详解Servlet的使用

Servlet

定义

动态页面 vs 静态页面

主要功能

Servlet的使用

创建Maven项目

引入依赖

创建目录

编写代码

打war包

部署程序

验证程序

Smart Tomcat

安装Smart Tomcat

配置Smart Tomcat插件

启动Tomcat

访问页面

路径对应关系

Servlet运行原理

Tomcat的初始化

Tomcat处理请求

Tomcat的Service方法实现

Servlet

定义

Servlet（Server Applet）是Java Servlet的简称，是一种运行在Web服务器上的Java程序，用于处理客户端（通常是Web浏览器）的请求并生成响应。Servlet具有独立于平台和协议的特性，主要功能在于交互式地浏览和生成数据，生成动态Web内容。

动态页面 vs 静态页面

静态页面也就是内容始终固定的页面. 即使用户不同/时间不同/输入的参数不同 , 页面内容也不会发生变化. (除非网站的开发人员修改源代码, 否则页面内容始终不变).
对应的, 动态页面指的就是用户不同/时间不同/输入的参数不同, 页面内容会发生变化.

构建动态页面的技术有很多, 每种语言都有一些相关的库/框架来做这件事.
Servlet 就是 Tomcat 这个 HTTP 服务器提供给 Java 的一组 API, 来完成构建动态页面这个任务.

主要功能

处理HTTP请求：Servlet可以接收来自客户端的HTTP请求，并根据请求执行相应的操作。
生成HTTP响应：Servlet处理完请求后，会生成相应的HTTP响应，并将其发送给客户端。
动态内容生成：Servlet能够生成动态的Web内容，如根据用户输入查询数据库并返回结果。

Servlet的使用

创建Maven项目

引入依赖

Maven 项目创建完毕后, 会自动生成一个 pom.xml 文件.
我们需要在 pom.xml 中引入 Servlet API 依赖的 jar 包.

在Maven中央仓库搜索“Servlet”

然后点击“Java Servlet API”

选择和Tomcat版本匹配的Servlet版本

然后复制以下内容，粘贴到 pom.xml中

然后刷新Maven

创建目录

在src/main路径下创建一个和java目录同级的 webapp目录，然后再在 webapp目录下创建一个WEB-INF目录，然后再在WEB-INF目录下创建一个 web.xml文件，目录结构如下图所示：

然后在 web.xml文件中写入一下内容：

<!DOCTYPE web-app PUBLIC
        "-//Sun Microsystems, Inc.//DTD Web Application 2.3//EN"
        "http://java.sun.com/dtd/web-app_2_3.dtd" >

<web-app>
    <display-name>Archetype Created Web Application</display-name>
</web-app>

编写代码

在 java 目录中创建一个类 HelloServlet, 代码如下：

import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.annotation.WebServlet;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;

@WebServlet("/hello")
public class HelloServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        System.out.println("hello world");
        resp.getWriter().write("hello world");
    }
}

代码说明：

1.创建一个类 HelloServlet , 继承自 HttpServlet
2.在这个类上方加上 @WebServlet("/hello") 注解, 表示 Tomcat 收到的请求中, 路径为 /hello
的请求才会调用 HelloServlet 这个类的代码. (这个路径未包含 Context Path)
3.重写 doGet 方法. doGet 的参数有两个, 分别表示收到的 HTTP 请求和要构造的 HTTP 响应. 这个方法会在 Tomcat 收到 GET 请求时触发

4.HttpServletRequest 表示 HTTP 请求. Tomcat 按照 HTTP 请求的格式把字符串格式的请求转成了一个 HttpServletRequest 对象. 后续想获取请求中的信息(方法, url, header, body 等) 都是通过这个对象来获取.
5.HttpServletResponse 表示 HTTP 响应. 代码中把响应对象构造好(构造响应的状态码, header, body 等)
6.resp.getWriter() 会获取到一个流对象, 通过这个流对象就可以写入一些数据, 写入的数据会被构造成一个 HTTP 响应的 body 部分, Tomcat 会把整个响应转成字符串, 通过 socket 写回给浏览器.

打war包

IDEA中Maven打包默认是jar包，但是Tomcat要求是war包，因此我们需要修改pom.xml文件

然后双击package进行打包

然后我们就可以看到打的war包了

部署程序

把 war 包拷贝到 Tomcat 的 webapps 目录下.
启动 Tomcat , Tomcat 就会自动把 war 包解压缩.

验证程序

Smart Tomcat

手动拷贝 war 包到 Tomcat 的过程比较麻烦. 我们还有更方便的办法.
下面我们使用 IDEA 中的 Smart Tomcat 插件完成这个工作.

安装Smart Tomcat

安装好以后，重启IDEA.

