深入学习（一）—— Servlet的运行流程和源码分析

现在市面上的框架越来越多，从SSH到SSM，再到现在的SpringBoot，微服务，技术更新迭代的速度之快，让学习者都有点应接不暇，有点被技术鞭策着，去学习最新技术的感觉。很多人，在追逐框架技术的道路上会或多或少有些迷失，包括我自己，在追逐框架技术的道路上停不下来，刹不住车。该给自己降降温了，该回头把最基本，最重要的基础-JavaWeb重温一遍了。

学习了这么多框架，从SSH、SSM再到SpringBoot，学会了如何使用，学会了编写CRUD，但都不愿意去啃运行流程、运行源码这块硬骨头。然而，学的越多，越感觉有点底气不足，有点违背了万丈高楼平地起的道理。接下来，就总结一系列关于JavaWeb基础、SSH、SSM运行原理和源码分析的博文，来鞭策自己，让自己慢下来，静下心来。

Servlet

Servlet是JavaWeb里最重要的内容了，这一块所包含的知识点，也是非常的多的。Servlet为创建基于web的应用程序提供了基于组件、独立于平台的方法。

servlet实际上就是一个类，是基于Java服务端的java类，在servlet容器的基础上，servlet就可以在服务端进行运行。

以下是servlet-api.jar的目录结构，servlet-api.jar在tomcat安装目录下的lib文件夹中：

为了方便查看源码，这里直接在IDEA中查看源码。

让我们来看看HelloWorld类的Diagram图。

可以看到，HelloWorld这个Servlet的关系图有：

• 两个顶级接口
  • Servlet
  • ServletConfig
• 接口的实现类
  • GenericServlet
• 基于HTTP协议的实现类
  • HttpServlet

 

 顶级接口：Servlet

package javax.servlet;
import java.io.IOException;

public interface Servlet {
    void init(ServletConfig var1) throws ServletException;

    ServletConfig getServletConfig();

    void service(ServletRequest var1, ServletResponse var2) throws ServletException, IOException;

    String getServletInfo();

    void destroy();
}

 抽象类：GenericServlet

package javax.servlet;

import java.io.IOException;
import java.io.Serializable;
import java.util.Enumeration;

public abstract class GenericServlet implements Servlet, ServletConfig, Serializable {
    
    ...

    public GenericServlet() {
    }

    public void destroy() {
    }

    ...

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

    public void init() throws ServletException {
    }

    public abstract void service(ServletRequest var1, ServletResponse var2) throws ServletException, IOException;

}

 实现类：HttpServlet

package javax.servlet.http;
...

public abstract class HttpServlet extends GenericServlet {

    ...    

    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(405, msg);
        } else {
            resp.sendError(400, 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(405, msg);
        } else {
            resp.sendError(400, msg);
        }

    }

    protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        String method = req.getMethod();
        long lastModified;
        if (method.equals("GET")) {
            lastModified = this.getLastModified(req);
            if (lastModified == -1L) {
                this.doGet(req, resp);
            } else {
                long ifModifiedSince;
                try {
                    ifModifiedSince = req.getDateHeader("If-Modified-Since");
                } catch (IllegalArgumentException var9) {
                    ifModifiedSince = -1L;
                }

                if (ifModifiedSince < lastModified / 1000L * 1000L) {
                    this.maybeSetLastModified(resp, lastModified);
                    this.doGet(req, resp);
                } else {
                    resp.setStatus(304);
                }
            }
        } else if (method.equals("HEAD")) {
            lastModified = this.getLastModified(req);
            this.maybeSetLastModified(resp, lastModified);
            this.doHead(req, resp);
        } else if (method.equals("POST")) {
            this.doPost(req, resp);
        } else if (method.equals("PUT")) {
            this.doPut(req, resp);
        } else if (method.equals("DELETE")) {
            this.doDelete(req, resp);
        } else if (method.equals("OPTIONS")) {
            this.doOptions(req, resp);
        } else if (method.equals("TRACE")) {
            this.doTrace(req, resp);
        } else {
            String errMsg = lStrings.getString("http.method_not_implemented");
            Object[] errArgs = new Object[]{method};
            errMsg = MessageFormat.format(errMsg, errArgs);
            resp.sendError(501, errMsg);
        }

    }

    /* 服务器先调用这个公共的service方法，然后进行request和response强转，然后再调用重载的service方法 */
    public void service(ServletRequest req, ServletResponse res) throws ServletException, IOException {
        HttpServletRequest request;
        HttpServletResponse response;
        try {
            request = (HttpServletRequest)req;
            response = (HttpServletResponse)res;
        } catch (ClassCastException var6) {
            throw new ServletException("non-HTTP request or response");
        }

        this.service(request, response);
    }    

}

HelloWorld.java

package com.test;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;

public class HelloWorld extends HttpServlet {
    private String msg;

