JavaWeb--深入Servlet與JSP（執行原理）
阿新 • • 發佈：2019-01-24
複習複習！！！搞起來！！Servlet和JSP是Java EE規範最基本成員，他們是Java Web開發的重點知識，即使我們經常使用框架開發後端，但是我們還是很必要去理解他們的原理的。
文章結構：（1）剖析Servlet；（2）剖析JSP；
一、剖析Servlet：
（1）概述：
Servlet是一種獨立於平臺和協議的伺服器端的Java應用程式，可以生成動態的web頁面。它擔當Web瀏覽器或其他http客戶程式發出請求、與http伺服器上的資料庫或應用程式之間互動的中間層。
Servlet是用Java編寫的Server端程式，它與協議和平臺無關。Servlet運行於Java伺服器中。
Java Servlet可以動態地擴充套件伺服器的能力，並採用請求-響應模式提供Web服務。
Servlet是使用Java Servlet應用程式設計介面及相關類和方法的Java程式。它在Web伺服器上或應用伺服器上執行並擴充套件了該伺服器的能力。Servlet裝入Web伺服器並在Web伺服器內執行。
Servlet是以Java技術為基礎的伺服器端應用程式元件，Servlet的客戶端可以提出請求並獲得該請求的響應，它可以是任何Java程式、瀏覽器或任何裝置。
（2）基本知識：
1.配置：
編輯好的servlet原始檔並不能響應使用者請求，還必須將其編譯成class檔案，將編譯好的class檔案放到WEB-INF/classes路徑下，如果servlet有包，則還需要將class檔案放到包路徑下。
2.生命週期：
編寫的JSP頁面最終將由web容器編譯成對應的servlet，當servlet在容器中執行時，其例項的建立及銷燬等都不是有程式猿決定的，而是由web容器進行控制的。
servlet容器負責載入和例項化Servlet，在容器啟動時根據設定決定是在啟動時初始化（loadOnStartup大於等於0在容器啟動時進行初始化，值越小優先順序越高），還是延遲初始化直到第一次請求前；
初始化：
init()，執行一些一次性的動作，可以通過ServletConfig配置物件，獲取初始化引數，訪問ServletContext上下文環境；
請求處理：
servlet容器封裝Request和Response物件傳給對應的servlet的service方法，對於HttpServlet，就是HttpServletRequest和HttpServletResponse； HttpServlet中使用模板方法模式，service方法根據HTTP請求方法進一步分派到doGet，doPost等不同的方法來進行處理；
對於HTTP請求的處理，只有重寫了支援HTTP方法的對應HTTP servlet方法（doGet），才可以支援，否則放回405（Method Not Allowed）。
3.訪問servlet的配置引數：
配置servlet時，還可以增加額外的配置引數，通過使用配置引數，可以實現提供更好的可移植性，避免將引數以編碼方式寫在程式程式碼中。
配置引數有兩種方式：
（1）通過@WebServlet的initParams屬性來指定。
（2）通過在web.xml檔案的
4.Servlet的數量：
Servlet預設是執行緒不安全的，一個容器中只有每個servlet一個例項。
StandardWrapper原始碼中寫明，這個類負責Servlet的建立，其中SingleThreadModule模式下建立的例項數不能超過20個，也就是同時只能支援20個執行緒訪問這個Serlvet，因此，這種物件池的設計會進一步限制併發能力和可伸縮性。
5.缺點：
開發效率低、 程式可移植性差、 程式可維護性差
6.標準mvc模式中的servlet：
僅作為控制器使用，JavaEE應用架構正是遵循mvc模式的，其中JSP僅作為表現層技術，其作用有兩點：1.負責收集使用者請求引數；2. 將應用的處理結果、狀態、資料呈現給使用者。
7.執行緒不安全 ：
servlet中預設執行緒不安全，單例多執行緒，因此對於共享的資料（靜態變數，堆中的物件例項等）自己維護進行同步控制，不要在service方法或doGet等由service分派出去的方法，直接使用synchronized方法，很顯然要根據業務控制同步控制塊的大小進行細粒度的控制，將不影響執行緒安全的耗時操作移出同步控制塊；
