Servlet 規範和 Servlet 容器

LZC發表於2020-02-12
Servlet
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瀏覽器發給服務端的是一個HTTP格式的請求，HTTP伺服器收到這個請求後，需要呼叫服務端程式來處理，所謂的服務端程式就是你寫的Java類，一般來說不同的請求需要由不同的Java類來處理。

那麼問題來了，HTTP伺服器怎麼知道要呼叫哪個Java類的哪個方法呢。最直接的做法是在HTTP伺服器程式碼裡寫一大堆if else邏輯判斷：如果是A請求就調X類的M1方法，如果是B請求就調Y類的M2方法。但這樣做明顯有問題，因為HTTP伺服器的程式碼跟業務邏輯耦合在一起了，如果新加一個業務方法還要改HTTP伺服器的程式碼。

那該怎麼解決這個問題呢？我們知道，面向介面程式設計是解決耦合問題的法寶，於是有一夥人就定義了一個介面，各種業務類都必須實現這個介面，這個介面就叫Servlet介面，有時我們也把實現了Servlet介面的業務類叫作Servlet。

但是這裡還有一個問題，對於特定的請求，HTTP伺服器如何知道由哪個Servlet來處理呢？Servlet又是由誰來例項化呢？顯然HTTP伺服器不適合做這個工作，否則又和業務類耦合了。

於是，還是那夥人又發明了Servlet容器，Servlet容器用來載入和管理業務類。HTTP伺服器不直接跟業務類打交道，而是把請求交給Servlet容器去處理，Servlet容器會將請求轉發到具體的Servlet，如果這個Servlet還沒建立，就載入並例項化這個Servlet，然後呼叫這個Servlet的介面方法。因此Servlet介面其實是Servlet容器跟具體業務類之間的介面。下面我們透過一張圖來加深理解。
在這裡插入圖片描述
圖的左邊表示HTTP伺服器直接呼叫具體業務類，它們是緊耦合的。再看圖的右邊，HTTP伺服器不直接呼叫業務類，而是把請求交給容器來處理，容器透過Servlet介面呼叫業務類。因此Servlet介面和Servlet容器的出現，達到了HTTP伺服器與業務類解耦的目的。

而Servlet介面和Servlet容器這一整套規範叫作Servlet規範。Tomcat和Jetty都按照Servlet規範的要求實現了Servlet容器，同時它們也具有HTTP伺服器的功能。作為Java程式設計師，如果我們要實現新的業務功能，只需要實現一個Servlet，並把它註冊到Tomcat（Servlet容器）中，剩下的事情就由Tomcat幫我們處理了。

接下來我們來看看Servlet介面具體是怎麼定義的，以及Servlet規範又有哪些要重點關注的地方呢？

Servlet介面

Servlet介面定義了下面五個方法：

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，具體業務類在這個方法裡實現處理邏輯。這個方法有兩個引數：ServletRequest和ServletResponse。ServletRequest用來封裝請求資訊，ServletResponse用來封裝響應資訊，因此本質上這兩個類是對通訊協議的封裝。

比如HTTP協議中的請求和響應就是對應了HttpServletRequest和HttpServletResponse這兩個類。你可以透過HttpServletRequest來獲取所有請求相關的資訊，包括請求路徑、Cookie、HTTP頭、請求引數等。
你可以看到介面中還有兩個跟生命週期有關的方法init和destroy，這是一個比較貼心的設計，Servlet容器在載入Servlet類的時候會呼叫init方法，在解除安裝的時候會呼叫destroy方法。我們可能會在init方法裡初始化一些資源，並在destroy方法裡釋放這些資源，比如Spring MVC中的DispatcherServlet，就是在init方法裡建立了自己的Spring容器。

你還會注意到ServletConfig這個類，ServletConfig的作用就是封裝Servlet的初始化引數。你可以在web.xml給Servlet配置引數，並在程式裡透過getServletConfig方法拿到這些引數。

我們知道，有介面一般就有抽象類，抽象類用來實現介面和封裝通用的邏輯，因此Servlet規範提供了GenericServlet抽象類，我們可以透過擴充套件它來實現Servlet。雖然Servlet規範並不在乎通訊協議是什麼，但是大多數的Servlet都是在HTTP環境中處理的，因此Servet規範還提供了HttpServlet來繼承GenericServlet，並且加入了HTTP特性。這樣我們透過繼承HttpServlet類來實現自己的Servlet。

