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Web服務器工作原理概述

阿新 • • 發佈：2018-02-12
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很多時候我們都想知道，web容器或web服務器（比如Tomcat或者jboss）是怎樣工作的？它們是怎樣處理來自全世界的http請求的？它們在幕後做了什麽動作？Java Servlet API（例如ServletContext，ServletRequest，ServletResponse和Session這些類）在其中扮演了什麽角色？這些都是web應用開發者或者想成為web應用開發者的人必須要知道的重要問題或概念。在這篇文章裏，我將會盡量給出以上某些問題的答案。請集中精神！ 文章章節：
  • 什麽是web服務器、應用服務器和web容器？
  • 什麽是Servlet？他們有什麽作用？
  • 什麽是ServletContext？它由誰創建？
  • ServletRequest和ServletResponse從哪裏進入生命周期？
  • 如何管理Session？知道cookie嗎？
  • 如何確保線程安全？
什麽是web服務器，應用服務器和web容器？ 我先討論web服務器和應用服務器。讓我在用一句話大概講講： “在過去它們是有區別的，但是這兩個不同的分類慢慢地合並了，而如今在大多在情況下和使用中可以把它們看成一個整體。” 在Mosaic瀏覽器（通常被認為是第一個圖形化的web瀏覽器）和超鏈接內容的初期，演變出了“web服務器”的新概念，它通過HTTP協議來提供靜態頁面內容和圖片服務。在那個時候，大多數內容都是靜態的，並且HTTP 1.0只是一種傳送文件的方式。但在不久後web服務器提供了CGI功能。這意味著我們可以為每個web請求啟動一個進程來產生動態內容。現在，HTTP協議已經很成熟了並且web服務器變得更加復雜，擁有了像緩存、安全和session管理這些附加功能。隨著技術的進一步成熟，我們從Kiva和NetDynamics學會了公司專屬的基於Java的服務器端技術。這些技術最終全都融入到我們今天依然在大多數應用開發裏使用的JSP中。
 以上是關於web服務器的。現在我們來討論應用服務器。 在同一時期，應用服務器已經存在並發展很長一段時間了。一些公司為Unix開發了Tuxedo（面向事務的中間件）、TopEnd、Encina等產品，這些產品都是從類似IMS和CICS的主機應用管理和監控環境衍生而來的。大部分的這些產品都指定了“封閉的”產品專用通信協議來互連胖客戶機(“fat” client)和服務器。在90年代，這些傳統的應用服務器產品開始嵌入HTTP通信功能，剛開始要利用網關來實現。不久後它們之間的界線開始變得模糊了。 同時，web服務器越來越成熟，可以處理更高的負載、更多的並發和擁有更好的特性；應用服務器開始添加越來越多的基於HTTP的通信功能。所有的這些導致了web服務器與應用服務器的界線變得更窄了。
目前，“應用服務器”和“web服務器”之間的界線已經變得模糊不清了。但是人們還把這兩個術語區分開來，作為強調使用。 當有人說到“web服務器”時，你通常要把它認為是以HTTP為核心、web UI為向導的應用。當有人說到“應用服務器”時，你可能想到“高負載、企業級特性、事務和隊列、多通道通信（HTTP和更多的協議）”。但現在提供這些需求的基本上都是同一個產品。 以上就是關於web服務器和應用服務器的全部內容。現在我們來看看第三個術語，即web容器。 web容器 在Java方面，web容器一般是指Servlet容器。Servlet容器是與Java Servlet交互的web容器的組件。web容器負責管理Servlet的生命周期、把URL映射到特定的Servlet、確保URL請求擁有正確的訪問權限和更多類似的服務。綜合來看，Servlet容器就是用來運行你的Servlet和維護它的生命周期的運行環境。 什麽是Servlet？他們有什麽作用？ 在Java裏，Servlet使你能夠編寫根據請求動態生成內容的服務端組件。事實上，Servlet是一個在javax.servlet包裏定義的接口。它為Servlet的生命周期聲明了三個基本方法——init()、service()和destroy()。每個Servlet都要實現這些方法（在SDK裏定義或者用戶定義）並在它們的生命周期的特定時間由服務器來調用這些方法。 類加載器通過懶加載（lazy-loading）或者預加載（eager loading）自動地把Servlet類加載到容器裏。每個請求都擁有自己的線程，而一個Servlet對象可以同時為多個線程服務。當Servlet對象不再被使用時，它就會被JVM當做垃圾回收掉。 懶加載的Servlet 什麽是ServletContext？它由誰創建？ 當Servlet容器啟動時，它會部署並加載所有的web應用。當web應用被加載時，Servlet容器會一次性為每個應用創建Servlet上下文（ServletContext）並把它保存在內存裏。