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  • Servlet运行原理

     

    一:servlet定义

    Servlet是一个Java应用程序,运行在服务器端,用来处理客户端请求并作出响应的程序。

    Servlet多线程体系结构是建立在Java多线程机制之上的,它的生命周期是由Web容器负责的。

          当客户端第一次请求某个Servlet时,Servlet容器将会根据web.xml配置文件实例化这个Servlet类,此时它贮存于内存中。。当有新的客户端请求该Servlet时,一般不会再实例化该Servlet类,也就是有多个线程在使用这个实例。 这样,当两个或多个线程同时访问同一个Servlet时,可能会发生多个线程同时访问同一资源的情况,数据可能会变得不一致。所以在用Servlet构建的Web应用时要注意线程安全的问题。每一个请求都是一个线程,而不是进程,因此,Servlet对请求的处理的性能非常高。

            对于Servlet,它被设计为多线程的(如果它是单线程的,你就可以想象,当1000个人同时请求一个网页时,在第一个人获得请求结果之前,其它999个人都在郁闷地等待),如果为每个用户的每一次请求都创建 一个新的线程对象来运行的话,系统就会在创建线程和销毁线程上耗费很大的开销,大大降低系统的效率。

    因此,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)

     Struts2的Action是原型,非单实例的;会对每一个请求,产生一个Action的实例来处理。

              解决servlet线程安全的方案:同步对共享数据的操作 Synchronized (this){...}、避免使用实例变量

    ①客户端向服务器端发出请求;

    ②这个过程比较重要,这时Tomcat会创建两个对象:HttpServletResponse和HttpServletRequest。并将它们的引用(注意是引用)传给刚分配的线程;

    ③线程开始着手接洽servlet;

    ④servlet根据传来的是GET和POST,分别调用doGet()和doPost()方法进行处理;

    ⑤和⑥servlet将处理后的结果通过线程传回Tomcat,并在之后将这个线程销毁或者送还线程池;

    ⑦Tomcat将处理后的结果变成一个HTTP响应发送回客户端,这样,客户端就可以接受到处理后的结果了。

    二:简单servlet实例 

    //导入所需的包

    import javax.servlet.http.*;

    import javax.servlet.*;

    import java.io.*;

    public class FirstServlet extends HttpServlet {

    //处理请求的方法

    public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)

    throws ServletException, java.io.IOException {

    //数据发送给客户端—>控制台方式输出

    //System.out.println(“Hello Servlet”);

    //数据发送给客户端—>HTML页面输出

    resp.setContentType(“text/html”);

    resp.getWriter().print(“<html>”);

    resp.getWriter().print(“<head>”);

    resp.getWriter().print(“</head>”);

    resp.getWriter().print(“<body>”);

    resp.getWriter().print(“Hello World”);

    resp.getWriter().print(“</body>”);

    resp.getWriter().print(“</html>”);

    }

    }

    三:servlet配置到Tomcat中去

    Tomcat是一个web容器,也叫web服务器。我们都知道J2EE有十三个标准,这些标准大部分都是接口,Tomcat只是实现了JSP 和 servlet 开发标准。实现了所有的开发标准,就是应用程序服务器,比如Jboss。

    编译好的servlet类只能运行在tomcat容器中,客户端浏览器不可以直接访问Servlet,需要在web.xml中配置一下 

    <servlet>

    <servlet-name>FirstServlet</servlet-name>

    <servlet-class>FirstServlet</servlet-class>

    </servlet>

    <servlet-mapping>

    <servlet-name>FirstServlet</servlet-name>

    <url-pattern>/servlet/FirstServlet</url-pattern>

    </servlet-mapping>

     Tomcat启动成功后,在浏览器中输入http://localhost:8080/abingtest/servlet/FirstServlet

    四:servlet运行原理

    当我们在浏览器中输入http://localhost:8080/abingtest/servlet/FirstServlet的时候,Tomcat是如何找到我们的servlet ,运行,并返回我们想看到的页面的呢。

    1. WebApplication的标准目录结构:

    WEB-INF/classes

    /lib

    Web.xml

    也就是一个完整的web应用程序目录下,必须包含以上的目录结构。

    Classes 文件夹下是项目中用到的类文件,均由JDK编译成了.class文件

    Lib文件夹是我们项目中引用的jar包

    Web.xml是整个web应用程序的配置文档。

    了解了这些,我们再来看Tomcat的工作流程。

    2. Tomcat解析URL

    a) 首先来看URL中包含的信息:”协议” + “端口号” + “路径(项目名称+文件路径)”

    Tomcat启动后,监听我们的8080端口,当有Url请求发过来之后,解析出项目名称 abingtest,然后到webapps目录下搜索到该项目文件夹。

    b) 项目文件找到后,开始寻找类文件。

    这个时候Tomcat去Web.xml文件中寻找<servlet-mapping> 配置节中包含”servlet/FirstServlet”字符串,进而找到该类文件所在的位置。 