Servlet容器

我在前面提到，為了解耦，HTTP伺服器不直接呼叫Servlet，而是把請求交給Servlet容器來處理，那Servlet容器又是怎麼工作的呢？接下來我會介紹Servlet容器大體的工作流程，一起來聊聊我們非常關心的兩個話題：Web應用的目錄格式是什麼樣的，以及我該怎樣擴充套件和定製化Servlet容器的功能。

工作流程

當客戶請求某個資源時，HTTP伺服器會用一個ServletRequest物件把客戶的請求資訊封裝起來，然後呼叫Servlet容器的service方法，Servlet容器拿到請求後，根據請求的URL和Servlet的對映關係，找到相應的Servlet，如果Servlet還沒有被載入，就用反射機制建立這個Servlet，並呼叫Servlet的init方法來完成初始化，接著呼叫Servlet的service方法來處理請求，把ServletResponse物件返回給HTTP伺服器，HTTP伺服器會把響應傳送給客戶端。同樣我透過一張圖來幫助你理解。
在這裡插入圖片描述

Web應用

Servlet容器會例項化和呼叫Servlet，那Servlet是怎麼註冊到Servlet容器中的呢？一般來說，我們是以Web應用程式的方式來部署Servlet的，而根據Servlet規範，Web應用程式有一定的目錄結構，在這個目錄下分別放置了Servlet的類檔案、配置檔案以及靜態資源，Servlet容器透過讀取配置檔案，就能找到並載入Servlet。Web應用的目錄結構大概是下面這樣的：

| -  MyWebApp
      | -  WEB-INF/web.xml        -- 配置檔案，用來配置Servlet等
      | -  WEB-INF/lib/           -- 存放Web應用所需各種JAR包
      | -  WEB-INF/classes/       -- 存放你的應用類，比如Servlet類
      | -  META-INF/              -- 目錄存放工程的一些資訊

Servlet規範裡定義了ServletContext這個介面來對應一個Web應用。Web應用部署好後，Servlet容器在啟動時會載入Web應用，併為每個Web應用建立唯一的ServletContext物件。你可以把ServletContext看成是一個全域性物件，一個Web應用可能有多個Servlet，這些Servlet可以透過全域性的ServletContext來共享資料，這些資料包括Web應用的初始化引數、Web應用目錄下的檔案資源等。由於ServletContext持有所有Servlet例項，你還可以透過它來實現Servlet請求的轉發。

擴充套件機制

引入了Servlet規範後，你不需要關心Socket網路通訊、不需要關心HTTP協議，也不需要關心你的業務類是如何被例項化和呼叫的，因為這些都被Servlet規範標準化了，你只要關心怎麼實現的你的業務邏輯。這對於程式設計師來說是件好事，但也有不方便的一面。所謂規範就是說大家都要遵守，就會千篇一律，但是如果這個規範不能滿足你的業務的個性化需求，就有問題了，因此設計一個規範或者一箇中介軟體，要充分考慮到可擴充套件性。Servlet規範提供了兩種擴充套件機制：Filter和Listener。

Filter是過濾器，這個介面允許你對請求和響應做一些統一的定製化處理，比如你可以根據請求的頻率來限制訪問，或者根據國家地區的不同來修改響應內容。過濾器的工作原理是這樣的：Web應用部署完成後，Servlet容器需要例項化Filter並把Filter連結成一個FilterChain。當請求進來時，獲取第一個Filter並呼叫doFilter方法，doFilter方法負責呼叫這個FilterChain中的下一個Filter。

Listener是監聽器，這是另一種擴充套件機制。當Web應用在Servlet容器中執行時，Servlet容器內部會不斷的發生各種事件，如Web應用的啟動和停止、使用者請求到達等。 Servlet容器提供了一些預設的監聽器來監聽這些事件，當事件發生時，Servlet容器會負責呼叫監聽器的方法。當然，你可以定義自己的監聽器去監聽你感興趣的事件，將監聽器配置在web.xml中。比如Spring就實現了自己的監聽器，來監聽ServletContext的啟動事件，目的是當Servlet容器啟動時，建立並初始化全域性的Spring容器。

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