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Java Web学习总结（2）——Servlet入门

一、Servlet简介

　　Servlet是sun公司提供的一门用于开发动态web资源的技术。
　　Sun公司在其API中提供了一个servlet接口，用户若想用发一个动态web资源(即开发一个Java程序向浏览器输出数据)，需要完成以下2个步骤：
　　1、编写一个Java类，实现servlet接口。
　　2、把开发好的Java类部署到web服务器中。
　　按照一种约定俗成的称呼习惯，通常我们也把实现了servlet接口的java程序，称之为Servlet

二、Servlet的运行过程

Servlet程序是由WEB服务器调用，web服务器收到客户端的Servlet访问请求后：
　　①Web服务器首先检查是否已经装载并创建了该Servlet的实例对象。如果是，则直接执行第④步，否则，执行第②步。
　　②装载并创建该Servlet的一个实例对象。
　　③调用Servlet实例对象的init()方法。
　　④创建一个用于封装HTTP请求消息的HttpServletRequest对象和一个代表HTTP响应消息的HttpServletResponse对象，然后调用Servlet的service()方法并将请求和响应对象作为参数传递进去。
　　⑤WEB应用程序被停止或重新启动之前，Servlet引擎将卸载Servlet，并在卸载之前调用Servlet的destroy()方法。

三、Servlet调用图

　 Servlet调用图

四、在Eclipse中开发Servlet

　　在eclipse中新建一个web project工程，eclipse会自动创建下图所示目录结构：

4.1、Servlet接口实现类

　　Servlet接口SUN公司定义了两个默认实现类，分别为：GenericServlet、HttpServlet。

　　HttpServlet指能够处理HTTP请求的servlet，它在原有Servlet接口上添加了一些与HTTP协议处理方法，它比Servlet接口的功能更为强大。因此开发人员在编写Servlet时，通常应继承这个类，而避免直接去实现Servlet接口。
　　HttpServlet在实现Servlet接口时，覆写了service方法，该方法体内的代码会自动判断用户的请求方式，如为GET请求，则调用HttpServlet的doGet方法，如为Post请求，则调用doPost方法。因此，开发人员在编写Servlet时，通常只需要覆写doGet或doPost方法，而不要去覆写service方法。

4.2、通过Eclipse创建和编写Servlet

　　选中gacl.servlet.study包，右键→New→Servlet，如下图所示：

　　这样，我们就通过Eclipse帮我们创建好一个名字为ServletDemo1的Servlet，创建好的ServletDemo01里面会有如下代码：

 1 package gacl.servlet.study;
 2 
 3 import java.io.IOException;
 4 import java.io.PrintWriter;
 5 
 6 import javax.servlet.ServletException;
 7 import javax.servlet.http.HttpServlet;
 8 import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
 9 import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
10 
11 public class ServletDemo1 extends HttpServlet {
12 
13     /**
14      * The doGet method of the servlet. <br>
15      *
16      * This method is called when a form has its tag value method equals to get.
17      * 
18      * @param request the request send by the client to the server
19      * @param response the response send by the server to the client
20      * @throws ServletException if an error occurred
21      * @throws IOException if an error occurred
22      */
23     public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
24             throws ServletException, IOException {
25 
26         response.setContentType("text/html");
27         PrintWriter out = response.getWriter();
28         out.println("<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">");
29         out.println("<HTML>");
30         out.println("  <HEAD><TITLE>A Servlet</TITLE></HEAD>");
31         out.println("  <BODY>");
32         out.print("    This is ");
33         out.print(this.getClass());
34         out.println(", using the GET method");
35         out.println("  </BODY>");
36         out.println("</HTML>");
37         out.flush();
38         out.close();
39     }
40 
41     /**
42      * The doPost method of the servlet. <br>
43      *
44      * This method is called when a form has its tag value method equals to post.
45      * 
46      * @param request the request send by the client to the server
47      * @param response the response send by the server to the client
48      * @throws ServletException if an error occurred
49      * @throws IOException if an error occurred
50      */
51     public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
52             throws ServletException, IOException {
53 
54         response.setContentType("text/html");
55         PrintWriter out = response.getWriter();
56         out.println("<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01 Transitional//EN">");
57         out.println("<HTML>");
58         out.println("  <HEAD><TITLE>A Servlet</TITLE></HEAD>");
59         out.println("  <BODY>");
60         out.print("    This is ");
61         out.print(this.getClass());
62         out.println(", using the POST method");
63         out.println("  </BODY>");
64         out.println("</HTML>");
65         out.flush();
66         out.close();
67     }
68 
69 }

