JavaWeb--深入Servlet与JSP（运行原理）
2017-03-24 本文已影响968人
JackFrost_fuzhu
复习复习！！！搞起来！！Servlet和JSP是Java EE规范最基本成员，他们是Java Web开发的重点知识，即使我们经常使用框架开发后端，但是我们还是很必要去理解他们的原理的。
文章结构：（1）剖析Servlet；（2）剖析JSP；
一、剖析Servlet：
（1）概述：
Servlet是一种独立于平台和协议的服务器端的Java应用程序，可以生成动态的web页面。它担当Web浏览器或其他http客户程序发出请求、与http服务器上的数据库或应用程序之间交互的中间层。
Servlet是用Java编写的Server端程序，它与协议和平台无关。Servlet运行于Java服务器中。
Java Servlet可以动态地扩展服务器的能力，并采用请求-响应模式提供Web服务。
Servlet是使用Java Servlet应用程序设计接口及相关类和方法的Java程序。它在Web服务器上或应用服务器上运行并扩展了该服务器的能力。Servlet装入Web服务器并在Web服务器内执行。
Servlet是以Java技术为基础的服务器端应用程序组件，Servlet的客户端可以提出请求并获得该请求的响应，它可以是任何Java程序、浏览器或任何设备。
（2）基本知识：
1.配置：
编辑好的servlet源文件并不能响应用户请求，还必须将其编译成class文件，将编译好的class文件放到WEB-INF/classes路径下，如果servlet有包，则还需要将class文件放到包路径下。
2.生命周期：
这里写图片描述
编写的JSP页面最终将由web容器编译成对应的servlet，当servlet在容器中运行时，其实例的创建及销毁等都不是有程序猿决定的，而是由web容器进行控制的。
servlet容器负责加载和实例化Servlet，在容器启动时根据设置决定是在启动时初始化（loadOnStartup大于等于0在容器启动时进行初始化，值越小优先级越高），还是延迟初始化直到第一次请求前；
初始化：
init()，执行一些一次性的动作，可以通过ServletConfig配置对象，获取初始化参数，访问ServletContext上下文环境；
请求处理：
servlet容器封装Request和Response对象传给对应的servlet的service方法，对于HttpServlet，就是HttpServletRequest和HttpServletResponse； HttpServlet中使用模板方法模式，service方法根据HTTP请求方法进一步分派到doGet，doPost等不同的方法来进行处理；
对于HTTP请求的处理，只有重写了支持HTTP方法的对应HTTP servlet方法（doGet），才可以支持，否则放回405（Method Not Allowed）。
3.访问servlet的配置参数：
配置servlet时，还可以增加额外的配置参数，通过使用配置参数，可以实现提供更好的可移植性，避免将参数以编码方式写在程序代码中。
配置参数有两种方式：
（1）通过@WebServlet的initParams属性来指定。
（2）通过在web.xml文件的<servlet.../>元素中添加<init-param.../>子元素来指定。
4.Servlet的数量：
Servlet默认是线程不安全的，一个容器中只有每个servlet一个实例。
StandardWrapper源码中写明，这个类负责Servlet的创建，其中SingleThreadModule模式下创建的实例数不能超过20个，也就是同时只能支持20个线程访问这个Serlvet，因此，这种对象池的设计会进一步限制并发能力和可伸缩性。
5.缺点：
开发效率低、 程序可移植性差、 程序可维护性差
6.标准mvc模式中的servlet：
仅作为控制器使用，JavaEE应用架构正是遵循mvc模式的，其中JSP仅作为表现层技术，其作用有两点：1.负责收集用户请求参数；2. 将应用的处理结果、状态、数据呈现给用户。
7.**线程不安全 **：
servlet中默认线程不安全，单例多线程，因此对于共享的数据（静态变量，堆中的对象实例等）自己维护进行同步控制，不要在service方法或doGet等由service分派出去的方法，直接使用synchronized方法，很显然要根据业务控制同步控制块的大小进行细粒度的控制，将不影响线程安全的耗时操作移出同步控制块；
Servlet多线程机制背后有一个线程池在支持，线程池在初始化初期就创建了一定数量的线程对象，通过提高对这些对象的利用率，避免高频率地创建对象，从而达到提高程序的效率的目的。（由线程来执行Servlet的service方法，servlet在Tomcat中是以单例模式存在的， Servlet的线程安全问题只有在大量的并发访问时才会显现出来，并且很难发现，因此在编写Servlet程序时要特别注意。线程安全问题主要是由实例变量造成的,因此在Servlet中应避免使用实例变量。如果应用程设计无法避免使用实例变量，那么使用同步来保护要使用的实例变量，但为保证系统的最佳性能，应该同步可用性最小的代码路径）
8.异步处理：
在Servlet中等待是一个低效的操作，因为这是阻塞操作。
异步处理请求能力，使线程可以返回到容器，从而执行更多的任务。当开始异步处理请求时，另一个线程或回调可以：（1）产生响应；或者，（2）请求分派；或者，（3）调用完成；
关键方法：
启用：让servlet支持异步支持：asyncSupported=true；
启动AsyncContextasyncContext=req.startAsyncContext();或startAsyncContext(req,resp);
