Servlet相關基礎知識總結

Servlet複習

什麼是Servlet?（簡介、工作流程、Servlet容器工作流程）
- 簡介：
  - Servlet使用java編寫的服務器端應用程序，主要功能是在於交互式的瀏覽和修改數據，生成動態的Web內容
  - 運行在服務端，用來處理客戶端請求並響應給瀏覽器動態資源
  - 單實例，多線程
- Servlet工作流程：
  - 通過在web.xml中配置的url-pattern獲取到servlet-name
  - 之後根據servlet-name去尋找對應的Servlet類
  - 接着找到對應的Servlet類之後，執行對應的service方法，根據請求處理和響應
  - 返回響應信息
- Servlet容器（tomcat）整體的工作流程：

Servlet的核心API以及體系結構？

繼承體系圖：

核心API：

Servlet接口，定義了一系列的抽象方法.init(ServletConfig)、service(ServletReqeust,ServletResponse)、destroy()等是由容器調用的
- init(ServletConfig)：void
- getServletConfig()：ServletConfig
- service(ServletReqeust,ServletResponse)：void
- getServletInfo()：String
- destroy()：void
GenericServlet抽象類：
- 實現了Servlet接口、ServletConfig接口、序列化Serializable接口，對Servlet接口提供通用實現，不與任何協議相關聯。
- GenericServlet抽象類實現了Servlet接口中的init(ServletConfig)方法，其中有一個ServletConfig的private實例，容器會使用它來初始化init(ServletConfig)，該方法中調用空的init()方法，重寫時需要注意添加super.init()
- 實現GenericServlet類中全部方法。

HttpServlet抽象類：

HttpServlet類是GenericServlet類的子類。HttpServlet類爲Serlvet接口提供了與HTTP協議相關的通用實現，也就是說，HttpServlet對象適合運行在與客戶端採用HTTP協議通信的Servlet容器或者Web容器中。
早期開發中，一般自定義Servlet類擴展字HttpServlet類

HttpServlet類實現了Servlet類接口中的Service(ServletRequest,ServletResponse)方法，實現方法中卻是調用的它的重載方法

public void service(ServletRequest req, ServletResponse res)
        throws ServletException, IOException
    {
        HttpServletRequest  request;
        HttpServletResponse response;
        
        if (!(req instanceof HttpServletRequest &&
                res instanceof HttpServletResponse)) {
            throw new ServletException("non-HTTP request or response");
        }

        request = (HttpServletRequest) req;
        response = (HttpServletResponse) res;

        service(request, response);
    }
    
 protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
        throws ServletException, IOException
    {
        String method = req.getMethod();

        if (method.equals(METHOD_GET)) {
            long lastModified = getLastModified(req);
            if (lastModified == -1) {
                // servlet doesn't support if-modified-since, no reason
                // to go through further expensive logic
                doGet(req, resp);
            } else {
                long ifModifiedSince = req.getDateHeader(HEADER_IFMODSINCE);
                if (ifModifiedSince < lastModified) {
                    // If the servlet mod time is later, call doGet()
                    // Round down to the nearest second for a proper compare
                    // A ifModifiedSince of -1 will always be less
                    maybeSetLastModified(resp, lastModified);
                    doGet(req, resp);
                } else {
                    resp.setStatus(HttpServletResponse.SC_NOT_MODIFIED);
                }
            }

        } else if (method.equals(METHOD_HEAD)) {
            long lastModified = getLastModified(req);
            maybeSetLastModified(resp, lastModified);
            doHead(req, resp);

        } else if (method.equals(METHOD_POST)) {
            doPost(req, resp);
            
        } else if (method.equals(METHOD_PUT)) {
            doPut(req, resp);
            
        } else if (method.equals(METHOD_DELETE)) {
            doDelete(req, resp);
            
        } else if (method.equals(METHOD_OPTIONS)) {
            doOptions(req,resp);
            
        } else if (method.equals(METHOD_TRACE)) {
            doTrace(req,resp);
            
        } else {
            //
            // Note that this means NO servlet supports whatever
            // method was requested, anywhere on this server.
            //

