Servlet的执行原理与生命周期

最新推荐文章于 2023-01-03 10:04:04 发布

nju.拈花

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分类专栏： javaee 文章标签： javaee servlet

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先从 Servlet 容器说起：大家最为熟悉的 Servlet 容器就是 Tomcat ，Servlet 容器是如何管理 Servlet 的？

先看一下 Tomcat 的容器模型：

从上图可以看出 Tomcat 的容器分为四个等级，真正管理 Servlet 的容器是 Context 容器，一个 Context 对应一个 Web 工程。

Tomcat 的容器等级中，Context 容器是直接管理 Servlet 在容器中的包装类Wrapper（StandardWrapper）的容器，所以 Context 容器如何运行将直接影响 Servlet 的工作方式。

这里解释一下 Servlet 的包装类：StandardWrapper，这里有个疑问，为什么要将 Servlet 包装成 StandardWrapper 而不直接是 Servlet 对象。因为 StandardWrapper 是 Tomcat 容器中的一部分，它具有容器的特征，而 Servlet 为一个独立的 Web 开发标准，不应该强耦合在 Tomcat 中。

除了将 Servlet 包装成 StandardWrapper 并作为子容器添加到 Context 中，其它的所有 web.xml 属性都被解析到 Context 中，所以说 Context 容器才是真正运行 Servlet 的 Servlet 容器。一个 Web 应用对应一个 Context 容器，容器的配置属性由应用的 web.xml 指定，这样我们就能理解 web.xml 到底起到什么作用了。

Servlet 的工作过程：

Web 服务器在与客户端交互时 Servlet 的工作过程是：

客户端对 Web 服务器发出请求；
Web 服务器接收到请求后将其发送给 Servlet ；
Servlet 容器为此产生一个实例对象并调用 Servlet API 中相应的方法来对客户端 HTTP 请求进行处理，然后将处理的响应结果返回给 Web 服务器；
Web 服务器将从 Servlet 实例对象中收到的响应结构发送回客户端。

Servlet 的生命周期：

如上图所示，Servlet 的生命周期可以分为四个阶段，即装载类及创建实例阶段、初始化阶段、服务阶段和实例销毁阶段。下面针对每个阶段的编程任务及注意事项进行详细的说明。

创建 Servlet 实例：

在默认情况下 Servlet 实例是在第一个请求到来的时候创建，以后复用。如果有的 Servlet 需要复杂的操作需要载初始化时完成，比如打开文件、初始化网络连接等，可以通知服务器在启动的时候创建该 Servlet 的实例。具体配置如下：

<servlet>
      <servlet-name>TimeServlet</servlet-name>
      <servlet-class>com.allanlxf.servlet.basic.TimeServlet</servlet-class>
      <load-on-startup>1</load-on-startup>
</servlet>

创建 Servlet 对象的相关类结构：

初始化

一旦 Servlet 实例被创建，Web 服务器会自动调用 init(ServletConfig config) 方法来初始化该 Servlet 。其中方法参数 config 中包含了 Servlet 的配置信息，比如初始化参数，该对象由服务器创建。

如何配置 Servlet 的初始化参数？

在 web.xml 中该 Servlet 的定义标记中，比如：

<servlet>
       <servlet-name>TimeServlet</servlet-name>
       <servlet-class>com.allanlxf.servlet.basic.TimeServlet</servlet-class>
       <init-param>
            <param-name>user</param-name>
            <param-value>username</param-value>
       </init-param>
       <init-param>
           <param-name>blog</param-name>
           <param-value>http://。。。</param-value>
       </init-param>
</servlet>

配置了两个初始化参数 user 和 blog 它们的值分别为 username 和 http://。。。，这样以后要修改用户名和博客的地址不需要修改 Servlet 代码，只需修改配置文件即可。

如何读取 Servlet 的初始化参数？

ServletConfig 中定义了如下的方法用来读取初始化参数的信息：

public String getInitParameter(String name)

参数：初始化参数的名称。
返回：初始化参数的值，如果没有配置，返回 null 。

init(ServletConfig) 方法执行次数

在 Servlet 的生命周期中，该方法执行一次。

init(ServletConfig) 方法与线程

该方法执行在单线程的环境下，因此开发者不用考虑线程安全的问题。

init(ServletConfig) 方法与异常

该方法在执行过程中可以抛出 ServletException 来通知 Web 服务器 Servlet 实例初始化失败。一旦 ServletException 抛出，Web 服务器不会将客户端请求交给该 Servlet 实例来处理，而是报告初始化失败异常信息给客户端，该 Servlet 实例将被从内存中销毁。如果再来新的请求，Web 服务器会创建新的 Servlet 实例，并执行新实例的初始化操作。

