Java Web(二) Servlet详解

什么是Servlet?

Servlet是运行在Web服务器中的Java程序。Servlet通常通过HTTP（超文本传输协议）接收和响应来自Web客户端的请求。Java Web应用程序中所有的请求-响应都是由Servlet完成。

Servlet的工作流程

浏览器与服务器之间的请求和响应都是遵循HTTP协议的(上一篇有介绍HTTP)。Tomcat会接受并解析HTTP请求文本，然后封装成HttpServletRequest对象，所有的HTTP头数据都可以通过request相应的方法查询到。Tomcat同时会把响应的数据封装为HttpServletResponse类型的response对象，通过设置response属性可以控制输出内容，然后Tomcat会把request、respnse作为参数，调用Servlet的相关方法，例如doGet、doPost等。

Java Web应用程序请求-响应的典型过程如图：

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编写Servlet

在编写Servlet时，需要继承HttpServlet类，还要考虑到如何让Web容器找到相应的Servlet。

在Servlet3.0之前编写Servlet时需要部署配置文件web.xml(在上一篇有详细介绍)。

Servlet类的编写：

package servlet;

import javax.Servlet.ServletException;
import javax.Servlet.http.HttpServlet;
import javax.Servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.Servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;

public class HelloServlet extends HttpServlet {
    protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {

    }

    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {

    }
}

配置文件的编写：

  <servlet>
    <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
    <servlet-class>servlet.HelloServlet</servlet-class>
  </servlet>
  <servlet-mapping>
    <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
    <url-pattern>/HelloServlet</url-pattern>
  </servlet-mapping>

有没有觉得这样非常麻烦。。。所以在Servlet3.0以后可以使用@WebServlet()注解的方式来告诉Tomcat哪些Servlet会提供服务以及额外信息，而不需要配置文件。

package servlet;

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(
        name = "HelloServlet",  //Servlet内部名，可以随便设置
        urlPatterns = "/login",  //用户请求用的URL名称
        loadOnStartup = 1   //Servlet初始化顺序，默认为-1，设置为大于0点值，数字越小越先执行
)
public class HelloServlet extends HttpServlet {
    protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {

    }

    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {

    }
}

Servlet的原理

Servlet API

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  1. Servlet

    此接口定义了初始化Servlet的方法、为请求提供服务的方法和从服务器移除Servlet的方法，这些方法称为生命周期方法。此外该接口还提供了getServletConfig方法和getServletInfo方法，Servlet可使用前一种方法获得任何启动信息，而后一种方法允许Servlet返回有关其自身的基本信息，比如作者、版本和版权。

    • init(ServletConfig config)

      生命周期方法，由Web容器调用，初始化该Servlet。

    • service(ServletRequest req, ServletResponse res)

      生命周期方法，由Web容器调用，以允许Servlet响应某个请求。此方法仅在Servlet的 init() 方法成功完成之后调用。

    • destroy()

      生命周期方法，由Web容器调用，销毁该Servlet。

    • getServletConfig()

      返回ServletConfig对象，该对象包含此Servlet的初始化和启动参数。返回的ServletConfig对象是传递给 init()方法的对象。此接口的实现负责存储ServletConfig对象，以便此方法可以返回该对象。实现此接口的GenericServlet类已经这样做了。

    • getServletInfo()

      返回有关Servlet的信息，比如作者、版本和版权。此方法返回的是纯文本，不应该是任何种类的标记。

  2. GenericServlet

    定义一般的、与协议无关的Servlet。GenericServlet实现Servlet和ServletConfig接口。GenericServlet的主要目的就是将初始化Servlet的Init方法传入的ServletConfig对象封装起来，GenericServlet也包括了Servlet与ServletConfig所定义方法的简单实现，实现内容主要是通过ServletConfig来取得一些相关信息。GenericServlet在实现Servlet的init方法时，还调用了无参的init()方法，如果有一些初始时需要运行的操作，可以在你编写的Servlet中重写这个无参init方法()，而不是重写有参数的init()方法，原因在下面的Servlet生命周期里有详细的介绍。

       public void init(ServletConfig config) throws ServletException {
        this.config = config;
        this.init();
    }

  3. HttpServlet

    继承于GenericServlet，提供将要被子类化以创建适用于 Web 站点的HTTP Servlet的抽象类。HttpServlet的子类至少必须重写一个方法，该方法通常是以下这些方法之一：