　　这些代码都是Eclipse自动生成的，而web.xml文件中也多了<servlet></servlet>和<servlet-mapping></servlet-mapping>两对标签，这两对标签是配置ServletDemo1的，如下图所示：

然后我们就可以通过浏览器访问ServletDemo1这个Servlet，如下图所示：

五、Servlet开发注意细节

5.1、Servlet访问URL映射配置

　　由于客户端是通过URL地址访问web服务器中的资源，所以Servlet程序若想被外界访问，必须把servlet程序映射到一个URL地址上，这个工作在web.xml文件中使用<servlet>元素和<servlet-mapping>元素完成。
　　<servlet>元素用于注册Servlet，它包含有两个主要的子元素：<servlet-name>和<servlet-class>，分别用于设置Servlet的注册名称和Servlet的完整类名。
一个<servlet-mapping>元素用于映射一个已注册的Servlet的一个对外访问路径，它包含有两个子元素：<servlet-name>和<url-pattern>，分别用于指定Servlet的注册名称和Servlet的对外访问路径。例如：

1   <servlet>
2     <servlet-name>ServletDemo1</servlet-name>
3     <servlet-class>gacl.servlet.study.ServletDemo1</servlet-class>
4   </servlet>
5 
6   <servlet-mapping>
7     <servlet-name>ServletDemo1</servlet-name>
8     <url-pattern>/servlet/ServletDemo1</url-pattern>
9   </servlet-mapping>

　　同一个Servlet可以被映射到多个URL上，即多个<servlet-mapping>元素的<servlet-name>子元素的设置值可以是同一个Servlet的注册名。例如：

 1  <servlet>
 2     <servlet-name>ServletDemo1</servlet-name>
 3     <servlet-class>gacl.servlet.study.ServletDemo1</servlet-class>
 4   </servlet>
 5 
 6   <servlet-mapping>
 7     <servlet-name>ServletDemo1</servlet-name>
 8     <url-pattern>/servlet/ServletDemo1</url-pattern>
 9   </servlet-mapping>
10  <servlet-mapping>
11     <servlet-name>ServletDemo1</servlet-name>
12     <url-pattern>/1.htm</url-pattern>
13   </servlet-mapping>
14    <servlet-mapping>
15     <servlet-name>ServletDemo1</servlet-name>
16     <url-pattern>/2.jsp</url-pattern>
17   </servlet-mapping>
18    <servlet-mapping>
19     <servlet-name>ServletDemo1</servlet-name>
20     <url-pattern>/3.php</url-pattern>
21   </servlet-mapping>
22    <servlet-mapping>
23     <servlet-name>ServletDemo1</servlet-name>
24     <url-pattern>/4.ASPX</url-pattern>
25   </servlet-mapping>

