【Servlet学习二】Servlet原理(Tomcat)&& ServletAPI

目录

🌟一、Servlet运行原理

🌈1、Servlet的执行原理（重点）

🌈2、Tomcat伪代码的简单理解

2.1  Tomcat初始化流程

2.2  Tomcat处理请求流程

2.3 Servlet 的 service 方法的实现

🌟二、Servlet API 详解

1、HttpServlet

2、HttpServletRequest

3、HttpServletResponse

面试题：请求转发与请求重定向的区别？

🌟一、Servlet运行原理

🌈1、Servlet的执行原理

1、问题：

        在Servlet的代码中我们并没有写main方法，那么对应的doGet方法是如何被调用的？响应又是如何返回给浏览器的？这就和Tomcat有关了。

---

2、Servlet的具体执行过程

我们自己的实现是在Tomcat中实现的。

        客户端发送请求——>到Tomcat的webServer——>Servlet管理器（多个）——>Servlet实例。

        总结起来，Servlet工作原理是：客户端发送请求到Web服务器，Web服务器把请求交给Servlet容器，Servlet容器根据请求的URI来确定应该由哪一个Servlet来处理请求，Servlet容器调用Servlet的init()、service()等方法，Servlet实例根据请求对象进行相应的业务逻辑处理，并把处理结果存储到响应对象中，最终Web服务器把响应返回给客户端。
        具体过程：

（1）接收请求

• 用户在浏览器输入一个URL，此时浏览器就会构造出一个HTTP请求；
• HTTP请求开始从应用层往下逐层封装数据（打包）得到一个二进制的bit流，最后通过物理层将数据传输给服务器端的物理层；
• 服务器端的物理层接收到数据之后，开始从物理层往上逐层分用，层层解析数据（解析），最终还原出HTTP请求，并交给Tomcat进程进行处理（根据端口号确定进程）
• Tomcat通过Socket读取到这个请求（一个字符串），并按照HTTP请求的格式来解析这个请求：根据请求中的Context Path确定一个webapp，再通过Servlet Path确定一个具体的类，再根据当前请求的方法（GET或者POST或其他）决定调用这个类的doGet或者doPost方法。此时我们的代码中的doGet或者doPost方法的第一个参数HttpServletRequest 就包含了这个 HTTP 请求的详细信息。

（2）根据请求计算响应

        在我们的doGet或者doPost执行完毕之后，就执行到了我们自己的代码。我们的代码会根据请求中的一些信息，来给HttpServletResponse对象设置一些属性：比如状态码，header，body等。

（3）返回响应

• 等我们的doGet或者doPost执行结束之后，Tomcat就会自动将HttpServletResponse这个我们刚设置好的对象转化为一个符合HTTP协议的字符串，通过Socket将这个响应发送出去；
• 然后响应数据在服务器的主机上又通过网络协议栈层层封装，得到一个二进制的bit流，通过物理层将数据传输出去；
• 此时浏览器的物理层收到了响应数据，从下往上到应用层将数据进行分用，还原成HTTP响应，交给浏览器处理；
• 浏览器通过Socket读到这个响应（一个字符串），按照HTTP响应的格式来解析这个响应，并将body中的数据按照一定的格式显示在浏览器的界面上。

 🌈2、Tomcat伪代码的简单理解

 2.1  Tomcat初始化流程

class Tomcat {
    //2、存储所有的Servlet对象
    private List<Servlet> instanceList = new ArrayList<>();

    //3、定义start方法
    public void start(){
        //（1）根据约定，读取WEB-INF/web.xml配置文件
        //（2）解析出@webServlet注解修饰的类
        //（3）假设这个数组中就包含了我们解析到的所有被@webServlet注解修饰的类
        Class<Servlet>[] allServletClasses = ...;

        //（4）实例化出所有的Servlet对象出来
        for(Class<Servlet> cls : allServletClasses){
            //注意：这里是利用java的反射做的，实际上还涉及到一个类的加载问题，因为我们的类字节码文件是按照约定的方式，全部在WEB-INF/classes文件夹下存放的，所以TOmcat内部实现了一个自定义的类加载器C（ClassLoader）来负责这部分工作
            Servlet ins = cls.newInstance();
            instanceList.add(ins);
        }
        
        //（5）调用每个Servlet对象的init（）方法，每个init()方法在对象的生命周期中只会调用一次
        for(Servlet ins : instanceList){
            ins.init();
        }