完成：asyncContext.complete();必须在startAsync调用之后，分派进行之前调用；同一个AsyncContext不能同时调用dispatch和complete
分派：asyncContext.dispatch();dispatch(Stringpath);dispatch(ServletContextcontext,Stringpath); 不能在complete之后调用； 从一个同步servlet分派到异步servlet是非法的；
超时：
asyncContext.setTimeout(millis); 超时之后，将不能通过asyncContext进行操作，但是可以执行其他耗时操作；
在异步周期开始后，容器启动的分派已经返回后，调用该方法抛出IllegalStateException；如果设置成0或小于0就表示notimeout； 超时表示HTTP连接已经结束，HTTP已经关闭，请求已经结束了。
启动新线程 ：
通过AsyncCOntext.start(Runnable)方法，向线程池提交一个任务，其中可以使用AsyncContext（未超时前）；
事件监听：addListener(newAsyncListener{…})；
onComplete：完成时回调，如果进行了分派，onComplete方法将延迟到分派返回容器后进行调用；
onError：可以通过AsyncEvent.getThrowable获取异常；
onTimeout：超时进行回调；
onStartAsync：在该AsyncContext中启动一个新的异步周期（调用startAsyncContext）时，进行回调；
超时和异常处理，步骤：
（1）调用所有注册的AsyncListener实例的onTimeout/onError；
（2）如果没有任何AsyncListener调用AsyncContext.complete()或AsyncContext.dispatch()，执行一个状态码为HttpServletResponse .SC_INTERNAL_SERVER_ERROR出错分派；
（3）如果没有找到错误页面或者错误页面没有调用AsyncContext.complete()/dispatch()，容器要调用complete方法；
servlet生命终止：
servlet容器确定从服务中移除servlet时，可以通过调用destroy()方法将释放servlet占用的任何资源和保存的持久化状态等。调用destroy方法之前必须保证当前所有正在执行service方法的线程执行完成或者超时；
之后servlet实例可以被垃圾回收，当然什么时候回收并不确定，因此destroy方法是是否必要的。
（3）运行原理：
当Web服务器接收到一个HTTP请求时，它会先判断请求内容——如果是静态网页数据，Web服务器将会自行处理，然后产生响应信息；如果牵涉到动态数据，Web服务器会将请求转交给Servlet容器。此时Servlet容器会找到对应的处理该请求的Servlet实例来处理，结果会送回Web服务器，再由Web服务器传回用户端。
针对同一个Servlet，Servlet容器会在第一次收到http请求时建立一个Servlet实例，然后启动一个线程。第二次收到http请求时，Servlet容器无须建立相同的Servlet实例，而是启动第二个线程来服务客户端请求。所以多线程方式不但可以提高Web应用程序的执行效率，也可以降低Web服务器的系统负担。
下图粗暴解释了请求到容器流程
这里写图片描述
下图解释了请求到容器到servlet周期流程
文字解说：
1.客户发出请求—>Web 服务器转发到Web容器Tomcat；
2.Tomcat主线程对转发来用户的请求做出响应创建两个对象：HttpServletRequest和HttpServletResponse；
3.从请求中的URL中找到正确Servlet，Tomcat为其创建或者分配一个线程，同时把步骤2创建的两个对象传递给该线程；
4.Tomcat调用Servlet的servic()方法，根据请求参数的不同调用doGet()或者doPost()方法；
5.假设是HTTP GET请求，doGet()方法生成静态页面，并组合到响应对象里；
Servlet线程结束时：Tomcat将响应对象转换为HTTP响应发回给客户，同时删除请求和响应对象。
可以理解Servlet的生命周期：Servlet类加载（对应3步）；Servlet实例化（对应3步）；调用init方法（对应3步）；调用service()方法（对应4、5步）；；调用destroy()方法（对应6步）。
注意：
1.创建Servlet对象的时机：
Servlet容器启动时：读取web.xml配置文件中的信息，构造指定的Servlet对象，创建ServletConfig对象，同时将ServletConfig对象作为参数来调用Servlet对象的init方法。
在Servlet容器启动后：客户首次向Servlet发出请求，Servlet容器会判断内存中是否存在指定的Servlet对象，如果没有则创建它，然后根据客户的请求创建HttpRequest、HttpResponse对象，从而调用Servlet 对象的service方法。
Servlet Servlet容器在启动时自动创建Servlet，这是由在web.xml文件中为Servlet设置的<load-on-startup>属性决定的。从中我们也能看到同一个类型的Servlet对象在Servlet容器中以单例的形式存在。
2.在Servlet接口和GenericServlet中是没有doGet（）、doPost（）等等这些方法的，HttpServlet中定义了这些方法，但是都是返回error信息，所以，我们每次定义一个Servlet的时候，都必须实现doGet或doPost等这些方法。我们经常使用的httpServlet是继承于GenericServlet实现的。