    • doGet，如果Servlet支持HTTP GET请求
    • doPost，用于HTTP POST请求
    • doPut，用于HTTP PUT请求
    • doDelete，用于HTTP DELETE请求
    • init 和 destroy，用于管理Servlet的生命周期内保存的资源
    • getServletInfo，Servlet使用它提供有关其自身的信息

  4. MyServlet

    这是你自己编写的Servlet，继承HttpServlet后重写其中的doGet方法或doPost方法即可接收和响应客户端的Http请求。

Servlet生命周期

生命周期：Servlet从创建到消亡的一段时间

Web容器为Servlet创建一个ServletConfig，调用init()时，Servlet才是一个真正的Servlet，之前还只是一个普通的对象(调用构造函数后)。在调用构造函数和init方法之间，Servlet处在薛定谔状态(介于两者之间的一种状态)，如果在Servlet状态，你可能有一些Servlet初始化代码，比如得到Web应用配置信息，或请求信息，那么你就会失败。但是只要记住一点，Servlet的构造函数中不放任何东西即可。

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  1. init()

    默认情况下，Servlet在第一次被访问的时候，才会执行init方法。 有的时候，我们可能需要在这个方法里面执行一些初始化工作，甚至是做一些比较耗时的工作。那么这个时候，初次访问，可能会在init方法中逗留太久的时间。 那么有没有方法可以让这个初始化的时机提前一点？

    • 在web.xml中配置， 使用load-on-startup元素来指定Servlet的启动时机， 初始值为-1，它的值必须是一个整数，我们设置的时候一般为0和大于0的整数，表示在容器启动的时候就加载和初始化Servlet，值越小，Servlet的优先级就越高，启动的时机就越早，当值相同时，由Web容器自己选择优先加载。

      <servlet>
	<servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
    <servlet-class>servlet.HelloServlet</servlet-class>
    <load-on-startup>2</load-on-startup>
</servlet>

    • 在注解中添加loadOnStartup属性，与上面一样。

      @WebServlet(
        name = "HelloServlet",  //Servlet内部名，可以随便设置
        urlPatterns = "/login",  //用户请求用的URL名称
        loadOnStartup = 1   //Servlet初始化顺序，默认为-1
)

  2. service

    当一个请求到来的时候，容器会开始一个新线程，或者从线程池中分配一个线程，并调用service()方法，再由service()考虑调用哪一个方法响应请求。

  3. destroy

    当Servlet从服务器中移除或者服务器关闭的时候Servlet对象会被销毁，里面的destroy方法就会执行，然后垃圾回收就会将其回收掉。

四大对象

ServletConfig

Web容器使用的Servlet配置对象，该对象在初始化期间将信息传递给Servlet。通过ServletConfig可以得到一些初始化信息。每个Servlet都有一个属于自己的ServletConfig。

获取方式：getServletConfig()。

ServletConfig对象只有以下四个方法：

  • getInitParameter(String name)：根据name返回指定初始化参数的值，如果参数不存在，则返回null。
  • getInitParameterNames()：以 String对象的Enumeration的形式返回Servlet的初始化参数的名称，如果 Servlet 没有初始化参数，则返回一个空的Enumeration。
  • getServletContext()：返回ServletContext对象的引用。
  • getServletName()：返回此Servlet实例的名称，默认是类名。

在使用这些方法之前，需要知道怎么为Servlet添加初始化参数。

web.xml中添加参数：

<servlet>
    <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
    <servlet-class>servlet.HelloServlet</servlet-class>
    <init-param>
      <param-name>name</param-name>
      <param-value>kindleheart</param-value>
    </init-param>
    <init-param>
      <param-name>phone</param-name>
      <param-value>110</param-value>
    </init-param>
    <load-on-startup>2</load-on-startup>
  </servlet>

@WebServlet注解中添加参数：

@WebServlet(
        name = "HelloServlet",  //Servlet内部名，可以随便设置
        urlPatterns = "/login",  //用户请求用的URL名称
        loadOnStartup = 1,   //Servlet初始化顺序，默认为-1
        initParams = {  //添加初始化参数
                @WebInitParam(name = "name", value = "kindleheart"),
                @WebInitParam(name = "phone", value = "110")
        }
)

