Servlet工作原理解析2（以Tomcat为例）
Servlet如何工作
Servlet是如何被加载的、如何被初始化的，以及Servlet的体系结构都已经清楚了，现在就看看它是如何被调用的。
用户从浏览器向服务器发起的一个请求通常会包含如下信息：http://hostname: port/contextpath/serletpath，hostname和port用来与服务器建立TCP连接，后面的URL才用来选择在服务器中那个子容器服务用户的请求。服务器是如何根据这个URL来到达正确的Servlet容器中的呢？在Tomcat7中这件事很容易解决，因为这种映射工作由专门一个类来完成，这个类就是org.apache.tomcat.util.http.mapper，这个类保存了Tomcat的Container容器中的所有子容器的信息，org.apache.catalina.connector.Request类在进入Container容器前，Mapper将会根据这次请求的hostname和contextpath将host和context容器设置到Request的mappingData属性中，如下图所示。所有当Request进入Container容器前，要访问哪个子容器就已经确定了。
但是在Mapper中怎么会有容器的完整关系呢？这要看MapperListener类的初始化过程了，如下代码：
public void init(){
findDefaultHost();
Engine engine = (Engine)connector.getService().getContainer();
engine.addContainerListener(this);
Container[] conHosts = engine.findChildren();
for(Container conHost : conHosts){
Host host = (Host)conHost;
if(!LifecycleState.NEW.equals(host.getState())){
host.addLifecycleListener(this);
registerHost(host);
}
}
}
这段代码是将MapperListener类作为一个监听者加到整个容器的每个子容器中，这样只要任何一个容器发生变化，MapperListener都将会被通知到，相应的保存容器关系的MapperListener的mapper属性也会被修改。在for循环中就是将host及下面的子容器注册到mapper中。
下图是Request在容器中的路由图：
请求是如上图到达正确的Wrapper容器的，但是在请求到达最终的Servlet前还要完成一些步骤，必须要执行Filter链，以及通知你在web.xml中定义的listener。接下来要执行Servlet的service方法了。通常我们自己定义的servlet并不直接去实现javax.servlet.servlet接口，而是去继承更简单的HttpServlet类或者GenericServlet类，这样可以有选择地覆盖相应的方法去实现要完成的工作。
Servlet的确已经能够帮我们完成所有的工作了，但是现在的Web应用很少直接将交互的全部页面用Servlet来实现，而是采用更加高效的MVC框架来实现。它们的基本原理是将所有的请求都映射到一个Servlet，然后去实现service方法，这个方法也就是MVC框架的入口。
当Servlet从Servlet容器中移除时，也就表明该Servlet的生命周期结束了，这时Servlet的destroy方法将被调用，做一些扫尾工作。
Servlet中的Listener
在整个Tomcat服务器中，Listener使用得非常广泛，它是基于观察者模式设计的，能够从另一个纵向维度控制程序和数据，是一种快捷的手段。
如下图，Servlet中的Listener：
实际上这6个Listener都继承了EventListener接口，每个Listener各自定义了需要实现的接口。这些个接口基本上涵盖了整个Servlet生命周期的各种事件。这些Listener的实现类可以配置在web.xml的 <listener>标签中，也可以在应用程序中动态添加Listener，需要注意的是ServletContextListener在容器启动后就不能再添加新的，因为它监听的事件不会再出现了。掌握这些Listener的使用方法，能够让我们的程序设计的更加灵活。如spring的org.springframework.web.context.ContextLoaderListener就实现了一个ServletContextListener，当容器加载时启动spring容器。ContextLoaderListener在contextInitialized方法中初始化spring容器，有几种办法可以加载spring容器，通过在web.xml的<context-param>标签中配置spring的applicationContext.xml路径，文件名可以任意取，如果没有配置，将在/WEB/INF/路径下查找默认的applicationContext.xml文件。ContextLoaderListener的contextInitialized方法代码如下：
public void contextInitialized(ServletContextEvent event){
this.contextLoader = createContextLoader();