二、剖析JSP
（1）概述：
JSP和Servlet的本质是一样的，因为JSP最终需要编译成Servlet才能运行，换句话说JSP是生成Servler的草稿文件。
JSP就是在HTML中嵌入Java代码，或者使用JSP标签，包括使用用户自定义标签，从而可以动态的提供内容。早起JSP应用比较广泛，一个web应用可以全部由JSP页面组成，只需要少量的JavaBean即可，但是这样导致了JSP职责过于复杂，这是Java EE标准的出现无疑是雪中送炭，因此JSP慢慢发展成单一的表现技术，不再承担业务逻辑组件以及持久层组件的责任。
原理概述：（一会详解）
JSP的本质是servlet，当用户指定servlet发送请求时，servlet利用输出流动态生成HTML页面。由于包含大量的HTML标签。静态文本等格式导致servlet的开发效率极低，所有的表现逻辑，包括布局、色彩及图像等，都必须耦合在Java代码中，起静态的部分无需Java程序控制，只有那些需要从数据库读取或者需要动态生成的页面内容才使用Java脚本控制。
因此，JSP页面内容有以下两部分组成：
静态部分：HTML标签
动态部分：Java脚本
（2）基本知识：
指令就省略了吧，随便查都有一堆。
重点讲讲它的内置对象：
首先，我们可以自己去一个目录去看看jsp编译成servlet的代码。目录是：你的eclipse的工作目录下：比如：E:\eclipse\workplace.metadata.plugins\org.eclipse.wst.server.core\tmp0\work\
从中，我们可以看到有九个隐藏对象，一些就final了，一些没有。
1.request（使用最多）：HttpServletRequest的一个对象（在JSP页面可能会用到）。
Request范围只针对服务器端跳转。用于接收客户端发送而来的请求信息。
注意：单一的参数可以使用getParameter()接收，而一组参数要用getParameterValues()接收。但要小心，如果getParameter和getParameterValues接收参数时，返回内容是null，就可能产生NullPointerException，所以最好判断接收来的参数是否为null。
获取头信息的名称，可使用request的getHeaderNames()方法；而要想取出每个头信息的内容则需使用getHeader()方法。比如：语言、主机、Cookie等。
2.Response:
HttpServletResponse的一个对象（在JSP页面中几乎不会调用response的任何方法）
主要作用：对客户端的请求进行回应，将Web服务器处理后的结果发回给客户端。
设置头信息：客户端与服务器端经常需要发送许多额外信息。服务器端可通过setHeader方法，将头信息设置为refresh，并指定刷新时间，还有跳转的路径URL。如：例子就是那些页面经常提示的“3秒后跳转到首页”这样的操作。
如果定时为0，则为无条件跳转。注意：定时跳转属于客户端跳转。而且这种设置跳转头信息的方式，单纯html也可以做，所以要结合实际考虑，如需请求的是动态页则需JSP进行编写
3.pageContext：
页面的上下文，表示当前页面，是一个PageContext的一个对象，可以从该对象中获取到其他8个隐含对象，也可以从中获取到当前页面的其他信息。（学习自定义标签时使用它，JSP页面上很少直接使用，1`但很重要）。作用范围仅在当前页面。实际上pageContext可以设置任意范围的属性，而其他操作也是对这一功能的再度包装而已。但一般习惯于使用pageContext对象设置保存在一页范围的属性。很少使用他进行设置其他范围的属性。
4.session：
代表浏览器和服务器的一次会话，是HttpSession的一个对象，后面详细学习。这个session属性设置后，可在任何一个与设置页面相关的页面中获取。也就是不管是客户端跳转还是服务器端跳转都可以取得属性。但是如果再打开一个新的浏览器访问该jsp页面，则无法取得session属性。因为每个新的浏览器连接上服务器后就是一个新的session。
5.application：
代表当前web应用。是ServletContext对象。这个设置的属性可让所有用户(session)都看得见。这样的属性保存在服务器上。
6.config：
前JSP对应的Servlet的ServletConfig对象（开发的时候几乎不用）。若需要访问当前JSP配置的初始化参数，需要通过映射的地址才可以。
映射JSP方式：
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7.out：
作用：完成页面的输出操作。但在开发中，一般是使用表达式完成输出的。
JspWriter对象，经常调用out.println() 可以直接把字符串打印到浏览器上。
8.page
指向当前JSP对应的Servlet对象的引用，但为Object类型，只能调用Object类的方法（几乎不使用）。就是当前JSP对象。
9.exception：
在声明了page 指令的isErrorPage=”true”时，才可以使用。<%@ page isErrorPage="true"%>
大致使用频率：
pageContext，request，session，application；（对属性的作用域的范围从小到大）
out，response，config，page，exception
（3）JSP运行原理：
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