        //（6）启动一个HTTP服务器，并用线程池的方式分别处理每一个Request
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
       //注意：实际上tomcat并不是用的固定线程池，这里只是为了说明情况

        while(true){
            Socket socket = ServerSocket.accpect();
            // 每个请求都是用一个线程独立支持，这里体现了我们 Servlet 是运行在多线程环境下的
            pool.execute(new Runnable() {
                doHttpRequest(socket);
            });
        }
        
        //（7）调用每个 Servlet 对象的 destroy() 方法，这个方法在对象的生命中只会被调用这一次;
        for (Servlet ins : instanceList) {
            ins.destroy();
        }
    }

    //1、main方法
    public static void main(String[] args) {
        new Tomcat().start();
    }

Tomcat初始化流程总结：

        内置main方法，启动start（）——>获取@webServlet注解修饰的类——>通过反射获取@注解修饰的类的实例——>实例调用init()——>Tomcat使用多线程的方式实现多个Http请求的响应——>销毁实例：destory（）

         Tomcat在启动的时候，自己有一个main方法，Servlet自己里面没有main方法，Tomcat在启动的时候，会在整个工程里面找所有加了注解@webServlet（“URL”）的类， 并将它识别为Servlet，调用init()方法初始化；而且会找到注解相应的路径，根据用户URL中的地址，解析出时哪一个Servlet，再执行它的doGet和doPost方法。

（1）Tomcat的代码中内置了main方法，当我们启动Tomcat之后，就是从Tomcat的main方法开始指定的；

（2）被@webServlet注解修饰的类会在Tomcat启动的时候就被获取到，并集中管理；

（3）Tomcat通过反射这种语法机制来创建被@webServlet注解修饰的类的实例；

（4）这些实例被创建完成之后，会调用其中的init方法进行初始化；

注意：这个init（）方法在整个生命周期中只会执行一次。并且这个方法是HttpServlet自带的，我们自己写的类可以重写init；

（5）这些实例被销毁之前，会调用destory()方法；（同样这个类也是HttpServlet自带的，可以自己重写。）

（6）Tomcat内部也是通过Socket API进行网络通信的；

（7）Tomcat为了同时响应多个Http请求，采取了多线程的方式实现。因此Servlet是运行在多线程环境下的。

2.2  Tomcat处理请求流程

在2.1的初始化代码中，有一段用来处理请求的，我们来具体看一下这段代码的含义。

class Tomcat{

    //处理请求
    void doHttpRequest(Socket socket){
        //（1）进行HTTP协议的请求解析和响应构建
        HTtpServletRequest req = HttpServletRequest.parse(socket);
        HTtpServletRequest resp = HttpServletRequest.build(socket);
        //（2）判断URL对应的文件是否可以在我们的根路径上找到对应的文件，如果可以找到，就是静态内容，直接使用IO进行内容输出
        if(file.exists()){
            //返回静态内容
            return;
        }
        //（3）否则就是动态内容
        //按照URL——servlet-name —— Servlet独享的链条，最终找到要处理本次请求的Servlet对象
        Servlet ins = findInstance(req.getURL());
        
        //（4）调用Servlet对象的service方法，这里就会最终调用到我们最终写的HttpServlet的子类里面的方法了
        try {
            ins.service(req, resp);
        } catch (Exception e) {
        // 返回 500 页面，表示服务器内部错误
}
    }
}

Tomcat 处理请求流程小结：
（1）Tomcat从Socket中读取到的HTTP请求是一个字符串，因此会按照HTTP协议的格式解析成一个HttpServletRequest 对象；

 （2）Tomcat会根据URL的path判定这个请求是请求一个静态资源还是动态资源：如果是静态资源，直接找到对应的文件将文件中的内容通过Socket返回；如果 是动态资源，才会执行到Servlet的相关逻辑；

（3）Tomcat会根据URL中的Context Path和Servlet Path确定要调用哪个Servlet实例的service方法；

（4）通过Service方法，就会进一步调用到我们之前写的doGet或者doPost方法。

 2.3 Servlet 的 service 方法的实现

在2.2节doHttpRequest方法下：

class Servlet {
    public void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) {
        String method = req.getMethod();
        if (method.equals("GET")) {
            doGet(req, resp);
        } else if (method.equals("POST")) {
            doPost(req, resp);
        } else if (method.equals("PUT")) {
            doPut(req, resp);
        } else if (method.equals("DELETE")) {
            doDelete(req, resp);
        }
    ......
    }
}

