一、基本概念

Servlet是运行在Web服务器上的小程序，通过http协议和客户端进行交互。
这里的客户端一般为浏览器，发送http请求（request）给服务器（如Tomcat）。服务器接收到请求后选择相应的Servlet进行处理，并给出响应（response）。

servlet

从这里可以看出Servlet并不是独立运行的程序，而是以服务器为宿主，由服务器进行调度的。通常我们把能够运行Servlet的服务器称作Servlet容器，如Tomcat。

这里Tomcat为什么能够根据客户端的请求去选择相应的Servlet去执行的呢？答案是：Servlet规范。因为Servlet和Servlet容器都是遵照Servlet规范去开发的。简单点说：我们要写一个Servlet，就需要直接或间接实现javax.servlet.Servlet。并且在web.xml中进行相应的配置。Tomcat在接收到客户端的请求时，会根据web.xml里面的配置去加载、初始化对应的Servlet实例。这个就是规范，就是双方约定好的。

二、样例分析

在进一步解释Servlet原理、分析源码之前，我们先介绍下如何在JavaWeb中使用Servlet。方法很简单：1.编写自己的Servlet类，这里可以使用开发工具（STS、Myeclipse等）根据向导快速的生成一个Servlet类。2.在web.xml中配置servlet。这里的知识很简单，所以不做过多赘述。直接上代码。（这里需要注意的是，servlet3.0之后提供了注解WebServlet的方式配置servlet，这里就不做介绍了，感兴趣的可以自行去百度，只是配置的形式不同而已，没有本质区别。所以下文还是为web.xml为例）
TestServlet.java

public class TestServlet extends HttpServlet {
    private static final long serialVersionUID = 1L;

    public TestServlet() {
    }

    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        response.getWriter().append("Served at: ").append(request.getContextPath());
    }

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

web.xml

<servlet>
    <servlet-name>TestServlet</servlet-name>
    <servlet-class>com.nantang.servlet.TestServlet</servlet-class>
</servlet>
<servlet-mapping>
    <servlet-name>TestServlet</servlet-name>
    <url-pattern>/test</url-pattern>
</servlet-mapping>

启动Tomcat，浏览器访问/test。将会访问TestServlet。返回客户端请求的上下文路径。

测试结果

这里需要扩展的有几点：
1.如果一个servlet需要映射多个url-pattern，那么就在<servlet-mapping></servlet-mapping>标签下写多个<url-pattern></url-pattern>，如：

<servlet-mapping>
    <servlet-name>TestServlet</servlet-name>
    <url-pattern>/test1</url-pattern>
    <url-pattern>/test2</url-pattern>
</servlet-mapping>

2.对于不同的servlet，不允许出现相同的url-pattern。
3.如果不同的servlet，它们的url-patter存在包含关系，那么容器会调用更具象的servlet去处理客户端请求。比如有两个servlet，servlet1的url-pattern是"/"，servlet2的url-pattern是"/test"。那么这个时候如果客户端调用的url是http://localhost:8080/demo/test，容器会使用servlet2去处理客户端的请求。虽然说"/"和"/test"都匹配客户请求的url，但是容器会选择更贴切的。这里不会出现多个servlet处理同一个请求的现象。

三、源码分析

上面说过，我们自己编写的Servlet类都必须直接或间接实现javax.servlet.Servlet。可是上面的例子TestServlet继承的是HttpServlet，那是因为HttpServlet间接的实现了javax.servlet.Servlet。下面是HttpServlet的继承层级（类图中的方法并没有一一列举，因为下面会逐一解释）：

Servlet源码

下面我们由上往下层层分析：

1 ServletContext

一个web应用对应一个ServletContext实例，关于ServletContext的详细介绍，可以参考另一篇博文ServletContext。

2.ServletConfig

ServletConfig实例是由servlet容器构造的，当需要初始化servlet的时候，容器根据web.xml中的配置以及运行时环境构造出ServletConfig实例，并通过回调servlet的init方法传递给servlet（这个方法后面会讲到）。所以一个servlet实例对应一个ServletConfig实例。

Servlet和ServletContext的关系

public interface ServletConfig {

    public String getServletName();

    public ServletContext getServletContext();

    public String getInitParameter(String name);

    public Enumeration getInitParameterNames();
}

2.1 getServletName

getServletName方法返回servlet实例的名称，这个就是我们在web.xml中<servlet-name>标签中配置的名字，当然也可以在服务器控制台去配置。如果这两个地方都没有配置servlet名称，那么将会返回servlet的类名。

2.2 getServletContext

getServletContext方法返回ServletContext实例，也就是我们上面说的应用上下文。

2.3 getInitParameter和getInitParameterNames

这两个方法是用来获取servlet的初始化参数的，这个参数是在web.xml里面配置的（如下所示）。getInitParameter是根据参数名获取参数值，getInitParameterNames获取参数名集合。

这里需要注意的是当需要配置多个初始化参数时，应该写多个<init-param></init-param>对，而不是在一个<init-param></init-param>对里面写多个<param-name></param-name>和<param-value></param-value>对。