    /**
     * 初始化过程
     * @throws ServletException
     */
    public void init() throws ServletException {
        msg = "Hello Servlet!";
    }

    @Override
    public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        //设置响应内容类型
        resp.setContentType("text/html");

        //业务逻辑
        PrintWriter out = resp.getWriter();
        out.print("<h1>" + msg + "</h1>");

    }

    @Override
    public void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        this.doGet(req, resp);
    }
}

 

 

先简单的说一下本地运行的Servlet运行的流程：

① 在浏览器输入url，发送请求 ——> ② 请求发送给服务器 ——> ③ 服务器读取web.xml中的servlet，匹配请求url

——> ④ 进入servlet生命周期 ——> ⑤ 调用service()方法 ——> ⑥ 根据请求方式调用doGet或doPost方法

——> ⑦ 处理业务逻辑，返回json/html/xml

每步流程的粗略总结：

①~②：在浏览器中输入url，敲回车。浏览器发送请求，包括请求方法URI协议、版本，请求头，请求正文。然后请求发送至tomcat服务器，tomcat服务器收到请求后，会创建一个request对象，然后把收到的请求信息封装到request对象里面。

③：tomcat加载完web.xml后，会等待用户发送请求。当tomcat服务器收到用户发送的请求后，会调用一个mapper的internalMapWrapper方法，这方法是org.apache.tomcat.util.http.mapper.Mapper类中的一个方法。然后找到对应url-pattern的servlet。

④：进入servlet生命周期（servlet的init()方法早在servlet容器也就是tomcat启动的时候就调用了，并且只调用一次。）然后调用service()方法来处理客户端的请求。

⑤~⑥：调用service()方法，在该方法中，将ServletRequest和ServletResponse强转为HttpServletRequest和HttpServletResponse，然后重载service()方法。在重载service()方法里，会根据请求方式来判断是调用doGet()还是doPost()方法。

⑦：在对应的doGet()或doPost()方法里处理业务逻辑，返回json/html/xml作为响应。这个响应会返回给tomcat服务器，然后tomcat服务器再对这个响应进行包装、渲染，并以HTTP响应的形式发送给客户端。

如果tomcat服务器关闭或重启，servlet就被destroy，然后被垃圾回收器进行垃圾回收。

 

总结一下Servlet的三种实现方式：

1. 实现顶级Servlet接口
2. 继承抽象类GenericServlet
3. 继承抽象类HttpServlet

需要注意的是，顶级Servlet和抽象类GenericServlet都只有service方法，所以当收到客户端发送过来的请求后，需要判断是POST还是GET请求。

 

Servlet容器

什么是Servlet容器呢？Servlet容器实际上就是tomcat。tomcat的一个重要作用就是作为Servlet容器，用于在发送的请求和响应之上提供网络服务，解码基于MIME的请求，格式化MIME的响应。Servlet必须部署到Servlet容器中，由容器来实例化Servlet和收到请求后调用Servlet的方法（例如doPost和doGet方法）。

以Servlet容器的角度来看看客户端发送请求，服务端响应的过程。

用户通过单击某个链接或者直接在浏览器的地址栏中输入URL来访问Servlet，Web服务器接收到该请求后，并不是将 请求直接交给Servlet，而是交给Servlet容器。Servlet容器实例化Servlet，调用Servlet的一个特定方法对请求进行处理， 并产生一个响应。这个响应由Servlet容器返回给Web服务器，Web服务器包装这个响应，以HTTP响应的形式发送给Web浏览器。

总结一下Servlet容器的作用：

提供作用	作用内容
通信支持	利用容器提供的方法，你能轻松的让servlet与web服务器对话，而不用自己建立serversocket、监听某个端口、创建流等 等。容器知道自己与web服务器之间的协议，所以你的servlet不用担心web服务器（如Apache）和你自己的web代码之间的API，只需要考 虑如何在servlet中实现业务逻辑（如处理一个订单）
生命周期管理	servlet容器控制着servlet的生与死，它负责加载类、实例化和初始化servlet，调用servlet方法，以及使servlet实例被垃圾回收，有了servlet容器，你不需要太多的考虑资源管理。
多线程支持	容器会自动为它所接收的每个servlet请求创建一个新的java线程。针对用户的请求，如果servlet已经运行完相应的http服务方法，这个线程就会结束。这并不是说你不需要考虑线程安全性，其实你还会遇到同步问题，不过这样能使你少做很多工作。
声明方式实现安全	利用servlet容器，你可以使用xml部署描述文件来配置和修改安全性，而不必将其硬编码写到servlet类代码中。
JSP支持	servlet容器负责将jsp代码翻译为真正的java代码。