java ee后台运行原理（Servlet）

剖析Servlet：

（1）概述：

   Servlet是一种独立于平台和协议的服务器端的Java应用程序，可以生成动态的web页面。它担当Web浏览器或其他http客户程序发出请求、与http服务器上的数据库或应用程序之间交互的中间层。

   Servlet是用Java编写的Server端程序，它与协议和平台无关。Servlet运行于Java服务器中。

   Java Servlet可以动态地扩展服务器的能力，并采用请求-响应模式提供Web服务。

   Servlet是使用Java Servlet应用程序设计接口及相关类和方法的Java程序。它在Web服务器上或应用服务器上运行并扩展了该服务器的能力。Servlet装入Web服务器并在Web服务器内执行。

    Servlet是以Java技术为基础的服务器端应用程序组件，Servlet的客户端可以提出请求并获得该请求的响应，它可以是任何Java程序、浏览器或任何设备。

（2）基本知识：

  1.配置：

  编辑好的servlet源文件并不能响应用户请求，还必须将其编译成class文件，将编译好的class文件放到WEB-INF/classes路径下，如果servlet有包，则还需要将class文件放到包路径下。

  2.生命周期：

                         

   编写的JSP页面最终将由web容器编译成对应的servlet，当servlet在容器中运行时，其实例的创建及销毁等都不是有程序猿决定的，而是由web容器进行控制的。

   servlet容器负责加载和实例化Servlet，在容器启动时根据设置决定是在启动时初始化（loadOnStartup大于等于0在容器启动时进行初始化，值越小优先级越高），还是延迟初始化直到第一次请求前；  

   初始化：

      init()，执行一些一次性的动作，可以通过ServletConfig配置对象，获取初始化参数，访问ServletContext上下文环境；

   请求处理：

      servlet容器封装Request和Response对象传给对应的servlet的service方法，对于HttpServlet，就是HttpServletRequest和HttpServletResponse； HttpServlet中使用模板方法模式，service方法根据HTTP请求方法进一步分派到doGet，doPost等不同的方法来进行处理；

     对于HTTP请求的处理，只有重写了支持HTTP方法的对应HTTP servlet方法（doGet），才可以支持，否则放回405（Method Not Allowed）。

  3.访问servlet的配置参数：

      配置servlet时，还可以增加额外的配置参数，通过使用配置参数，可以实现提供更好的可移植性，避免将参数以编码方式写在程序代码中。

      配置参数有两种方式：

     （1）通过@WebServlet的initParams属性来指定。

     （2）通过在web.xml文件的

  4.Servlet的数量：

      Servlet默认是线程不安全的，一个容器中只有每个servlet一个实例。

      StandardWrapper源码中写明，这个类负责Servlet的创建，其中SingleThreadModule模式下创建的实例数不能超过20个，也就是同时只能支持20个线程访问这个Serlvet，因此，这种对象池的设计会进一步限制并发能力和可伸缩性。

  5.缺点：

      开发效率低、 程序可移植性差、 程序可维护性差

  6.标准mvc模式中的servlet： 

      仅作为控制器使用，JavaEE应用架构正是遵循mvc模式的，其中JSP仅作为表现层技术，其作用有两点：1.负责收集用户请求参数；2. 将应用的处理结果、状态、数据呈现给用户。

  7.线程不安全 ：

      servlet中默认线程不安全，单例多线程，因此对于共享的数据（静态变量，堆中的对象实例等）自己维护进行同步控制，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，很显然要根据业务控制同步控制块的大小进行细粒度的控制，将不影响线程安全的耗时操作移出同步控制块；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） 

  8.异步处理：

    在Servlet中等待是一个低效的操作，因为这是阻塞操作。

    异步处理请求能力，使线程可以返回到容器，从而执行更多的任务。当开始异步处理请求时，另一个线程或回调可以：（1）产生响应；或者，（2）请求分派；或者，（3）调用完成；

   关键方法：

      启用：让servlet支持异步支持：asyncSupported=true；

      启动AsyncContextasyncContext=req.startAsyncContext();或startAsyncContext(req,resp);