服务

一旦 Servlet 实例成功创建及初始化，该 Servlet 实例就可以被服务器用来服务于客户端的请求并生成响应。在服务阶段 Web 服务器会调用该实例的 service(ServletRequest request, ServletResponse response) 方法，request 对象和 response 对象由服务器创建并传给 Servlet 实例。request 对象封装了客户端发往服务器端的信息，response 对象封装了服务器发往客户端的信息。

service() 方法的职责

service() 方法为 Servlet 的核心方法，客户端的业务逻辑应该在该方法内执行，典型的服务方法的开发流程为：

解析客户端请求-〉执行业务逻辑-〉输出响应页面到客户端。

service() 方法与线程

为了提高效率，Servlet 规范要求一个 Servlet 实例必须能够同时服务于多个客户端请求，即 service() 方法运行在多线程的环境下，Servlet 开发者必须保证该方法的线程安全性。

service() 方法与异常

service() 方法在执行的过程中可以抛出 ServletException 和 IOException 。其中 ServletException 可以在处理客户端请求的过程中抛出，比如请求的资源不可用、数据库不可用等。一旦该异常抛出，容器必须回收请求对象，并报告客户端该异常信息。IOException 表示输入输出的错误，编程者不必关心该异常，直接由容器报告给客户端即可。

编程注意事项说明：

1) 当 Server Thread 线程执行 Servlet 实例的 init() 方法时，所有的 Client Service Thread 线程都不能执行该实例的 service() 方法，更没有线程能够执行该实例的 destroy() 方法，因此 Servlet 的 init() 方法是工作在单线程的环境下，开发者不必考虑任何线程安全的问题。

2) 当服务器接收到来自客户端的多个请求时，服务器会在单独的 Client Service Thread 线程中执行 Servlet 实例的 service() 方法服务于每个客户端。此时会有多个线程同时执行同一个 Servlet 实例的 service() 方法，因此必须考虑线程安全的问题。

3) 请大家注意，虽然 service() 方法运行在多线程的环境下，并不一定要同步该方法。而是要看这个方法在执行过程中访问的资源类型及对资源的访问方式。分析如下：

i. 如果 service() 方法没有访问 Servlet 的成员变量也没有访问全局的资源比如静态变量、文件、数据库连接等，而是只使用了当前线程自己的资源，比如非指向全局资源的临时变量、request 和 response 对象等。该方法本身就是线程安全的，不必进行任何的同步控制。

ii. 如果 service() 方法访问了 Servlet 的成员变量，但是对该变量的操作是只读操作，该方法本身就是线程安全的，不必进行任何的同步控制。

iii. 如果 service() 方法访问了 Servlet 的成员变量，并且对该变量的操作既有读又有写，通常需要加上同步控制语句。

iv. 如果 service() 方法访问了全局的静态变量，如果同一时刻系统中也可能有其它线程访问该静态变量，如果既有读也有写的操作，通常需要加上同步控制语句。

v. 如果 service() 方法访问了全局的资源，比如文件、数据库连接等，通常需要加上同步控制语句。

销毁

当 Web 服务器认为 Servlet 实例没有存在的必要了，比如应用重新装载，或服务器关闭，以及 Servlet 很长时间都没有被访问过。服务器可以从内存中销毁（也叫卸载）该实例。Web 服务器必须保证在卸载 Servlet 实例之前调用该实例的 destroy() 方法，以便回收 Servlet 申请的资源或进行其它的重要的处理。

Web服务器必须保证调用 destroy() 方法之前，让所有正在运行在该实例的 service() 方法中的线程退出或者等待这些线程一段时间。一旦 destroy() 方法已经执行，Web 服务器将拒绝所有的新到来的对该 Servlet 实例的请求，destroy() 方法退出，该 Servlet 实例即可以被垃圾回收。

Servlet 解析客户端 HTTP 请求流程图：

Web 客户端向 Servlet 容器发出 HTTP 请求；
Servlet 容器解析 Web 客户端的 HTTP 请求；
Servlet 容器创建一个 HttpServletRequest 对象，在这个对象中封装了 HTTP 请求信息；
Servlet 容器创建一个 HttpServletResponse 对象；
Servlet 容器（如果访问的该 Servlet 不是在服务器启动时创建的，则先创建 Servlet 实例并调用 init() 方法初始化对象）调用 HttpServlet 的 service() 方法，把 HttpServletRequest 和 HttpServletResponse 对象做为 service 方法的参数传给 HttpServlet 对象；
HttpServlet 调用 HttpServletRequest 的有关方法，获取 HTTP 请求信息；
HttpServlet 调用 HttpServletResponse 的有关方法,生成响应数据；
Servlet 容器把 HttpServlet 的响应结果传给 Web 客户端。