            String errMsg = lStrings.getString("http.method_not_implemented");
            Object[] errArgs = new Object[1];
            errArgs[0] = method;
            errMsg = MessageFormat.format(errMsg, errArgs);
            
            resp.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_IMPLEMENTED, errMsg);
        }
    }
    //重載service()方法中，首先調用HttpServletRequest類型的參數的getMethod()方法，獲得客戶端的請求方法，然後根據該請求方式來調用匹配的服務方法；如果爲GET方式，則調用doGet()方法，如果爲POST方式，則調用doPost()方法。

HttpServlet類爲所有的請求方式，提供了默認的實現doGet(),doPost(),doPut(),doDelete()方法；這些方法的默認實現都會向客戶端返回一個錯誤。


    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        String protocol = req.getProtocol();
        String msg = lStrings.getString("http.method_post_not_supported");
        if (protocol.endsWith("1.1")) {
            resp.sendError(405, msg);
        } else {
            resp.sendError(400, msg);
        }

    }

    protected void doPut(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        String protocol = req.getProtocol();
        String msg = lStrings.getString("http.method_put_not_supported");
        if (protocol.endsWith("1.1")) {
            resp.sendError(405, msg);
        } else {
            resp.sendError(400, msg);
        }

    }

對於HttpServlet類的具體實現類，一般會針對客戶端的特定請求方法，覆蓋HttpServlet類中的相應的doXXX方法。

	protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
			throws ServletException, IOException {
		doPost(request, response);
	}

	
	
	protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
			throws ServletException, IOException {
        //xxx
    }

ServletRequest接口：

簡述：表示來自客戶端的請求，當Servlet容器接收到客戶端要求訪問特定Servlet的請求時，容器先解析客戶端的原始請求數據，把它包裝成一個ServletRequest對象

方法：

getContentLength() —— 返回請求正文的長度，如果請求正文的長度未知，則返回-1；
getContentType() —— 獲得請求正文的MIME類型，如果請求正文的類型爲止，則返回null；
getInputStream() —— 返回用於讀取請求正文的輸入流；
getLocalAddr() —— 返回服務端的IP地址；
getLocalName() —— 返回服務端的主機名；
getLocalPort() —— 返回服務端的端口號；
getParameters() —— 根據給定的請求參數名，返回來自客戶請求中的匹配的請求參數值；
getProtocal() —— 返回客戶端與服務器端通信所用的協議名稱及版本號；
getReader() —— 返回用於讀取字符串形式的請求正文的BufferReader對象；
getRemoteAddr() —— 返回客戶端的IP地址
getRemoteHost() —— 返回客戶端的主機名
getRemotePort() —— 返回客戶端的端口號

HttpServletRequest接口：

簡述：ServletRequest接口的子接口,用於讀取HTTP請求中的相關信息。

方法：

getContextPath() —— 返回客戶端請求方法的Web應用的URL入口，如客戶端訪問的URL爲http://localhost:8080/hello/info，那麼該方法返回“/hello”;
getCookies() —— 返回HTTP請求中的所有Cookie；
getHeader(String name) —— 返回HTTP請求頭部的特定項；
getHeaderName() —— 返回一個Enumeration對象，它包含了HTTP請求頭部的所有項目名；
getMethod() —— 返回HTTP請求方式；
getRequestURL() —— 返回HTTP請求的頭部的第一行中的URL；
getQueryString() —— 返回HTTP請求中的查詢字符串，即URL中的“？”後面的內容；