使用上面四个方法：

public class HelloServlet extends HttpServlet {
    protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        //得到ServletConfig对象
        ServletConfig ServletConfig = this.getServletConfig();
        //getInitParameter
        System.out.println(ServletConfig.getInitParameter("name"));
        System.out.println(ServletConfig.getInitParameter("phone"));
        //getInitParameterNames
        Enumeration<String> names = ServletConfig.getInitParameterNames();
        while (names.hasMoreElements()) {
            String name = names.nextElement();
            System.out.println(ServletConfig.getInitParameter(name));
        }
        //getServletContext
        ServletContext ServletContext = ServletConfig.getServletContext();
        //getServletName
        System.out.println(ServletConfig.getServletName());
    }

    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        doPost(request, response);
    }
}

ServletContext

Servlet上下文，定义一组方法，Servlet使用这些方法与Web容器进行通信，例如获取文件的 MIME 类型、分发请求或写入日志文件。

每个Web工程下只有一个ServletContext，所有Servlet共用一个ServletContext，ServletContext对象包含在 ServletConfig对象中，ServletConfig对象在初始化Servlet时由Web容器提供给Servlet。

获取方式：getServletContext()、getServletConfig().getServletContext，这两种方式本质上是一样的，都是由ServletConfig在GenericServlet类中返回得到。

ServletRequest对象的应用：

  1. 获取全局参数

    上面的init-param是配置在Servlet标签下的，所以只能由这个Servlet来读取，如果想所有的Servlet都能读取，就需要用到上下文参数，context-param配置在web-app标签下，同样的在获取全局配置参数之前我们先在web.xml中添加全局参数。

      <context-param>
    <param-name>name</param-name>
    <param-value>kindleheart</param-value>
  </context-param>
  <context-param>
    <param-name>phone</param-name>
    <param-value>110</param-value>
  </context-param>

    读取方式与ServletConfig读取初始化参数完全一样。

  2. 获取Web应用中的资源

       protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        // 告诉客户端该文件不是直接解析，而是以附件形式打开（下载）
        response.setHeader("Content-Disposition", "attachment;filename=" + "tutu.jsp");
        
        //获取文件的绝对路径,再得到输入流
//        String path = this.getServletContext().getRealPath("download/" + "tutu.jsp");
//        InputStream in = new FileInputStream(path);
        //直接得到输入流
        InputStream in = getServletContext().getResourceAsStream("download/tutu.jsp");
        
        // 获得输出流，通过response获得的输出流，用于向客户端写内容
        ServletOutputStream out = response.getOutputStream();
        // 文件拷贝代码
        int len = 0;
        byte[] buffer = new byte[1024];
        while ((len = in.read(buffer)) != -1) {
            out.write(buffer, 0, len);
        }
        in.close();
        out.close();
    }

  3. 在Servlet上下文存取数据

    protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        //在Servlet上下文添加属性
        getServletContext().setAttribute("name","图图");
        //在Servlet上下文获取这个属性值
        String name = (String) getServletContext().getAttribute("name");
    }

HttpServletRequest

客户端发来的请求被封装成一个HttpServletRequest对象。所有的信息包括请求的地址，请求的参数，提交的数据，上传的文件，客户端IP地址，甚至是客户端操作系统都包含在内。

HttpServletRequest对象的应用：

  1. 获取请求头信息

     protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        //获取所有请求头信息
        Enumeration<String> headerNames = request.getHeaderNames();
        while (headerNames.hasMoreElements()) {
            String name = headerNames.nextElement();
            String value = request.getHeader(name);
            System.out.println(name + ":" + value);
        }
    }

  2. 获取表单传来的数据

    <form action="login" method="post">
    姓名：<input type="text" name="username"><br>
    密码：<input type="password" name="password"><br>
    <input type="checkbox" name="hobby" value="打球">打球
    <input type="checkbox" name="hobby" value="游泳">游泳
    <input type="checkbox" name="hobby" value="滑雪">滑雪<br>
    <input type="submit" value="提交">
</form>

     protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        //设置字符编码为UTF-8
        request.setCharacterEncoding("utf-8");
        response.setContentType("text/html;charset=utf-8");
        //一个name对应一个值
        String username = request.getParameter("username");
        String password = request.getParameter("password");
        