 Servlet 的 service 方法的实现小结：

（1）Servlet的service方法内部会根据当前请求的方法来决定调用其中的某个doXXX方法；

（2）在调用doXXX方法的时候，就会触发多态机制，从而执行到我们自己写的子类中的doXXX方法。

---

问题：理解此处的多态

（1）我们前面【Servlet学习一】代码中的Demo1_HelloServlet类，继承自HttpServlet，HttpServlet又继承于Servlet。因此相当于Demo1_HelloServlet是Servlet的子类；

（2）接下来在Tomcat启动阶段，Tomcat就根据注解的描述，创建了Demo1_HelloServlet的实例，然后将实例放在了Servlet数组中；

（3）后面我们根据请求的URL从数组中获取到了Demo1_HelloServlet实例，但是我们是通过Servlet ins这样的父类引用来获取到Demo1_HelloServlet实例的；

（4）最后, 我们通过 ins.doGet() 这样的代码调用 doGet 的时候, 正是 "父类引用指向子类对象"，此时就会触发多态机制，从而调用到我们之前在 Demo1_HelloServlet中所实现的 doGet 方法。

等价代码：

Servlet ins = new Demo1_HelloServlet();
ins.doGet(req, resp);

🌟二、Servlet API 详解

我们之前介绍过，实现的一个简单的Servlet的部分代码如下：

写 Servlet 代码的时候, 首先第一步就是先创建类, 继承自 HttpServlet, 并重写其中的某些方法。

有了HttpServlet才有后续的HttpServletRequest和HttpServletResponse，因此主要介绍这三部分。

1、HttpServlet

我们写 Servlet 代码的时候，首先第一步就是先创建类，继承自 HttpServlet，并重写其中的某些方法。核心方法：

实际开发过程中主要重写doGet与doPost方法，其他方法都很少使用。

2、HttpServletRequest

注意：请求对象是服务器收到的内容, 不应该修改。因此上面的方法也都只是 "读" 方法， 而不是 "写"方法。

3、HttpServletResponse

        Servlet 中的 doXXX 方法的目的就是根据请求计算得到响应， 然后把响应的数据设置到
HttpServletResponse 对象中。然后 Tomcat 就会把这个 HttpServletResponse 对象按照 HTTP 协议的格式，转成一个字符串, 并通过Socket 写回给浏览器。

注意: 响应对象是服务器要返回给浏览器的内容，这里的重要信息都是程序猿设置的。因此上面的方法都是 "写" 方法。注意: 对于状态码/响应头的设置要放到 getWriter / getOutputStream 之前，否则可能设置失效。

面试题：请求转发与请求重定向的区别？

区别：

（1）定义不同

•  请求转发（Forward）：发生在服务器程序内部：当服务器端接收到一个客户端的请求之后，会先将请求转发给目标地址，然后再将目标地址返回的结果给客户端，而客户端对这是毫无感知的。这就好比，张三（客户端）找李四（服务器端）借钱，而李四没钱，于是李四又去王五那借钱，并把钱借给了张三，整个过程中张三只借了一次款，剩下的事情都是李四完成的，这就是请求转发。
• 请求重定向（Redirect）：请求重定向指的是服务器端在接收到客户端的请求之后，会给客户端返回一个临时响应头，这个临时响应头中记录了，客户端需要再次发送请求（重定向）的URL地址，客户端接收到地址之后，会将请求发送到新的地址上，这就是请求重定向。这就好像张三（客户端）找李四（服务器端）借钱，李四没钱，于是李四就告诉张三，“我没钱，你去王五那借“，于是张三又去王五家借到了钱，这就是请求重定向。

（2）请求方不同：请求转发是服务器端的行为，服务器端代替客户端发送请求，并将结果返回给客户端；而请求重定向是客户端的行为。

（3）数据共享不同：请求转发是服务器端实现的，因此整个交互过程中使用的都是同一个 Request 请求对象和一个 Response 响应对象，请求和返回的数据是共享的；而请求重定向客户端发送两次完全不同的请求，所以两次请求中的数据是不同的。

（4）最终 URL 地址不同：请求转发过程中 URL 地址是不变的，请求重定向浏览器会重新再发送一次请求，而非刚开始请求的地址，所以 URL 地址发生了改变。

（5）实现代码不同。

        演示请求重定向方法：

import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.annotation.WebServlet;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;

@WebServlet("/redirectServlet")
public class Demo1_RedirectServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        resp.sendRedirect("http://www.baidu.com");
    }
}

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