ServletResponse接口：{ServletResponse中響應正文的默認MIME類型是text/plain,即純文本類型}
- 簡述：Servlet通過ServletResponse對象來生成響應結果.
- 方法：
```
setCharacterEncoding() —— 設置相應正文的字符編碼。響應正文的默認字符編碼爲ISO-8859-1；
setContentLength() —— 設置響應正文的長度；
setContentType() —— 設置響應正文的MIME類型；
getCharacterEncoding() —— 獲得響應正文的字符編碼
getContentType() —— 獲得響應正文的MIME類型
setBufferSize() —— 設置用於存放響應正文數據的緩衝區的大小
getBufferSize() —— 獲得用於存放響應正文數據的緩衝區的大小；
reset() —— 清空緩衝區內的正文數據，並且清空響應狀態代碼及響應頭
resetBuffer() —— 僅僅清空緩衝區的正文數據，不清空響應狀態代碼及響應頭；
flushBuffer() —— 強制性地把緩衝區內的響應正文數據發送到客戶端；
isCommitted() —— 返回一個boolean類型的值，如果爲true，表示緩衝區內的數據已經提交給客戶，即數據已經發送到客戶端；
getOutputStream() —— 返回一個ServletOutputStream對象，Servlet用它來輸出二進制的正文數據；
getWriter() —— 返回一個PrinterWriter對象，Servlet用它來輸出字符串形式的正文數據；
```
- 其他：爲了提高數據傳輸速率，數據會先被寫入緩衝區中，當緩衝區中數據被提交到客戶端後，ServletResponse的isComitted方法返回true，以下幾種情況下，緩衝區內的數據會被提交給客戶，即數據被髮送到客戶端：
  1. 當緩衝區內的數據已滿時，ServletOutPutStream或PrintWriter會自動把緩衝區內的數據發送給客戶端，並且清空緩衝區；
  2. Servlet調用ServletResponse對象的flushBuffer方法；
  3. Servlet調用ServletOutputStream或PrintWriter對象的flush方法或close方法；
- 注意：爲了確保SerlvetOutputStream或PrintWriter輸出的所有數據都會被提交給客戶，比較安全的做法是在所有數據都輸出完畢後，調用ServletOutputStream或PrintWriter的close()方法，tomcat會自動關閉
- 調用ServletResponse對象的setContentType()和setCharacterEncoding()方法可以設置MIME類型和字符編碼,之後再調用ServletResponse的getOutputStream()或getWriter()方法，提交緩衝區內的正文數據；如此才使設置生效

HttpServletResponse接口：{HttpServletResponse中響應正文的默認MIME類型爲text/html，即HTML文檔類型}

簡述：提供了與HTTP協議相關的一些方法，Servlet可通過這些方法來設置HTTP響應頭或向客戶端寫Cookie,其中也定義了一些代表HTTP響應狀態代碼的靜態常量

方法：

addHeader() —— 向HTTP響應頭中加入一項內容
sendError() —— 向客戶端發送一個代表特定錯誤的HTTP響應狀態代碼
setHeader() —— 設置HTTP響應頭中的一項內容，如果在響應頭中已經存在這項內容，則原來的設置被覆蓋
setStatus() —— 設置HTTP響應的狀態代碼
addCookie() —— 向HTTP響應中加入一個Cookie

ServletConfig接口：

簡介：當Servlet容器初始化一個Servlet對象時，會爲這個Servlet對象創建一個ServletConfig對象，在Servlet對象中包含了Servlet的初始化參數信息。

方法：

getInitParameter(String name) —— 返回匹配的初始化參數值
getInitParameterNames() —— 返回一個Enumeration對象，裏面包含了所有的初始化參數名
getServletContext() —— 返回一個ServletContext對象
getServletName() —— 返回Servlet的名字，即web.xml文件中相應<servlet>元素的<servlet-name>子元素的值；如果沒有爲servlet配置<servlet-name>子元素，則返回Servlet類的名字

ServletContext接口：

簡介：Servlet與Servlet容器之間直接通信的接口，Servlet容器在啓動一個Web應用時，會爲它創建一個ServletContext對象。每個Web應用都有唯一的ServletContext對象，可以把ServletContext對象形象地理解爲Web應用的管理者，同一個Web應用中的所有Servlet對象都共享一個ServletContext，Servlet對象可以通過其訪問容器中的各種資源，如配置信息等。