Servlet多執行緒機制背後有一個執行緒池在支援，執行緒池在初始化初期就建立了一定數量的執行緒物件，通過提高對這些物件的利用率，避免高頻率地建立物件，從而達到提高程式的效率的目的。（由執行緒來執行Servlet的service方法，servlet在Tomcat中是以單例模式存在的， Servlet的執行緒安全問題只有在大量的併發訪問時才會顯現出來，並且很難發現，因此在編寫Servlet程式時要特別注意。執行緒安全問題主要是由例項變數造成的,因此在Servlet中應避免使用例項變數。如果應用程設計無法避免使用例項變數，那麼使用同步來保護要使用的例項變數，但為保證系統的最佳效能，應該同步可用性最小的程式碼路徑）
8.非同步處理：
在Servlet中等待是一個低效的操作，因為這是阻塞操作。
非同步處理請求能力，使執行緒可以返回到容器，從而執行更多的任務。當開始非同步處理請求時，另一個執行緒或回撥可以：（1）產生響應；或者，（2）請求分派；或者，（3）呼叫完成；
關鍵方法：
啟用：讓servlet支援非同步支援：asyncSupported=true；
啟動AsyncContextasyncContext=req.startAsyncContext();或startAsyncContext(req,resp);
完成：asyncContext.complete();必須在startAsync呼叫之後，分派進行之前呼叫；同一個AsyncContext不能同時呼叫dispatch和complete
分派：asyncContext.dispatch();dispatch(Stringpath);dispatch(ServletContextcontext,Stringpath); 不能在complete之後呼叫； 從一個同步servlet分派到非同步servlet是非法的；
超時：
asyncContext.setTimeout(millis); 超時之後，將不能通過asyncContext進行操作，但是可以執行其他耗時操作；
在非同步週期開始後，容器啟動的分派已經返回後，呼叫該方法丟擲IllegalStateException；如果設定成0或小於0就表示notimeout； 超時表示HTTP連線已經結束，HTTP已經關閉，請求已經結束了。
啟動新執行緒 ：
通過AsyncCOntext.start(Runnable)方法，向執行緒池提交一個任務，其中可以使用AsyncContext（未超時前）；
事件監聽：addListener(newAsyncListener{…})；
onComplete：完成時回撥，如果進行了分派，onComplete方法將延遲到分派返回容器後進行呼叫；
onError：可以通過AsyncEvent.getThrowable獲取異常；
onTimeout：超時進行回撥；
onStartAsync：在該AsyncContext中啟動一個新的非同步週期（呼叫startAsyncContext）時，進行回撥；
超時和異常處理，步驟：
（1）呼叫所有註冊的AsyncListener例項的onTimeout/onError；
（2）如果沒有任何AsyncListener呼叫AsyncContext.complete()或AsyncContext.dispatch()，執行一個狀態碼為HttpServletResponse .SC_INTERNAL_SERVER_ERROR出錯分派；
（3）如果沒有找到錯誤頁面或者錯誤頁面沒有呼叫AsyncContext.complete()/dispatch()，容器要呼叫complete方法；
servlet生命終止：
servlet容器確定從服務中移除servlet時，可以通過呼叫destroy()方法將釋放servlet佔用的任何資源和儲存的持久化狀態等。呼叫destroy方法之前必須保證當前所有正在執行service方法的執行緒執行完成或者超時；
之後servlet例項可以被垃圾回收，當然什麼時候回收並不確定，因此destroy方法是是否必要的。
（3）執行原理：
