Day670.Servlet规范&Servlet容器 -深入拆解 Tomcat & Jetty

Posted 2022-07-11 阿昌喜欢吃黄桃

Servlet规范&Servlet容器

Hi，我是阿昌，今天学习关于的内容是Servlet规范和Servlet容器的学习记录。

浏览器发给服务端的是一个 HTTP 格式的请求，HTTP 服务器收到这个请求后，需要调用服务端程序来处理，所谓的服务端程序就是你写的 Java 类，一般来说不同的请求需要由不同的 Java 类来处理。

那么问题来了，HTTP 服务器怎么知道要调用哪个 Java 类的哪个方法呢。

最直接的做法是在 HTTP 服务器代码里写一大堆 if else 逻辑判断：

如果是 A 请求就调 X 类的 M1 方法，如果是 B 请求就调 Y 类的 M2 方法。

但这样做明显有问题，因为 HTTP 服务器的代码跟业务逻辑耦合在一起了，如果新加一个业务方法还要改 HTTP 服务器的代码。那该怎么解决这个问题呢？

我们知道，面向接口编程是解决耦合问题的法宝，于是有一伙人就定义了一个接口，各种业务类都必须实现这个接口，这个接口就叫 Servlet 接口，有时我们也把实现了 Servlet 接口的业务类叫作 Servlet。

但是这里还有一个问题，对于特定的请求，HTTP 服务器如何知道由哪个 Servlet 来处理呢？Servlet 又是由谁来实例化呢？显然 HTTP 服务器不适合做这个工作，否则又和业务类耦合了。

于是，还是那伙人又发明了 Servlet 容器，Servlet 容器用来加载和管理业务类。

HTTP 服务器不直接跟业务类打交道，而是把请求交给 Servlet 容器去处理，Servlet 容器会将请求转发到具体的 Servlet，如果这个 Servlet 还没创建，就加载并实例化这个 Servlet，然后调用这个 Servlet 的接口方法。

因此 Servlet 接口其实是 Servlet 容器跟具体业务类之间的接口。

图的左边表示 HTTP 服务器直接调用具体业务类，它们是紧耦合的。

再看图的右边，HTTP 服务器不直接调用业务类，而是把请求交给容器来处理，容器通过 Servlet 接口调用业务类。

因此 Servlet 接口和 Servlet 容器的出现，达到了 HTTP 服务器与业务类解耦的目的。而 Servlet 接口和 Servlet 容器这一整套规范叫作 Servlet 规范。

Tomcat 和 Jetty 都按照 Servlet 规范的要求实现了 Servlet 容器，同时它们也具有 HTTP 服务器的功能。

如果我们要实现新的业务功能，只需要实现一个 Servlet，并把它注册到 Tomcat（Servlet 容器）中，剩下的事情就由 Tomcat 帮我们处理了。

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一、Servlet 接口

Servlet 接口定义了下面五个方法：

public interface Servlet 
    void init(ServletConfig config) throws ServletException;
    
    ServletConfig getServletConfig();
    
    void service(ServletRequest req, ServletResponse res）throws ServletException, IOException;
    
    String getServletInfo();
    
    void destroy();

其中最重要是的 service 方法，具体业务类在这个方法里实现处理逻辑。这个方法有两个参数：ServletRequest 和 ServletResponse。

• ServletRequest 用来封装请求信息
• ServletResponse 用来封装响应信息

因此本质上这两个类是对通信协议的封装。

比如 HTTP 协议中的请求和响应就是对应了 HttpServletRequest 和 HttpServletResponse 这两个类。

可以通过 HttpServletRequest 来获取所有请求相关的信息，包括请求路径、Cookie、HTTP 头、请求参数等。
还可以通过 HttpServletRequest 来创建和获取 Session。而 HttpServletResponse 是用来封装 HTTP 响应的。

你可以看到接口中还有两个跟生命周期有关的方法 init 和 destroy，这是一个比较贴心的设计，Servlet 容器在加载 Servlet 类的时候会调用 init 方法，在卸载的时候会调用 destroy 方法。

会在 init 方法里初始化一些资源，并在 destroy 方法里释放这些资源，比如 Spring MVC 中的 DispatcherServlet，就是在 init 方法里创建了自己的 Spring 容器。

你还会注意到 ServletConfig 这个类，ServletConfig 的作用就是封装 Servlet 的初始化参数。可以在web.xml给 Servlet 配置参数，并在程序里通过 getServletConfig 方法拿到这些参数。

有接口一般就有抽象类，抽象类用来实现接口和封装通用的逻辑，因此 Servlet 规范提供了 GenericServlet 抽象类，我们可以通过扩展它来实现 Servlet。

虽然 Servlet 规范并不在乎通信协议是什么，但是大多数的 Servlet 都是在 HTTP 环境中处理的，因此 Servet 规范还提供了 HttpServlet 来继承 GenericServlet，并且加入了 HTTP 特性。

