Servlet 規範

gongchengship發表於2024-10-28
Servlet

Java Servlet 規範是由 Java 社群流程（Java Community Process, JCP）開發的一組標準介面和協議，定義了 Java Web 應用程式中的 Servlet 和相關元件如何與 Web 伺服器互動。Servlet 規範旨在為 Java Web 應用開發者提供一個統一的、平臺無關的標準，使得開發、部署和管理 Java Web 應用變得更高效和便捷。

Servlet 規範的核心內容包括 Servlet 生命週期、請求和響應處理、會話管理、安全性等。以下是 Java Servlet 規範的詳細描述：

1. Servlet 生命週期

Servlet 生命週期描述了 Servlet 的建立、執行和銷燬過程，由 Servlet 容器（如 Tomcat）進行管理。主要包含以下方法：

  • init()：當容器載入和初始化 Servlet 時呼叫。通常用於初始化資源，例如資料庫連線、檔案資源等。init() 方法在 Servlet 的整個生命週期內僅執行一次。

  • service()：每當有請求到達 Servlet 時呼叫，負責響應 HTTP 請求。service() 方法會根據請求的 HTTP 方法（如 GET、POST、PUT、DELETE 等）分發到相應的 doGet()、doPost() 等方法。

  • destroy()：在 Servlet 被解除安裝或應用停止時呼叫。該方法用於釋放 Servlet 佔用的資源。destroy() 方法在 Servlet 的生命週期內只執行一次。

2. 請求和響應

Servlet 規範規定了如何處理客戶端請求和生成響應。ServletRequest 和 ServletResponse 是處理請求和響應的核心介面。

  • ServletRequest：封裝了客戶端的請求資訊，包括請求引數、請求頭、請求體、客戶端 IP 地址等。ServletRequest 的子介面 HttpServletRequest 專門用於 HTTP 請求，提供了更豐富的 HTTP 特定資訊和方法。

  • ServletResponse：用於將響應返回給客戶端，包括設定響應狀態碼、響應頭和響應體。ServletResponse 的子介面 HttpServletResponse 允許設定 HTTP 狀態碼、Cookie、重定向等 HTTP 特定的響應。

3. Servlet 執行緒模型

Servlet 規範規定了 Servlet 的執行緒模型，以確保執行緒安全：

  • 單例項多執行緒：Servlet 容器通常為每個 Servlet 建立一個例項，並使用該例項的多執行緒來處理多個請求。這意味著 Servlet 必須是執行緒安全的，避免使用例項變數或確保例項變數的執行緒安全。

  • SingleThreadModel（已廢棄）：早期版本提供了 SingleThreadModel 介面來確保每個請求都使用單獨的 Servlet 例項處理，但這種方法效率較低，已在現代 Servlet 規範中廢棄。

4. 會話管理

Servlet 規範提供了會話管理的機制，用於在客戶端和伺服器之間保持狀態：

  • HTTP Session：HttpSession 用於在多個請求之間儲存使用者會話資料。HttpSession 可以在會話期間儲存資料，通常以 Cookie 或 URL 重寫的方式在客戶端和伺服器間傳遞會話 ID。

  • Cookie 和 URL 重寫：HttpServletResponse 提供了設定 Cookie 的方法。若客戶端不支援 Cookie，容器可以透過 URL 重寫的方式將會話 ID 新增到 URL 中，以確保會話的連續性。

5. 過濾器和監聽器

Servlet 規範提供了 Filter 和 Listener 的機制，用於在請求和響應的生命週期中進行預處理和事件監聽：

  • Filter：Filter 允許在請求到達 Servlet 之前和響應返回客戶端之前對請求或響應進行處理。典型應用場景包括身份驗證、日誌記錄、編碼設定等。

  • Listener：Listener 是事件監聽器，用於監聽和處理特定事件（如會話建立、銷燬等）。常用的監聽器包括 ServletContextListener、HttpSessionListener 和 ServletRequestListener 等，分別用於監控應用、會話、請求的生命週期事件。

6. 安全性

Servlet 規範規定了基於角色的訪問控制和認證機制，確保 Web 應用的安全：

  • 基於角色的訪問控制：Servlet 規範支援基於角色的訪問控制（Role-Based Access Control, RBAC）。可以透過 web.xml 中的 <security-constraint> 定義受保護的資源，並使用 <auth-constraint> 配置訪問角色。

  • 認證和授權：Servlet 規範支援基本認證（Basic Authentication）、摘要認證（Digest Authentication）、表單認證（Form-Based Authentication）和客戶端證書認證（Client Certificate Authentication）等多種認證方式。

  • SSL/TLS 支援：Servlet 容器可以配置為支援 SSL/TLS 加密，以確保客戶端和伺服器之間通訊的安全性。

7. 非同步處理

從 Servlet 3.0 開始，Servlet 規範引入了非同步處理能力，使 Servlet 能夠在處理長時間任務時不阻塞執行緒：

  • 非同步請求：透過 HttpServletRequest 的 startAsync() 方法開啟非同步模式，使請求在執行耗時任務時釋放容器執行緒，待任務完成後再由容器將響應返回客戶端。

  • 非同步監聽器：非同步處理過程中，可以透過 AsyncListener 監聽任務的開始、完成、超時等事件，以便在特定事件上執行相應操作。

8. 檔案上傳和下載支援

Servlet 3.0 引入了對檔案上傳的支援，允許使用 @MultipartConfig 註解和 getPart() 方法來簡化檔案上傳處理。

  • @MultipartConfig：透過在 Servlet 上使用 @MultipartConfig 註解，允許處理 multipart/form-data 型別的請求，從而輕鬆實現檔案上傳。

  • getPart() 方法：HttpServletRequest 提供了 getPart() 和 getParts() 方法，分別用於獲取單個或多個上傳檔案的內容。

9. 配置和部署

Servlet 規範允許透過註解和配置檔案定義 Servlet 的部署描述：

  • 註解：透過註解（如 @WebServlet、@WebFilter、@WebListener）可以定義 Servlet、Filter 和 Listener，使得不需要依賴 web.xml 檔案即可配置 Web 應用。

  • web.xml：web.xml 是 Web 應用的部署描述符檔案，包含了應用的 Servlet、Filter、Listener 配置以及安全、會話等相關配置資訊。

總結

Java Servlet 規範為 Web 應用的開發提供了清晰的標準和介面，主要內容包括：

  • 生命週期管理：定義 Servlet 的初始化、請求處理、銷燬流程。
  • 請求和響應處理：透過 ServletRequest 和 ServletResponse 提供對 HTTP 請求和響應的封裝。
  • 執行緒模型：規定 Servlet 執行緒模型，確保執行緒安全。
  • 會話管理：支援 HttpSession、Cookie 和 URL 重寫等會話保持機制。
  • 過濾器和監聽器：透過 Filter 和 Listener 提供請求和響應的預處理和事件監聽功能。
  • 安全性：支援基於角色的訪問控制、多種認證方式、SSL/TLS 加密。
  • 非同步處理：支援非同步請求處理，最佳化長時間任務的資源佔用。
  • 檔案上傳和下載：簡化檔案上傳處理。
  • 配置和部署：支援註解和 web.xml 配置，便於應用管理。

這些功能和特性確保了 Servlet 在 Web 應用開發中的靈活性和可擴充套件性。

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