if(this.contextLoader == null){
this.contextLoader = this;
}
this.contextLoader.initWebApplicationContext(event.getServlet-Context());
}
Filter如何工作
Filter也是在web.xml中另外一个常用的配置项，可以通过<filter>和<filter-mapping>组合来使用它。实际上Filter可以完成与Servlet同样的工作，甚至比Servlet使用起来更加灵活，因为它除了提供了request和response外，还提供了一个FilterChain对象，这个对象让我们更加灵活地控制请求的流转。
在Tomcat中，FilterConfig和FilterChain的实现类分别是ApplicationFilterConfig和ApplicationFilterChain，而Filter的实现类有用户自定义，只要实现Filter接口中定义的三个接口就行，这三个接口在与Servlet中的类似。只不过还有一个ApplicationFilterChain类，它可以将多个Filter串联起来，组成一个链，这个链与Jetty中的Handler链有异曲同工之妙。下面是Filter类中的三个接口方法：
1.init(FilterConfig)：初始化接口，在用户自定义的Filter初始化时被调用，它与Servlet的init方法的作用是一样的，FilterConfig与ServletConfig也类似，除了都能渠道容器的环境类ServletContext对象外，还能获取在<filter>下配置的<init-param>参数值。
2.doFilter(ServletRequest, ServletResponse, FilterChain)：在每个用户请求进来时这个方法都会被调用，并在Servlet的service方法前被调用。而FilterChain就代表当前的整个请求链，所以可以通过FilterChain.doFilter()将请求继续传递下去。如果想拦截这个请求，就不调用FilterChain.doFilter()，那么这个请求就不返回了。所以Filter是一种责任链模式。
3.destroy：当Filter对象被销毁时，这个方法被调用。注意，当Web容器调用这个方法之后，容器会再调用一次doFilter方法。
Filter类的核心还是传递的FilterChain对象，这个对象保存了到最终Servlet对象的所有Filter对象，这些对象都保存在ApplicationFilterChain对象的filters数组中。在FilterChain链上每执行一个Filter对象，数组的当前计数都会加1，知道计数等于数组的长度，当FilterChain上所有的Filter对象执行完成后，就会执行最终的Servlet。所以在ApplicationFilterChain对象中会持有Servlet对象的引用。下图是Filter对象的执行时序图：
Servlet中url-pattern
在web.xml中<servlet-mapping>和<filter-mapping>都有<url-pattern>配置项，它们的作用都是匹配一次请求是否会执行这个Servlet或者Filter，那么这个URL是怎么匹配的呢？又是何时匹配的呢？
一个请求最终被分配到一个servlet中是通过org.apache.tomcat.util.http.Mapper类完成的，这个类会 根据请求的URL来匹配在每个Servlet中配置的<url-pattern>，所以它在一个请求被创建时就已经匹配了。Filter的url-pattern匹配是在创建ApplicationFilterChain对象时进行的，它会把所有定义的Filter的url-pattern与当前的url匹配如果匹配成功就将这个Filter保存到ApplicationFilterChain的filter数组中，然后在FilterChain中依次调用。
在web.xml加载时，首先会检查<url-pattern>配置是否符合规则，这个检查是在StandardContext的validateURLPattern方法中进行的，如果检查不成功，Context容器启动会失败，并且会报java.lang.IllegalArgumentException:Invalid<url-pattern>/a/*.htm in Servlet mapping错误。
<url-pattern>的解析规则，对Servlet和Filter是一样的，匹配规则有如下三种：
1.精确匹配：如/foo.htm只会匹配foo.htm这个URL
2.路径匹配：如/foo/*会匹配以foo为前缀的URL
3.后缀匹配：如*.htm会匹配所有以.htm为后缀的URL
Servlet的匹配规则在org.apache.tomcat.util.http.mapper.Mapper.internalMapWrapper中定义，对Servlet的匹配来说如果同时定义了多个<url-pattern>，那么到底匹配哪个Servlet呢？这个匹配顺序是：首先精确匹配，然后是路径匹配，最后是后缀匹配。
Filter的匹配规则在ApplicationFilterFactory.matchFiltersURL方法中定义。Filter的匹配原则和Servlet有些不同，只有匹配成功，这些Filter都会在请求链上被调用。