      完成：asyncContext.complete();必须在startAsync调用之后，分派进行之前调用；同一个AsyncContext不能同时调用dispatch和complete

      分派：asyncContext.dispatch();dispatch(Stringpath);dispatch(ServletContextcontext,Stringpath); 不能在complete之后调用； 从一个同步servlet分派到异步servlet是非法的；

      超时：asyncContext.setTimeout(millis); 超时之后，将不能通过asyncContext进行操作，但是可以执行其他耗时操作；

在异步周期开始后，容器启动的分派已经返回后，调用该方法抛出IllegalStateException；如果设置成0或小于0就表示notimeout； 超时表示HTTP连接已经结束，HTTP已经关闭，请求已经结束了。

      启动新线程 ：

         通过AsyncCOntext.start(Runnable)方法，向线程池提交一个任务，其中可以使用AsyncContext（未超时前）；

      事件监听：

         addListener(newAsyncListener{…})；

         onComplete：完成时回调，如果进行了分派，onComplete方法将延迟到分派返回容器后进行调用；

         onError：可以通过AsyncEvent.getThrowable获取异常；

         onTimeout：超时进行回调；

         onStartAsync：在该AsyncContext中启动一个新的异步周期（调用startAsyncContext）时，进行回调；

      超时和异常处理，步骤：

         （1）调用所有注册的AsyncListener实例的onTimeout/onError；

         （2）如果没有任何AsyncListener调用AsyncContext.complete()或AsyncContext.dispatch()，执行一个状态码为HttpServletResponse .SC_INTERNAL_SERVER_ERROR出错分派；

         （3）如果没有找到错误页面或者错误页面没有调用AsyncContext.complete()/dispatch()，容器要调用complete方法；

     servlet生命终止：

          servlet容器确定从服务中移除servlet时，可以通过调用destroy()方法将释放servlet占用的任何资源和保存的持久化状态等。调用destroy方法之前必须保证当前所有正在执行service方法的线程执行完成或者超时；之后servlet实例可以被垃圾回收，当然什么时候回收并不确定，因此destroy方法是是否必要的。

    （3）运行原理：

         当Web服务器接收到一个HTTP请求时，它会先判断请求内容——如果是静态网页数据，Web服务器将会自行处理，然后产生响应信息；如果牵涉到动态数据，Web服务器会将请求转交给Servlet容器。此时Servlet容器会找到对应的处理该请求的Servlet实例来处理，结果会送回Web服务器，再由Web服务器传回用户端。针对同一个Servlet,Servlet容器会在第一次收到http请求时建立一个Servlet实例，然后启动一个线程。第二次收到http请求时，Servlet容器无须建立相同的Servlet实例，而是启动第二个线程来服务客户端请求。所以多线程方式不但可以提高Web应用程序的执行效率，也可以降低Web服务器的系统负担。

下图粗暴解释了请求到容器流程

                           

下图解释了请求到容器到servlet周期流程

                        

  文字解说：

     1.客户发出请求—>Web 服务器转发到Web容器Tomcat；

     2.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；

     3.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，同时把步骤2创建的两个对象传递给该线程；

     4.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；

     5.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线程结束时：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。

       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）。

注意：

   1.创建Servlet对象的时机：Servlet容器启动时：读取web.xml配置文件中的信息，构造指定的Servlet对象，创建ServletConfig对象，同时将ServletConfig对象作为参数来调用Servlet对象的init方法。在Servlet容器启动后：客户首次向Servlet发出请求，Servlet容器会判断内存中是否存在指定的Servlet对象，如果没有则创建它，然后根据客户的请求创建HttpRequest、HttpResponse对象，从而调用Servlet 对象的service方法。Servlet Servlet容器在启动时自动创建Servlet，这是由在web.xml文件中为Servlet设置的属性决定的。从中我们也能看到同一个类型的Servlet对象在Servlet容器中以单例的形式存在。

   2.在Servlet接口和GenericServlet中是没有doGet（）、doPost（）等等这些方法的，HttpServlet中定义了这些方法，但是都是返回error信息，所以，我们每次定义一个Servlet的时候，都必须实现doGet或doPost等这些方法。我们经常使用的httpServlet是继承于GenericServlet实现的。