方法：

setAttribute(String name, Object object) —— 把一個Java對象與一個屬性名綁定，並存入到ServletContext中；
getAttribute() —— 返回指定數姓名的屬性值
getAttributeNames() —— 返回一個Enumeration對象，包含所有存放在ServletContext中的屬性名
removeAttributes() —— 從ServletContext中刪除匹配的屬性

getContextPath() —— 返回當前Web應用的URL入口
getInitParameter() —— 返回Web應用範圍內的匹配的初始化參數值。在web.xml中，直接在<web-app>根元素下定義的<context-param>元素表示應用範圍內的初始化參數
getServletContextName() —— 返回Web應用的名字，即web.xml文件中<display-name>元素的值
getRequestDispatcher() —— 返回一個用於向其他WEB組件轉發請求的RequestDispatcher對象

getRealPath() —— 根據參數指定的虛擬路徑，返回文件系統中的一個真實的路徑
getResources() —— 返回一個映射到參數指定的路徑的URL
getResourceAsStream() —— 返回一個用於讀取參數指定的文件的輸入流
getMimeType() —— 返回參數指定的文件MIME類型

log(String msg) —— 向Servlet的日誌文件中寫日誌
log(String message, Throwable throwable) —— 向Servlet的日誌文件中寫入錯誤日誌，以及異常的堆棧信息

Servlet類以及其相關類：
- 體系圖：
- 與Servlet相關的類有三個，ServletConfig，ServletRequest和ServletResponse，它們都是通過容器傳遞給Servlet的；其中，ServletConfig是在Servlet初始化時傳給Servlet的，後兩個是在請求到達時調用Servlet傳遞過來的。
- Request和Response流程：以TOMCAT爲例，
  - tomcat接到請求首先將會創建org.apache.coyote.Request和org.apache.coyote.Response，這兩個類是Tomcat內部使用的描述一次請求和相應的信息類，它們是一個輕量級的類。
  - 服務器接收到請求後，經過簡單解析將這個請求快速分配給後續線程去處理。
  - 之後當交給一個用戶線程去處理這個請求時又創建org.apache.catalina.connector.Request和org.apache.catalina.connector.Response對象。
  - 這兩個對象一直貫穿整個Servlet容器直到要傳給Servlet，傳給Servlet的是Request和Response的Facade類。

Servlet的生命週期？
1. 會經過創建、初始化、服務可用、服務不可用、處理請求、終止服務、銷燬等其中狀態
2. 按照七種狀態生命週期可以分爲四個階段：
  1. 加載和實例化
    1. 在服務器運行中，客戶機首次向servlet發出請求時
    2. 重新裝入Servlet時(如服務器重新啓動、Servlet被修改)
    3. 在爲Servlet配置了load-on-startup時，服務器在啓動時自動裝入此Servlet
  2. 初始化
    1. Servlet實例化後，Servlet調用Servlet的init(ServletConfig config)方法對Servlet進行初始化。此過程可以讀取一些固定地數據、初始化JDBC的連接以及建立與其他資源的連接等操作。init()的方法參數ServletConfig對象由Servlet的容器創建並傳遞給Servlet，並在初始化完成後一直在內存中存在，直到Servlet被銷燬。
  3. 處理請求
    1. 服務器接收到客戶端的請求後，會爲該請求創建一個“請求”對象和一個“響應”對象並調用service()方法，service()方法會在調用其他方法處理請求。Servlet的生命週期中，service()方法可能被多次調用，當多個客戶端同時訪問某個Servlet的service()方法時，服務器會爲每個請求創建一個線程，這樣可以並行處理多個請求，減少處理的等待時間，提高響應速度，但是也會導致對同一對象的併發訪問問題。
  4. 銷燬
    1. 當Servlet容器需要終止Servlet(如web服務器即將被關掉或需要讓出資源),它會調用Servlet的destroy()方法使其釋放正在使用的資源
實現一個簡單的Servlet容器：
- 工作原理：用戶向服務器發送一個請求時，http://hostname:port/contextpath/servletpath，hostname和port用來與服務器建立TCP連接，後面的URL用來選擇在服務器中哪個子容器服務用戶的請求，映射工作由專門的一個類完成：org.apache.tomcat.util.http.mapper，這個類保存了tomcat的container容器中的所有子容器的信息。org.apache.catalina.connector.Request類在進入Container容器之前，Mapper將會根據這次請求的hostname和contextpath將host和context容器設置到Request的mappingData屬性中，所以當Request進入container容器之前，對於它要訪問哪個子容器就已經確定。
- 採用MVC框架的實現中，其基本原理是將所有的請求都映射到一個Servlet，然後去實現servie方法，這個方法也就是MVC框架的入口。
- 實現一個簡單的Servlet容器，源碼見：簡易tomcat

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