 類型的，ServletContextListener、HttpSessionListener。如下圖所示：
它們基本上涵蓋了整個(gè) Servlet 生命周期中，你感興趣的每種事件。這些 Listener 的實(shí)現(xiàn)類可以配置在 web.xml 中的 <listener> 標(biāo)簽中。當(dāng)然也可以在應(yīng)用程序中動(dòng)態(tài)添加 Listener，需要注意的是 ServletContextListener 在容器啟動(dòng)之后就不能再添加新的，因?yàn)樗O(jiān)聽的事件已經(jīng)不會(huì)再出現(xiàn)。掌握這些 Listener 的使用，能夠讓我們的程序設(shè)計(jì)的更加靈活。
Cookie與Session
Servlet 能夠給我們提供兩部分?jǐn)?shù)據(jù)，一個(gè)是在 Servlet 初始化時(shí)調(diào)用 init 方法時(shí)設(shè)置的 ServletConfig，這個(gè)類基本上含有了 Servlet 本身和 Servlet 所運(yùn)行的 Servlet 容器中的基本信息。還有一部分?jǐn)?shù)據(jù)是由 ServletRequest 類提供，從提供的方法中發(fā)現(xiàn)主要是描述這次請(qǐng)求的 HTTP 協(xié)議的信息。關(guān)于這一塊還有一個(gè)讓很多人迷惑的 Session 與 Cookie。
Session 與 Cookie 的作用都是為了保持訪問用戶與后端服務(wù)器的交互狀態(tài)。它們有各自的優(yōu)點(diǎn)也有各自的缺陷。然而具有諷刺意味的是它們優(yōu)點(diǎn)和它們的使用場(chǎng)景又是矛盾的，例如使用 Cookie 來傳遞信息時(shí)，隨著 Cookie 個(gè)數(shù)的增多和訪問量的增加，它占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬也也會(huì)越來越大。所以大訪問量的時(shí)候希望用 Session，但是 Session 的致命弱點(diǎn)是不容易在多臺(tái)服務(wù)器之間共享，所以這也限制了 Session 的使用。
不管 Session 和 Cookie 有什么不足，我們還是要用它們。下面詳細(xì)講一下，Session 如何基于 Cookie 來工作。實(shí)際上有三種方式能可以讓 Session 正常工作：
- 基于 URL Path Parameter，默認(rèn)就支持
- 基于 Cookie，如果你沒有修改 Context 容器個(gè) cookies 標(biāo)識(shí)的話，默認(rèn)也是支持的
- 基于 SSL，默認(rèn)不支持，只有 connector.getAttribute("SSLEnabled") 為 TRUE 時(shí)才支持
第一種情況下，當(dāng)瀏覽器不支持 Cookie 功能時(shí)，瀏覽器會(huì)將用戶的 SessionCookieName 重寫到用戶請(qǐng)求的 URL 參數(shù)中，它的傳遞格式如：
/path/Servlet?name=value&name2=value2&JSESSIONID=value3
接著 Request 根據(jù)這個(gè) JSESSIONID 參數(shù)拿到 Session ID 并設(shè)置到 request.setRequestedSessionId 中。
請(qǐng)注意如果客戶端也支持 Cookie 的話，Tomcat 仍然會(huì)解析 Cookie 中的 Session ID，并會(huì)覆蓋 URL 中的 Session ID。
如果是第三種情況的話將會(huì)根據(jù) javax.servlet.request.ssl_session 屬性值設(shè)置 Session ID。
有了 Session ID 服務(wù)器端就可以創(chuàng)建 HttpSession 對(duì)象了，第一次觸發(fā)是通過 request. getSession() 方法，如果當(dāng)前的 Session ID 還沒有對(duì)應(yīng)的 HttpSession 對(duì)象那么就創(chuàng)建一個(gè)新的，并將這個(gè)對(duì)象加到 org.apache.catalina. Manager 的 sessions 容器中保存，Manager 類將管理所有 Session 的生命周期，Session 過期將被回收，服務(wù)器關(guān)閉，Session 將被序列化到磁盤等。只要這個(gè) HttpSession 對(duì)象存在，用戶就可以根據(jù) Session ID 來獲取到這個(gè)對(duì)象，也就達(dá)到了狀態(tài)的保持。
上從圖中可以看出從 request.getSession 中獲取的 HttpSession 對(duì)象實(shí)際上是 StandardSession 對(duì)象的門面對(duì)象，這與前面的 Request 和 Servlet 是一樣的原理。下圖是 Session 工作的時(shí)序圖：
還有一點(diǎn)與 Session 關(guān)聯(lián)的 Cookie 與其它 Cookie 沒有什么不同，這個(gè)配置的配置可以通過 web.xml 中的 session-config 配置項(xiàng)來指定。
參考