配置Smart Tomcat插件

然后点击"应用"，“确定”即可。

启动Tomcat

访问页面

路径对应关系

使用 Smart Tomcat 部署的时候, 我们发现 Tomcat 的 webapps 内部并没有被拷贝一个 war 包,
也没有看到解压缩的内容.
Smart Tomcat 相当于是在 Tomcat 启动的时候直接引用了项目中的 webapp 和 target 目录.

Servlet运行原理

我们自己的实现是在 Tomcat 基础上运行的。

当浏览器给服务器发送请求的时候, Tomcat 作为 HTTP 服务器, 就可以接收到这个请求.
HTTP 协议作为一个应用层协议, 需要底层协议栈来支持工作. 如下图所示:

更详细的交互过程可以参考下图:

1) 接收请求:
用户在浏览器输入一个 URL, 此时浏览器就会构造一个 HTTP 请求.
这个 HTTP 请求会经过网络协议栈逐层进行封装成二进制的 bit 流, 最终通过物理层的硬件设备转换成光信号/电信号传输出去.
这些承载信息的光信号/电信号通过互联网上的一系列网络设备, 最终到达目标主机(这个过程也需要网络层和数据链路层参与).
服务器主机收到这些光信号/电信号, 又会通过网络协议栈逐层进行分用, 层层解析, 最终还原成HTTP 请求. 并交给 Tomcat 进程进行处理(根据端口号确定进程)
Tomcat 通过 Socket 读取到这个请求(一个字符串), 并按照 HTTP 请求的格式来解析这个请求, 根据请求中的 Context Path 确定一个 webapp, 再通过 Servlet Path 确定一个具体的类. 再根据当前请求的方法 (GET/POST/...), 决定调用这个类的 doGet 或者 doPost 等方法. 此时我们的代码中的doGet / doPost 方法的第一个参数 HttpServletRequest 就包含了这个 HTTP 请求的详细信息.

2) 根据请求计算响应:
在我们的 doGet / doPost 方法中, 就执行到了我们自己的代码. 我们自己的代码会根据请求中的一些信息, 来给 HttpServletResponse 对象设置一些属性. 例如状态码, header, body 等.

3) 返回响应:
我们的 doGet / doPost 执行完毕后, Tomcat 就会自动把 HttpServletResponse 这个我们刚设置好的对象转换成一个符合 HTTP 协议的字符串, 通过 Socket 把这个响应发送出去.
此时响应数据在服务器的主机上通过网络协议栈层层封装, 最终又得到一个二进制的 bit 流, 通过物理层硬件设备转换成光信号/电信号传输出去.
这些承载信息的光信号/电信号通过互联网上的一系列网络设备, 最终到达浏览器所在的主机(这个过程也需要网络层和数据链路层参与).
浏览器主机收到这些光信号/电信号, 又会通过网络协议栈逐层进行分用, 层层解析, 最终还原成HTTP 响应, 并交给浏览器处理.
浏览器也通过 Socket 读到这个响应(一个字符串), 按照 HTTP 响应的格式来解析这个响应. 并且把body 中的数据按照一定的格式显示在浏览器的界面上.

Tomcat的初始化

Tomcat 的代码中内置了 main 方法. 当我们启动 Tomcat 的时候, 就是从 Tomcat 的 main 方法开始执行的.
被 @WebServlet 注解修饰的类会在 Tomcat 启动的时候就被获取到, 并集中管理.
Tomcat 通过反射这样的语法机制来创建被 @WebServlet 注解修饰的类的实例.

这些实例被创建完了之后, 会点调用其中的 init 方法进行初始化. (这个方法是 HttpServlet 自带的, 我们自己写的类可以重写 init)
这些实例被销毁之前, 会调用其中的 destory 方法进行收尾工作. (这个方法是 HttpServlet 自带的, 我们自己写的类可以重写 destory)
Tomcat 内部也是通过 Socket API 进行网络通信.
Tomcat 为了能同时相应多个 HTTP 请求, 采取了多线程的方式实现. 因此 Servlet 是运行在多线程环境下的.

Tomcat处理请求

Tomcat 从 Socket 中读到的 HTTP 请求是一个字符串, 然后会按照 HTTP 协议的格式解析成一个HttpServletRequest 对象.
Tomcat 会根据 URL 中的 path 判定这个请求是请求一个静态资源还是动态资源. 如果是静态资源, 直接找到对应的文件把文件的内容通过 Socket 返回. 如果是动态资源, 才会执行到 Servlet 的相关逻辑.
Tomcat 会根据 URL 中的 Context Path 和 Servlet Path 确定要调用哪个 Servlet 实例的 service 方法.
通过 service 方法, 就会进一步调用到我们之前写的 doGet 或者 doPost