    3. Servelt中的doGet() 和 doPost() 方法

    我们写的FirstServlet 继承了HttpServlet ,重写了HttpServlet中的doGet() 方法,HttpServlet中还有一个doPost()方法。这两个方法都是用来处理Http请求的。Servlet会根据我们提交表单的方法(method=post/get)调用service方法来自动选择(我们在下一篇文章中来详细说明一下Service方法是如何自动调用FirstServlet中的doGet()方法的)

    4. Servlet如何接收数据

    import javax.servlet.http.*;

    import javax.servlet.*;

    import java.io.*;

    public class FirstServlet extends HttpServlet {

    public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)

    throws ServletException, java.io.IOException {

    //获取表单数据

    String userName = request.getParameter(“userName”);

    }

    }

     Http协议会将网页中的所有内容包装成为一个request对象传递给servlet ,Servlet通过这个对象拿到表单中的所有数据,处理完成之后,通过Response对象返回给客户端浏览器。

    5. Servlet的生命周期

    Servlet的生命周期是由Tomcat容器管理的

    a) 客户发出请求—>Web 服务器转发到Web容器Tomcat;

    b) 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;

    c) 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2创建的两个对象传递给该线程;

    d) 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;

    e) 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,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。
    从该过程中,我们可以理解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)。

    五:Servlet生命周期的各个阶段

    Servlet运行在Servlet容器中,其生命周期由容器来管理。Servlet的生命周期通过javax.servlet.Servlet接口中的init()、service()和destroy()方法来表示。

    Servlet的生命周期包含了下面4个阶段: 

    (1)加载和实例化

    Servlet容器负责加载和实例化Servlet。当Servlet容器启动时,或者在容器检测到需要这个Servlet来响应第一个请求时,创建Servlet实例。当Servlet容器启动后,它必须要知道所需的Servlet类在什么位置,Servlet容器可以从本地文件系统、远程文件系统或者其他的网络服务中通过类加载器加载Servlet类,成功加载后,容器创建Servlet的实例。因为容器是通过Java的反射API来创建Servlet实例,调用的是Servlet的默认构造方法(即不带参数的构造方法),所以我们在编写Servlet类的时候,不应该提供带参数的构造方法。

    (2)初始化

    在Servlet实例化之后,容器将调用Servlet的init()方法初始化这个对象。初始化的目的是为了让Servlet对象在处理客户端请求前完成一些初始化的工作,如建立数据库的连接,获取配置信息等。对于每一个Servlet实例,init()方法只被调用一次。在初始化期间,Servlet实例可以使用容器为它准备的ServletConfig对象从Web应用程序的配置信息(在web.xml中配置)中获取初始化的参数信息。在初始化期间,如果发生错误,Servlet实例可以抛出ServletException异常或者UnavailableException异常来通知容器。ServletException异常用于指明一般的初始化失败,例如没有找到初始化参数;而UnavailableException异常用于通知容器该Servlet实例不可用。例如,数据库服务器没有启动,数据库连接无法建立,Servlet就可以抛出UnavailableException异常向容器指出它暂时或永久不可用。

    (3)请求处理

    Servlet容器调用Servlet的service()方法对请求进行处理。要注意的是,在service()方法调用之前,init()方法必须成功执行。在service()方法中,Servlet实例通过ServletRequest对象得到客户端的相关信息和请求信息,在对请求进行处理后,调用ServletResponse对象的方法设置响应信息。在service()方法执行期间,如果发生错误,Servlet实例可以抛出ServletException异常或者UnavailableException异常。如果UnavailableException异常指示了该实例永久不可用,Servlet容器将调用实例的destroy()方法,释放该实例。此后对该实例的任何请求,都将收到容器发送的HTTP 404(请求的资源不可用)响应。如果UnavailableException异常指示了该实例暂时不可用,那么在暂时不可用的时间段内,对该实例的任何请求,都将收到容器发送的HTTP 503(服务器暂时忙,不能处理请求)响应。

    (4)服务终止

    当容器检测到一个Servlet实例应该从服务中被移除的时候,容器就会调用实例的destroy()方法,以便让该实例可以释放它所使用的资源,保存数据到持久存储设备中。当需要释放内存或者容器关闭时,容器就会调用Servlet实例的destroy()方法。在destroy()方法调用之后,容器会释放这个Servlet实例,该实例随后会被Java的垃圾收集器所回收。如果再次需要这个Servlet处理请求,Servlet容器会创建一个新的Servlet实例。

    在整个Servlet的生命周期过程中,创建Servlet实例、调用实例的init()和destroy()方法都只进行一次,当初始化完成后,Servlet容器会将该实例保存在内存中,通过调用它的service()方法,为接收到的请求服务。下面给出Servlet整个生命周期过程的UML序列图 

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