　　通过上面的配置，当我们想访问名称是ServletDemo1的Servlet，可以使用如下的几个地址去访问：

　　http://localhost:8080/JavaWeb_Servlet_Study_20140531/servlet/ServletDemo1

　　http://localhost:8080/JavaWeb_Servlet_Study_20140531/1.htm

　　http://localhost:8080/JavaWeb_Servlet_Study_20140531/2.jsp

　　http://localhost:8080/JavaWeb_Servlet_Study_20140531/3.php

　　http://localhost:8080/JavaWeb_Servlet_Study_20140531/4.ASPX

　　ServletDemo1被映射到了多个URL上。

5.2、Servlet访问URL使用*通配符映射　　

在Servlet映射到的URL中也可以使用*通配符，但是只能有两种固定的格式：一种格式是"*.扩展名"，另一种格式是以正斜杠（/）开头并以"/*"结尾。例如：

1  <servlet>
2     <servlet-name>ServletDemo1</servlet-name>
3     <servlet-class>gacl.servlet.study.ServletDemo1</servlet-class>
4   </servlet>
5 
6    <servlet-mapping>
7     <servlet-name>ServletDemo1</servlet-name>
8    <url-pattern>/*</url-pattern>

　　*可以匹配任意的字符，所以此时可以用任意的URL去访问ServletDemo1这个Servlet，如下图所示：

对于如下的一些映射关系：
　　Servlet1 映射到 /abc/*
　　Servlet2 映射到 /*
　　Servlet3 映射到 /abc
　　Servlet4 映射到 *.do
问题：
　　当请求URL为“/abc/a.html”，“/abc/*”和“/*”都匹配，哪个servlet响应
   　　Servlet引擎将调用Servlet1。
　　当请求URL为“/abc”时，“/abc/*”和“/abc”都匹配，哪个servlet响应
   　　Servlet引擎将调用Servlet3。
　　当请求URL为“/abc/a.do”时，“/abc/*”和“*.do”都匹配，哪个servlet响应
   　　Servlet引擎将调用Servlet1。
　　当请求URL为“/a.do”时，“/*”和“*.do”都匹配，哪个servlet响应
   　　Servlet引擎将调用Servlet2。
　　当请求URL为“/xxx/yyy/a.do”时，“/*”和“*.do”都匹配，哪个servlet响应
   　　Servlet引擎将调用Servlet2。
　　匹配的原则就是"谁长得更像就找谁"

5.3、Servlet与普通Java类的区别　　

　　Servlet是一个供其他Java程序（Servlet引擎）调用的Java类，它不能独立运行，它的运行完全由Servlet引擎来控制和调度。
　　针对客户端的多次Servlet请求，通常情况下，服务器只会创建一个Servlet实例对象，也就是说Servlet实例对象一旦创建，它就会驻留在内存中，为后续的其它请求服务，直至web容器退出，servlet实例对象才会销毁。
　　在Servlet的整个生命周期内，Servlet的init方法只被调用一次。而对一个Servlet的每次访问请求都导致Servlet引擎调用一次servlet的service方法。对于每次访问请求，Servlet引擎都会创建一个新的HttpServletRequest请求对象和一个新的HttpServletResponse响应对象，然后将这两个对象作为参数传递给它调用的Servlet的service()方法，service方法再根据请求方式分别调用doXXX方法。

　　如果在<servlet>元素中配置了一个<load-on-startup>元素，那么WEB应用程序在启动时，就会装载并创建Servlet的实例对象、以及调用Servlet实例对象的init()方法。
   举例：
   <servlet>
       <servlet-name>invoker</servlet-name>
       <servlet-class>
           org.apache.catalina.servlets.InvokerServlet
       </servlet-class>
       <load-on-startup>1</load-on-startup>
   </servlet>

　　用途：为web应用写一个InitServlet，这个servlet配置为启动时装载，为整个web应用创建必要的数据库表和数据。

5.4、缺省Servlet

　　如果某个Servlet的映射路径仅仅为一个正斜杠（/），那么这个Servlet就成为当前Web应用程序的缺省Servlet。
　　凡是在web.xml文件中找不到匹配的<servlet-mapping>元素的URL，它们的访问请求都将交给缺省Servlet处理，也就是说，缺省Servlet用于处理所有其他Servlet都不处理的访问请求。例如：