<servlet>
    <servlet-name>TestServlet</servlet-name>
    <servlet-class>com.nantang.servlet.TestServlet</servlet-class>
    <init-param>
        <param-name>a</param-name>
        <param-value>1</param-value>
    </init-param>
    <init-param>
        <param-name>b</param-name>
        <param-value>2</param-value>
    </init-param>
</servlet>

3 Servlet

最原始最简单的JaveWeb模型，就是一个servlet容器上运行着若干个servlet用来处理客户端的请求。所以说servlet是JavaWeb最核心的东西，我们的业务逻辑基本上都是通过servlet实现的（虽然现在有各种框架，不用去直接编写servlet，但本质上还是在使用servlet）。

public interface Servlet {
    
    public void init(ServletConfig config) throws ServletException;

    public ServletConfig getServletConfig();

    public void service(ServletRequest req, ServletResponse res) throws ServletException, IOException;

    public String getServletInfo();

    public void destroy();
}

所有的servlet都是javax.servlet.Servlet的子类，就像Java里面所有的类都是Object的子类一样。Servlet类规定了每个servlet应该实现的方法，这个是遵循Servlet规范的。但是自定义的servlet一般不用直接实现Servlet，而是继承javax.servlet.GenericServlet或者javax.servlet.http.HttpServlet就行了。我们上面的TestServlet就是继承HttpServlet，这是因为HttpServlet间接实现了Servlet，提供了通用的功能。所以我们在自定义的TestServlet里面只需要专注实现业务逻辑就行了。

Servlet里面有三个比较重要的方法：init、service、destroy。它们被称作是servlet生命周期的方法，它们都是由servlet容器调用。另外两个方法用于获取servlet相关信息的，需要根据业务逻辑进行实现和调用。

servlet生命周期

3.1 init

init方法是servlet的初始化方法，当客户端第一次请求servlet的时候，JVM对servlet类进行加载和实例化。（如果需要容器启动时就初始化servlet，可以在web.xml配置<load-on-startup>1</load-on-startup>）

这里需要注意的是，servlet会先执行默认的构造函数，然后回调servlet实例的init方法，传入ServletConfig参数。这个参数上面说过，是servlet容器根据web.xml中的配置和运行时环境构造的实例。通过init方法注入到servlet。init方法在servlet的生命周期中只会被调用一次，在客户端的后续请求中将不会再调用。

3.2 service

service方法是处理业务逻辑的核心方法。当servlet容器接收到客户端的请求后，会根据web.xml中配置的<url-pattern>找到相应的servlet，回调service方法处理客户端的请求并给出响应。

3.3 destroy

JDK文档解释这个方法说：这个方法会在所有的线程的service()方法执行完成或者超时后执行。这里只是说明了，当servlet容器要去调用destroy方式的时候，需要等待一会，等待所有线程都执行完或者达到超时的限制。

这里并没有说清楚什么情况下servlet容器会触发这个动作。How Tomcat Works一书中对这个做了解释：当servlet容器关闭或需要更多内存的时候，会销毁servlet。这个方法就使得servlet容器拥有回收资源的能力。

同样地，destroy方法在servlet的生命周期中只会被调用一次。

3.4 getServletConfig

这个方法返回ServletConfig实例，这个对象即为servlet容器回调init方法的时候传入的实例。所以自定义的Servlet一般的实现方式为：在init方法里面把传入的ServletConfig存储到servlet的属性字段。在getServletConfig的实现里返回该实例。这个在后续解释javax.servlet.GenericServlet的源码时，能够看到。

3.5 getServletInfo

返回关于servlet的信息，这个由自定义的servlet自行实现，不过一般建议返回servlet的作者、版本号、版权等信息。

4.GenericServlet

GenericServlet从名字就能看的出来是servlet的一般实现，实现了servlet具有的通用功能，所以我们自定义的servlet一般不需要直接实现Servlet接口，只需要集成GenericServlet。GenericServlet实现了Servlet和ServletConfig接口。

4.1 GenericServlet对Servlet接口的实现

private transient ServletConfig config;

public void init(ServletConfig config) throws ServletException {
    this.config = config;
    this.init();
}

public void init() throws ServletException {}

public abstract void service(ServletRequest req, ServletResponse res) throws ServletException, IOException;

public void destroy() {}

public ServletConfig getServletConfig() {
    return config;
}

public String getServletInfo() {
    return "";
}

可以说，GenericServlet对Servlet方法的实现逻辑非常简单。就是把一些必要的逻辑写了下。

1.init方法就是把容器传入的ServletConfig实力存储在类的私有属性conifg里面，然后调用一个init无参的空方法。这么做的意义在于，我们如果想在自定义的servlet类里面在初始化的时候添加些业务逻辑，只需要重写无参的init方法就好了，我们不需要关注ServletConfig实例的存储细节了。

2.service和destroy方法并未实现具体逻辑。

3.getServletConfig就是返回init方法里面存储的config。getServletInfo就是返回空字符串，如果有业务需要，可以在子类里面重写。