當Web伺服器接收到一個HTTP請求時，它會先判斷請求內容——如果是靜態網頁資料，Web伺服器將會自行處理，然後產生響應資訊；如果牽涉到動態資料，Web伺服器會將請求轉交給Servlet容器。此時Servlet容器會找到對應的處理該請求的Servlet例項來處理，結果會送回Web伺服器，再由Web伺服器傳回使用者端。
針對同一個Servlet，Servlet容器會在第一次收到http請求時建立一個Servlet例項，然後啟動一個執行緒。第二次收到http請求時，Servlet容器無須建立相同的Servlet例項，而是啟動第二個執行緒來服務客戶端請求。所以多執行緒方式不但可以提高Web應用程式的執行效率，也可以降低Web伺服器的系統負擔。
下圖粗暴解釋了請求到容器流程
下圖解釋了請求到容器到servlet週期流程
文字解說：
1.客戶發出請求—>Web 伺服器轉發到Web容器Tomcat；
2.Tomcat主執行緒對轉發來使用者的請求做出響應建立兩個物件：HttpServletRequest和HttpServletResponse；
3.從請求中的URL中找到正確Servlet，Tomcat為其建立或者分配一個執行緒，同時把步驟2建立的兩個物件傳遞給該執行緒；
4.Tomcat呼叫Servlet的servic()方法，根據請求引數的不同調用doGet()或者doPost()方法；
5.假設是HTTP GET請求，doGet()方法生成靜態頁面，並組合到響應物件裡；
Servlet執行緒結束時：Tomcat將響應物件轉換為HTTP響應發回給客戶，同時刪除請求和響應物件。
可以理解Servlet的生命週期：Servlet類載入（對應3步）；Servlet例項化（對應3步）；呼叫init方法（對應3步）；呼叫service()方法（對應4、5步）；；呼叫destroy()方法（對應6步）。
注意：
1.建立Servlet物件的時機：
Servlet容器啟動時：讀取web.xml配置檔案中的資訊，構造指定的Servlet物件，建立ServletConfig物件，同時將ServletConfig物件作為引數來呼叫Servlet物件的init方法。
在Servlet容器啟動後：客戶首次向Servlet發出請求，Servlet容器會判斷記憶體中是否存在指定的Servlet物件，如果沒有則建立它，然後根據客戶的請求建立HttpRequest、HttpResponse物件，從而呼叫Servlet 物件的service方法。
Servlet Servlet容器在啟動時自動建立Servlet，這是由在web.xml檔案中為Servlet設定的屬性決定的。從中我們也能看到同一個型別的Servlet物件在Servlet容器中以單例的形式存在。
2.在Servlet介面和GenericServlet中是沒有doGet（）、doPost（）等等這些方法的，HttpServlet中定義了這些方法，但是都是返回error資訊，所以，我們每次定義一個Servlet的時候，都必須實現doGet或doPost等這些方法。我們經常使用的httpServlet是繼承於GenericServlet實現的。
二、剖析JSP
（1）概述：
JSP和Servlet的本質是一樣的，因為JSP最終需要編譯成Servlet才能執行，換句話說JSP是生成Servler的草稿檔案。
JSP就是在HTML中嵌入Java程式碼，或者使用JSP標籤，包括使用使用者自定義標籤，從而可以動態的提供內容。早起JSP應用比較廣泛，一個web應用可以全部由JSP頁面組成，只需要少量的JavaBean即可，但是這樣導致了JSP職責過於複雜，這是Java EE標準的出現無疑是雪中送炭，因此JSP慢慢發展成單一的表現技術，不再承擔業務邏輯元件以及持久層元件的責任。
原理概述：（一會詳解）
JSP的本質是servlet，當用戶指定servlet傳送請求時，servlet利用輸出流動態生成HTML頁面。由於包含大量的HTML標籤。靜態文字等格式導致servlet的開發效率極低，所有的表現邏輯，包括佈局、色彩及影象等，都必須耦合在Java程式碼中，起靜態的部分無需Java程式控制，只有那些需要從資料庫讀取或者需要動態生成的頁面內容才使用Java指令碼控制。
因此，JSP頁面內容有以下兩部分組成：