 1  <servlet>
 2     <servlet-name>ServletDemo2</servlet-name>
 3     <servlet-class>gacl.servlet.study.ServletDemo2</servlet-class>
 4     <load-on-startup>1</load-on-startup>
 5   </servlet>
 6   
 7   <!-- 将ServletDemo2配置成缺省Servlet -->
 8   <servlet-mapping>
 9     <servlet-name>ServletDemo2</servlet-name>
10     <url-pattern>/</url-pattern>
11   </servlet-mapping>

　　当访问不存在的Servlet时，就使用配置的默认Servlet进行处理，如下图所示：

　　在<tomcat的安装目录>confweb.xml文件中，注册了一个名称为org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet的Servlet，并将这个Servlet设置为了缺省Servlet。

 1     <servlet>
 2         <servlet-name>default</servlet-name>
 3         <servlet-class>org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet</servlet-class>
 4         <init-param>
 5             <param-name>debug</param-name>
 6             <param-value>0</param-value>
 7         </init-param>
 8         <init-param>
 9             <param-name>listings</param-name>
10             <param-value>false</param-value>
11         </init-param>
12         <load-on-startup>1</load-on-startup>
13     </servlet>
14 
15  <!-- The mapping for the default servlet -->
16     <servlet-mapping>
17         <servlet-name>default</servlet-name>
18         <url-pattern>/</url-pattern>
19     </servlet-mapping>

　　当访问Tomcat服务器中的某个静态HTML文件和图片时，实际上是在访问这个缺省Servlet。

5.5、Servlet的线程安全问题

　　当多个客户端并发访问同一个Servlet时，web服务器会为每一个客户端的访问请求创建一个线程，并在这个线程上调用Servlet的service方法，因此service方法内如果访问了同一个资源的话，就有可能引发线程安全问题。例如下面的代码：

不存在线程安全问题的代码：

 1 package gacl.servlet.study;
 2 
 3 import java.io.IOException;
 4 
 5 import javax.servlet.ServletException;
 6 import javax.servlet.http.HttpServlet;
 7 import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
 8 import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
 9 
10 public class ServletDemo3 extends HttpServlet {
11 
12     
13     public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
14             throws ServletException, IOException {
15         
16         /**
17          * 当多线程并发访问这个方法里面的代码时，会存在线程安全问题吗
18          * i变量被多个线程并发访问，但是没有线程安全问题，因为i是doGet方法里面的局部变量，
19          * 当有多个线程并发访问doGet方法时，每一个线程里面都有自己的i变量，
20          * 各个线程操作的都是自己的i变量，所以不存在线程安全问题
21          * 多线程并发访问某一个方法的时候，如果在方法内部定义了一些资源(变量，集合等)
22          * 那么每一个线程都有这些东西，所以就不存在线程安全问题了
23          */
24         int i=1;
25         i++;
26         response.getWriter().write(i);
27     }
28 
29     public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
30             throws ServletException, IOException {
31         doGet(request, response);
32     }
33 
34 }

存在线程安全问题的代码：

 1 package gacl.servlet.study;
 2 
 3 import java.io.IOException;
 4 
 5 import javax.servlet.ServletException;
 6 import javax.servlet.http.HttpServlet;
 7 import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
 8 import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
 9 
10 public class ServletDemo3 extends HttpServlet {
11 
12     int i=1;
13     public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
14             throws ServletException, IOException {
15         
16         i++;
17         try {
18             Thread.sleep(1000*4);
19         } catch (InterruptedException e) {
20             e.printStackTrace();
21         }
22         response.getWriter().write(i+"");
23     }
24 
25     public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
26             throws ServletException, IOException {
27         doGet(request, response);
28     }
29 
30 }