这样我们通过继承 HttpServlet 类来实现自己的 Servlet，只需要重写两个方法：doGet 和 doPost。

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二、Servlet 容器

为了解耦，HTTP 服务器不直接调用 Servlet，而是把请求交给 Servlet 容器来处理，那 Servlet 容器又是怎么工作的呢？

Web 应用的目录格式是什么样的？该怎样扩展和定制化 Servlet 容器的功能？

1、工作流程

当客户请求某个资源时，HTTP 服务器会用一个 ServletRequest 对象把客户的请求信息封装起来，然后调用 Servlet 容器的 service 方法，Servlet 容器拿到请求后，根据请求的 URL 和 Servlet 的映射关系，找到相应的 Servlet，如果 Servlet 还没有被加载，就用反射机制创建这个 Servlet，并调用 Servlet 的 init 方法来完成初始化，接着调用 Servlet 的 service 方法来处理请求，把 ServletResponse 对象返回给 HTTP 服务器，HTTP 服务器会把响应发送给客户端。

2、Web 应用

Servlet 容器会实例化和调用 Servlet，那 Servlet 是怎么注册到 Servlet 容器中的呢？

一般来说，我们是以 Web 应用程序的方式来部署 Servlet 的，而根据 Servlet 规范，Web 应用程序有一定的目录结构，在这个目录下分别放置了 Servlet 的类文件、配置文件以及静态资源，Servlet 容器通过读取配置文件，就能找到并加载 Servlet。

Web 应用的目录结构大概是下面这样的：

| -  MyWebApp
      | -  WEB-INF/web.xml        -- 配置文件，用来配置Servlet等
      | -  WEB-INF/lib/           -- 存放Web应用所需各种JAR包
      | -  WEB-INF/classes/       -- 存放你的应用类，比如Servlet类
      | -  META-INF/              -- 目录存放工程的一些信息

Servlet 规范里定义了 ServletContext 这个接口来对应一个 Web 应用。

Web 应用部署好后，Servlet 容器在启动时会加载 Web 应用，并为每个 Web 应用创建唯一的 ServletContext 对象。

你可以把 ServletContext 看成是一个全局对象，一个 Web 应用可能有多个 Servlet，这些 Servlet 可以通过全局的 ServletContext 来共享数据，这些数据包括 Web 应用的初始化参数、Web 应用目录下的文件资源等。

由于 ServletContext 持有所有 Servlet 实例，你还可以通过它来实现 Servlet 请求的转发。

3、扩展机制

引入了 Servlet 规范后，你不需要关心 Socket 网络通信、不需要关心 HTTP 协议，也不需要关心你的业务类是如何被实例化和调用的，因为这些都被 Servlet 规范标准化了，你只要关心怎么实现的你的业务逻辑。

这对于程序员来说是件好事，但也有不方便的一面。所谓规范就是说大家都要遵守，就会千篇一律，但是如果这个规范不能满足你的业务的个性化需求，就有问题了，因此设计一个规范或者一个中间件，要充分考虑到可扩展性。

Servlet 规范提供了两种扩展机制：Filter 和 Listener。

• Filter 是过滤器，这个接口允许你对请求和响应做一些统一的定制化处理，比如你可以根据请求的频率来限制访问，或者根据国家地区的不同来修改响应内容。过滤器的工作原理是这样的：Web 应用部署完成后，Servlet 容器需要实例化 Filter 并把 Filter 链接成一个 FilterChain。当请求进来时，获取第一个 Filter 并调用 doFilter 方法，doFilter 方法负责调用这个 FilterChain 中的下一个 Filter。
• Listener 是监听器，当 Web 应用在 Servlet 容器中运行时，Servlet 容器内部会不断的发生各种事件，如 Web 应用的启动和停止、用户请求到达等。 Servlet 容器提供了一些默认的监听器来监听这些事件，当事件发生时，Servlet 容器会负责调用监听器的方法。当然，你可以定义自己的监听器去监听你感兴趣的事件，将监听器配置在web.xml中。比如 Spring 就实现了自己的监听器，来监听 ServletContext 的启动事件，目的是当 Servlet 容器启动时，创建并初始化全局的 Spring 容器。

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三、总结

Servlet 本质上是一个接口，实现了 Servlet 接口的业务类也叫 Servlet。

Servlet 接口其实是 Servlet 容器跟具体 Servlet 业务类之间的接口。

Servlet 接口跟 Servlet 容器这一整套规范叫作 Servlet 规范，而 Servlet 规范使得程序员可以专注业务逻辑的开发，同时 Servlet 规范也给开发者提供了扩展的机制 Filter 和 Listener。

• Filter 是干预过程的，它是过程的一部分，是基于过程行为的。
• Listener 是基于状态的，任何行为改变同一个状态，触发的事件是一致的。

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