靜態部分：HTML標籤
動態部分：Java指令碼
（2）基本知識：
指令就省略了吧，隨便查都有一堆。
重點講講它的內建物件：
首先，我們可以自己去一個目錄去看看jsp編譯成servlet的程式碼。目錄是：你的eclipse的工作目錄下：比如：E:\eclipse\workplace.metadata.plugins\org.eclipse.wst.server.core\tmp0\work\
從中，我們可以看到有九個隱藏物件，一些就final了，一些沒有。
1.request（使用最多）：HttpServletRequest的一個物件（在JSP頁面可能會用到）。
Request範圍只針對伺服器端跳轉。用於接收客戶端傳送而來的請求資訊。
注意：單一的引數可以使用getParameter()接收，而一組引數要用getParameterValues()接收。但要小心，如果getParameter和getParameterValues接收引數時，返回內容是null，就可能產生NullPointerException，所以最好判斷接收來的引數是否為null。
獲取頭資訊的名稱，可使用request的getHeaderNames()方法；而要想取出每個頭資訊的內容則需使用getHeader()方法。比如：語言、主機、Cookie等。
2.Response:
HttpServletResponse的一個物件（在JSP頁面中幾乎不會呼叫response的任何方法）
主要作用：對客戶端的請求進行迴應，將Web伺服器處理後的結果發回給客戶端。
設定頭資訊：客戶端與伺服器端經常需要傳送許多額外資訊。伺服器端可通過setHeader方法，將頭資訊設定為refresh，並指定重新整理時間，還有跳轉的路徑URL。如：例子就是那些頁面經常提示的“3秒後跳轉到首頁”這樣的操作。
如果定時為0，則為無條件跳轉。注意：定時跳轉屬於客戶端跳轉。而且這種設定跳轉頭資訊的方式，單純html也可以做，所以要結合實際考慮，如需請求的是動態頁則需JSP進行編寫
3.pageContext：
頁面的上下文，表示當前頁面，是一個PageContext的一個物件，可以從該物件中獲取到其他8個隱含物件，也可以從中獲取到當前頁面的其他資訊。（學習自定義標籤時使用它，JSP頁面上很少直接使用，1`但很重要）。作用範圍僅在當前頁面。實際上pageContext可以設定任意範圍的屬性，而其他操作也是對這一功能的再度包裝而已。但一般習慣於使用pageContext物件設定儲存在一頁範圍的屬性。很少使用他進行設定其他範圍的屬性。
4.session：
代表瀏覽器和伺服器的一次會話，是HttpSession的一個物件，後面詳細學習。這個session屬性設定後，可在任何一個與設定頁面相關的頁面中獲取。也就是不管是客戶端跳轉還是伺服器端跳轉都可以取得屬性。但是如果再開啟一個新的瀏覽器訪問該jsp頁面，則無法取得session屬性。因為每個新的瀏覽器連線上伺服器後就是一個新的session。
5.application：
代表當前web應用。是ServletContext物件。這個設定的屬性可讓所有使用者(session)都看得見。這樣的屬性儲存在伺服器上。
6.config：
前JSP對應的Servlet的ServletConfig物件（開發的時候幾乎不用）。若需要訪問當前JSP配置的初始化引數，需要通過對映的地址才可以。
對映JSP方式：
7.out：
作用：完成頁面的輸出操作。但在開發中，一般是使用表示式完成輸出的。
JspWriter物件，經常呼叫out.println() 可以直接把字串列印到瀏覽器上。
8.page
指向當前JSP對應的Servlet物件的引用，但為Object型別，只能呼叫Object類的方法（幾乎不使用）。就是當前JSP物件。
9.exception：
在聲明瞭page 指令的isErrorPage=”true”時，才可以使用。<%@ page isErrorPage=”true”%>
大致使用頻率：
pageContext，request，session，application；（對屬性的作用域的範圍從小到大）
out，response，config，page，exception
（3）JSP執行原理：