　　把i定义成全局变量，当多个线程并发访问变量i时，就会存在线程安全问题了，如下图所示：同时开启两个浏览器模拟并发访问同一个Servlet，本来正常来说，第一个浏览器应该看到2，而第二个浏览器应该看到3的，结果两个浏览器都看到了3，这就不正常。

　　线程安全问题只存在多个线程并发操作同一个资源的情况下，所以在编写Servlet的时候，如果并发访问某一个资源(变量，集合等)，就会存在线程安全问题，那么该如何解决这个问题呢？

先看看下面的代码：

 1 package gacl.servlet.study;
 2 
 3 import java.io.IOException;
 4 
 5 import javax.servlet.ServletException;
 6 import javax.servlet.http.HttpServlet;
 7 import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
 8 import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
 9 
10 
11 public class ServletDemo3 extends HttpServlet {
12 
13     int i=1;
14     public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
15             throws ServletException, IOException {
16         /**
17          * 加了synchronized后，并发访问i时就不存在线程安全问题了，
18          * 为什么加了synchronized后就没有线程安全问题了呢？
19          * 假如现在有一个线程访问Servlet对象，那么它就先拿到了Servlet对象的那把锁
20          * 等到它执行完之后才会把锁还给Servlet对象，由于是它先拿到了Servlet对象的那把锁，
21          * 所以当有别的线程来访问这个Servlet对象时，由于锁已经被之前的线程拿走了，后面的线程只能排队等候了
22          * 
23          */
24         synchronized (this) {//在java中，每一个对象都有一把锁，这里的this指的就是Servlet对象
25             i++;
26             try {
27                 Thread.sleep(1000*4);
28             } catch (InterruptedException e) {
29                 e.printStackTrace();
30             }
31             response.getWriter().write(i+"");
32         }
33         
34     }
35 
36     public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
37             throws ServletException, IOException {
38         doGet(request, response);
39     }
40 
41 }

　　现在这种做法是给Servlet对象加了一把锁，保证任何时候都只有一个线程在访问该Servlet对象里面的资源，这样就不存在线程安全问题了，如下图所示：

　　这种做法虽然解决了线程安全问题，但是编写Servlet却万万不能用这种方式处理线程安全问题，假如有9999个人同时访问这个Servlet，那么这9999个人必须按先后顺序排队轮流访问。

　　针对Servlet的线程安全问题，Sun公司是提供有解决方案的：让Servlet去实现一个SingleThreadModel接口，如果某个Servlet实现了SingleThreadModel接口，那么Servlet引擎将以单线程模式来调用其service方法。
　　查看Sevlet的API可以看到，SingleThreadModel接口中没有定义任何方法和常量，在Java中，把没有定义任何方法和常量的接口称之为标记接口，经常看到的一个最典型的标记接口就是"Serializable"，这个接口也是没有定义任何方法和常量的，标记接口在Java中有什么用呢？主要作用就是给某个对象打上一个标志，告诉JVM，这个对象可以做什么，比如实现了"Serializable"接口的类的对象就可以被序列化，还有一个"Cloneable"接口，这个也是一个标记接口，在默认情况下，Java中的对象是不允许被克隆的，就像现实生活中的人一样，不允许克隆，但是只要实现了"Cloneable"接口，那么对象就可以被克隆了。

　　让Servlet实现了SingleThreadModel接口，只要在Servlet类的定义中增加实现SingleThreadModel接口的声明即可。
　　对于实现了SingleThreadModel接口的Servlet，Servlet引擎仍然支持对该Servlet的多线程并发访问，其采用的方式是产生多个Servlet实例对象，并发的每个线程分别调用一个独立的Servlet实例对象。
　　实现SingleThreadModel接口并不能真正解决Servlet的线程安全问题，因为Servlet引擎会创建多个Servlet实例对象，而真正意义上解决多线程安全问题是指一个Servlet实例对象被多个线程同时调用的问题。事实上，在Servlet API 2.4中，已经将SingleThreadModel标记为Deprecated（过时的）。

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