Servlet容器會處理web應用的web.xml文件，並且一次性創建在web.xml裏定義的Servlet、Filter和Listener，同樣也會把它們保存在內存裏。當Servlet容器關閉時，它會卸載所有的web應用和ServletContext，所有的Servlet、Filter和Listner實例都會被銷毀。 從Java文檔可知，ServletContext定義了一組方法，Servlet使用這些方法來與它的Servlet容器進行通信。例如，用來獲取文件的MIME類型、轉發請求或者編寫日誌文件。在web應用的部署文件（deployment descriptor）標明“分布式”的情況下，web應用的每一個虛擬機都擁有一個上下文實例。在這種情況下，不能把Servlet上下文當做共享全局信息的變量（因為它的信息已經不具有全局性了）。可以使用外部資源來代替，比如數據庫。 ServletRequest和ServletResponse從哪裏進入生命周期？ Servlet容器包含在web服務器中，web服務器監聽來自特定端口的HTTP請求，這個端口通常是80。當客戶端（使用web瀏覽器的用戶）發送一個HTTP請求時，Servlet容器會創建新的HttpServletRequest和HttpServletResponse對象，並且把它們傳遞給已經創建的Filter和URL模式與請求URL匹配的Servlet實例的方法，所有的這些都使用同一個線程。 request對象提供了獲取HTTP請求的所有信息的入口，比如請求頭和請求實體。response對象提供了控制和發送HTTP響應的便利方法，比如設置響應頭和響應實體（通常是JSP生成的HTML內容）。當HTTP響應被提交並結束後，request和response對象都會被銷毀。 如何管理Session？知道cookie嗎？ 當客戶端第一次訪問web應用或者第一次使用request.getSession()獲取HttpSession時，Servlet容器會創建Session，生成一個long類型的唯一ID（你可以使用session.getId()獲取它）並把它保存在服務器的內存裏。Servlet容器同樣會在HTTP響應裏設置一個Cookie，cookie的名是JSESSIONID並且cookie的值是session的唯一ID。 根據HTTP cookie規範（正規的web瀏覽器和web服務器必須遵守的約定），在cookie的有效期間，客戶端（web瀏覽器）之後的請求都要把這個cookie返回給服務器。Servlet容器會利用帶有名為JSESSIONID的cookie檢測每一個到來的HTTP請求頭，並使用cookie的值從服務器內容裏獲取相關的HttpSession。 HttpSession會一直存活著，除非超過一段時間沒使用。你可以在web.xml裏設定這個時間段，默認時間段是30分鐘。因此，如果客戶端已經超過30分鐘沒有訪問web應用的話，Servlet容器就會銷毀Session。之後的每一個請求，即使帶有特定的cookie，都再也不會訪問到同一個Session了。servletcontainer會創建一個新的Session。 現有的Session 另外，在客戶端的session cookie擁有一個默認的存活時間，這個時間與瀏覽器的運行時間相同。因此，當用戶關閉瀏覽器後（所有的標簽或者窗口），客戶端的Session就會被銷毀。重新打開瀏覽器後，與之前的Session關聯的cookie就再也不會被發送出去了。再次使用request.getSession()會返回一個全新的HttpSession並且使用一個全新的session ID來設置cookie。 如何確保線程安全? 你現在應該已經知道所有的請求都在共享Servlet和Filter。這是Java的一個很棒的特性，它是多線程的並且不同的線程（即HTTP請求）可以使用同一個實例。否則，對每一個請求都重新創建一個實體會耗費很多的資源。 你同樣要知道，你不應該使用Servlet或者Filter的實例變量來存放任何的請求或者會話範圍內的數據。這些數據會被其他Session的所有請求共享。這是非線程安全的！下面的例子說明了這個問題：
  • public class MyServlet extends HttpServlet
  • {
  • private Object thisIsNOTThreadSafe; //Don‘t to this
  • protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException
  • {
  • Object thisIsThreadSafe;
  • thisIsNOTThreadSafe = request.getParameter("foo"); // BAD!! Shared among all requests!
  • thisIsThreadSafe = request.getParameter("foo"); // OK, this is thread safe.
  • }
  • }

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