4.2 GenericServlet对于ServletConfig接口的实现

public String getServletName() {
    ServletConfig sc = getServletConfig();
    if (sc == null) {
        throw new IllegalStateException(
            lStrings.getString("err.servlet_config_not_initialized"));
    }
    return sc.getServletName();
}

public ServletContext getServletContext() {
    ServletConfig sc = getServletConfig();
    if (sc == null) {
        throw new IllegalStateException(
            lStrings.getString("err.servlet_config_not_initialized"));
    }
    return sc.getServletContext();
}

public String getInitParameter(String name) {
    ServletConfig sc = getServletConfig();
    if (sc == null) {
        throw new IllegalStateException(
            lStrings.getString("err.servlet_config_not_initialized"));
    }
    return sc.getInitParameter(name);
}

public Enumeration getInitParameterNames() {
    ServletConfig sc = getServletConfig();
    if (sc == null) {
        throw new IllegalStateException(
            lStrings.getString("err.servlet_config_not_initialized"));
    }
    return sc.getInitParameterNames();
}

这四个方法的实现就跟一个模子刻出来的一样，都是取得ServletConfig实例，然后调用相应的方法。其实GenericServlet完全没有必要实现ServletConfig，这么做仅仅是为了方便。当我们集成GenericServlet写自己的servlet的时候，如果需要获取servlet的配置信息如初始化参数，就不需要写形如：“ServletConfig sc = getServletConfig();if (sc == null) ...;return sc.getInitParameterNames();”这些冗余代码了。除此之外，没有别的意义。

5 HttpServlet

HttpServlet是一个针对HTTP协议的通用实现，它实现了HTTP协议中的基本方法get、post等，通过重写service方法实现方法的分派。

分派

public void service(ServletRequest req, ServletResponse res) throws ServletException, IOException{
    HttpServletRequest    request;
    HttpServletResponse    response;
    try {
        request = (HttpServletRequest) req;
        response = (HttpServletResponse) res;
    } catch (ClassCastException e) {
        throw new ServletException("non-HTTP request or response");
    }
    service(request, response);
}

重写的service方法将参数转换成HttpServletRequest和HttpServletResponse，并调用自己的另一个重载service方法。

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) {
            doGet(req, resp);
        } else {
            long ifModifiedSince = req.getDateHeader(HEADER_IFMODSINCE);
            if (ifModifiedSince < (lastModified / 1000 * 1000)) {
                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 {
        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);
    }
}

这个方法的的逻辑也很简单，就是解析出客户端的request是哪种中方法，如果是get方法则调用doGet，如果是post则调用doPost等等。这样我们在继承HttpServlet的时候就无需重写service方法，我们可以根据自己的业务重写相应的方法。一般情况下我们的应用基本就是get和post调用。那么我们只需要重写doGet和doPost就行了。

这里需要注意的是3-15行代码，这里对资源（比如页面）的修改时间进行验证，判断客户端是否是第一次请求该资源，或者该资源是否被修改过。如果这两个条件有一个被满足那么就调用doGet方法。否则返回状态304（HttpServletResponse.SC_NOT_MODIFIED），这个状态就是告诉客户端（浏览器），可以只用自己上一次对该资源的缓存。

不过HttpServlet对于判断资源修改时间的逻辑非常简单粗暴：

protected long getLastModified(HttpServletRequest req) {
    return -1;
}

方法始终返回-1，这样就会导致每次都会调用doGet方法从服务器取资源而不会使用浏览器的本地缓存。所以如果我们自己的servlet要使用浏览器的缓存，降低服务器的压力，就需要重写getLastModified方法。

最后我们来看一下HttpServlet对http一些方法的实现，在所有的方法中，HttpServlet已经对doOptions和doTrace方法实现了通用的逻辑，所以我们一般不用重写这两个方法，感兴趣的可以自己去看下源码。

这里我们列举下最常用的两个方法doGet和doPost：

protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)throws ServletException, IOException{
    String protocol = req.getProtocol();
    String msg = lStrings.getString("http.method_get_not_supported");
    if (protocol.endsWith("1.1")) {
        resp.sendError(HttpServletResponse.SC_METHOD_NOT_ALLOWED, msg);
    } else {
        resp.sendError(HttpServletResponse.SC_BAD_REQUEST, msg);
    }
}
    
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(HttpServletResponse.SC_METHOD_NOT_ALLOWED, msg);
    } else {
        resp.sendError(HttpServletResponse.SC_BAD_REQUEST, msg);
    }
}

其实这两个实现里面也没做什么有用的逻辑，所以一般情况下都要重写这两个方法，就像我们最初的TestServlet那样。doHead、doPut、doDelete也是这样的代码模板，所以如果有业务需要的话，我们都要重写对应的方法。

四、总结

讲了这么多，可以这么说：Servlet是JavaWeb里面最核心的组件。只有对它完全融会贯通，才能去进一步去理解上层框架Struts、Spring等。

另外需要明确的是：一个Web应用对应一个ServletContext，一个Servlet对应一个ServletConfig。每个Servlet都是单例的，所以需要自己处理好并发的场景。