Java Servlet 工作原理問答

導讀

本文來自stackoverflow的問答，討論了Java Servlet的工作機制，如何進行例項化、共享變數和多執行緒處理。

問題：Servlet是如何工作的？Servlet 如何例項化、共享變數、並進行多執行緒處理？

假設我有一個執行了大量 Servlet 的 web 伺服器。通過 Servlet 之間傳輸資訊得到 Servlet 上下文，並設定 session 變數。

現在，如果有兩名或更多使用者向這個服務傳送請求，接下來 session 變數會發生什麼變化？究竟是所有使用者都是用共同的變數？還是不同的使用者使用的變數都不一樣？如果是後者，伺服器如何區分不同使用者？

另一個相似的問題，如果有 *n* 名使用者訪問一個特定的 Servlet，那麼該 Servlet 是僅在第一個使用者首次訪問的時候例項化，還是分別為每個使用者例項化？

回答（BalusC）：

ServletContext

當 Servlet 容器（比如 Apache Tomcat）啟動後，會部署和載入所有 web 應用。當web 應用被載入，Servlet 容器會建立一次 ServletContext，然後將其儲存在伺服器的記憶體中。web 應用的 web.xml 被解析，找到其中所有 servlet、filter 和 Listener 或 @WebServlet、@WebFilter 和 @WebListener 註解的內容，建立一次並儲存到伺服器的記憶體中。對於所有過濾器會立即呼叫 init()。當 Servlet 容器停止，將解除安裝所有 web 應用，呼叫所有初始化的 Servlet 和過濾器的 destroy() 方法，最後回收 ServletContext 和所有 Servlet、Filter 與 Listener 例項。

當問題中的 Servlet 配置的 load-on-startup 或者 @WebServlet(loadOnStartup) 設定了一個大於 0 的值，則同樣會在啟動的時候立即呼叫 init() 方法。“load-on-startup”中的值表示那些 Servlet 會以相同順序初始化。如果配置的值相同，會遵循 web.xml 中指定的順序或 @WebServlet 類載入的順序。另外，如果不設定 “load-on-startup” 值，init() 方法只在第一次 HTTP 請求命中問題中的 Servlet 時才被呼叫。

HttpServletRequest 與 HttpServletResponse

Servlet 容器附加在一個 web 服務上，這個 web 服務會在某個埠號上監聽 HTTP 請求，在開發環境中這個埠通常為 8080，生產環境中通常為 80。當客戶端（web 瀏覽器）傳送了一個 HTTP 請求，Servlet 容器會建立新的 HttpServletRequest 和 HttpServletResponse 物件，傳遞給已建立好並且請求的 URL 匹配 url-pattern 的 Filter 和 Servlet 例項中的方法，所有工作都在同一個執行緒中處理。

request 物件可以訪問所有該 HTTP 請求中的資訊，例如 request header 和 request body。response 物件為你提供需要的控制和傳送 HTTP 響應方法，例如設定 header 和 body（通常會帶有 JSP 檔案中的 HTML 內容）。提交併完成HTTP 響應後，將回收 request 和 response 物件。

HttpSession

當使用者第一次訪問該 web 應用時，會通過 request.getSession() 第一次獲得 HttpSession。之後 Servlet 容器將會建立 HttpSession，生成一個唯一的 ID（可以通過 session.getId() 獲取）並儲存在伺服器記憶體中。然後 Servlet 容器在該次 HTTP 響應的 Set-Cookie 頭部設定一個 Cookie，以 JSESSIONID 作為 Cookie 名字，那個唯一的 session ID 作為 Cookie 的值。

按照 HTTP cookie 規則（正常 web 瀏覽器和 web 服務端必須遵循的標準），當 cookie 有效時，要求客戶端（瀏覽器）在後續請求的 Cookie 頭中返回這個 cookie。使用瀏覽器內建的 HTTP 流量監控器，你可以檢視它們（在 Chrome、Firefox23+、IE9+ 中按 F12，然後檢視 Net/Network 標籤）。Servlet 容器將會確定每個進入的 HTTP 請求的 Cookie 頭中是否存在名為JSESSIONID 的 cookie，然後用它的值（session ID）從服務端記憶體中找到關聯的 HttpSession。

你可以在 web.xml 中設定 session-timeout ，預設值為 30 分鐘。超時到達之前 HttpSession 會一直存活。所以當客戶端不再訪問該 web 應用超過 30 分鐘後，Servlet 容器就會回收這個 session。後續每個請求，即使指定 cookie 名稱也不能再訪問到相同的 session。Servlet 容器會建立一個新的 Cookie。

另一方面，客戶端上的 session cookie 有一個預設存活時間，該事件和該瀏覽器例項執行時間一樣長。所以，當客戶端關閉該瀏覽器例項（所有標籤和視窗）後，這個 session 就會被客戶端回收。新瀏覽器例項不再傳送與該 session 關聯的 cookie。一個新的 request.getSession() 將會返回新的 HttpSession 並設定一個擁有新 session ID 的 cookie。

概述

• ServletContext 與 web 應用存活時間一樣長。它被所有 session 中的所有請求共享。
• 只要客戶端一直與相同瀏覽器例項的web應用互動並且沒有超時，HttpSession就會存在。
• HttpServletRequest 和 HttpServletResponse 的存活時間為客戶端傳送完成到完整的響應（web 頁面）到達的這段時間。不會被其他地方共享。
• 所有 Servlet、Filter 和 Listener 物件在 web 應用執行時都是活躍的。它們被所有 session 中的請求共享。
• 你設定在 HttpServletRequest、HttpServletResponse 和 HttpSession 中的所有屬性在問題中的物件存活時都會一直保持存活。

執行緒安全

即便如此，你最關心的可能是執行緒安全。你現在應該學習到 Servlet 和 filter 被所有請求共享。那是 Java 的一個優點，使得多個不同執行緒（讀取 HTTP 請求）可以使用同一個例項。否則為每個請求重新建立執行緒的開銷實在過於昂貴。

但你應該也意識到永遠不要將任何 request 或 session 域中的資料賦值給 servlet 或 filter 的例項變數。它將會被所有其他 session 中的所有請求共享。那是非執行緒安全的！下面的示例對這種情況進行了展示：

public class ExampleServlet extends HttpServlet {

    private Object thisIsNOTThreadSafe;

    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        Object thisIsThreadSafe;

        thisIsNOTThreadSafe = request.getParameter("foo"); // BAD!! Shared among all requests!
        thisIsThreadSafe = request.getParameter("foo"); // OK, this is thread safe.
    } 
}

請參考：

• JSF、Servlet 和 JSP 之間有什麼不同？
• Java 中管理 Session 的最佳選擇
• Servlet 中的 doGet 與 doPost
• Servlet 似乎會同步處理多併發請求