        //一个name对应多个值
        Map<String, String[]> map = request.getParameterMap();
        Set<String> keySet = map.keySet();
        for(String key : keySet) {
            System.out.println("key=" + key + "的值的总数有" + map.get(key).length);
            for(String value : map.get(key)) {
                System.out.println(value);
            }
        }
    }

  3. 请求转发

    在Web应用中，经常需要多个Servlet共同处理请求，那么就需要使用请求转发。请求转发是通过RequestDispatcher对象的forword(req, res)来实现的。这个动作是在Web容器中进行的，浏览器并不知道请求被转发。当forward跳转时，地址栏的访问地址不改变，跳转后的Servlet或Jsp能使用上一个Servlet里的属性，经常用于Servlet处理业务逻辑，然后Jsp来显示处理结果。

       protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        //在request域中写入属性
        request.setAttribute("username","kindleheart");
        request.setAttribute("password","123");
        //请求转发，index.jsp可以使用该Servlet里的属性
        request.getRequestDispatcher("index.jsp").forward(request, response);
    }

HttpServletResponse

服务器使用HttpServletResponse来对浏览器进行响应。

HttpServletResponse的应用：

  1. 设置响应头

    在前面的ServletContext上下文获取资源时，浏览器是默认直接显示该资源的，如果你想下载而不是直接显示，就会需要设置响应头，让浏览器知道你要下载而不是显示。

    // 告诉客户端该文件不是直接解析，而是以附件形式打开（下载）
response.setHeader("Content-Disposition", "attachment;filename=" + "tutu.jsp");

  2. 使用getWriter输出字符

     protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        response.setContentType("text/html;charset=utf-8");
        response.getWriter().println("输出字符");
    }

  3. 使用getOutputStream

    还是在前面的 ServletContext 获取资源中，需要把资源以输出流的形式进行下载，那就需要用到getOutputStream来以二进制形式写入。

    // 获得输出流，通过response获得的输出流，用于向客户端写内容
ServletOutputStream out = response.getOutputStream();

  4. 重定向

    HttpServletRequence的sendRedirect要求浏览器重新请求一个URL，称为重定向。重定向是利用服务器返回的状态码决定的，浏览器在访问服务器的时候，服务器会返回一个状态码。可以使用HttpServletResponse的setStatus方法设置状态码。如果服务器返回301，或者302，那么浏览器会到新的网址请求资源，地址栏上的访问地址会改变。重定向和请求转发不一样。因为是重新访问地址，所以重定向后的Servlet或Jsp不能使用之前Servlet的属性。

    状态码 意义
    1xx 信息状态码。表示该请求已经被接受。正在被处理。
    2xx 正确状态码。表示该请求已经被正确接受且处理，没有错误发生。例如，200表示一切正确。
    3xx 重定向状态码。例如301，302表示该资源已经不存在或换了地址，需要重新定向到一个新的资源。
    4xx 请求错误。例如401表示没有访问权限，404表示资源不存在，405表示访问方式错误。
    5xx 服务器错误。例如500表示程序出现异常而中途停止运行。

    使用：

    //重定向到index.jsp
response.sendRedirect("index.jsp");

    sendRedirect方法其实是在响应中设置了Status和Location标头，所以使用以下代码就可以实现重定向，这也是重定向的原理。

    //设置状态码
response.setStatus(301);
//定位跳转的位置
response.setHeader("Location", "index.jsp");

  5. 自动刷新

    response对象可以使用setHeader设置方法响应头来实现自动刷新，自动刷新不仅可以实现一段时间跳转到其他页面，还可以实现一段时间后自动刷新本页面。

    response.getWriter().println("注册成功！3秒之后会跳转到主页");
response.setHeader("refresh", "3;index.jsp");

    其中3代表3秒，index.jsp是指定的跳转网址的URL，如果URL设置的路径为Servlet自己的路径，就会每隔3秒刷新自己一次。

重定向与请求转发的区别

本质区别：请求转发只发出了一次请求，而重定向发出了多次请求。

  • 请求转发：地址栏是初次发出请求的地址

    重定向：地址栏不再是初次发出的请求地址，地址栏为最后响应的那个地址

  • 请求转发：在最终的Servlet中，request对象和中转的那个request是同一个对象
    重定向：在最终的Servlet中，request对象和中转的那个request不是同一个对象

  • 请求转发：只能转发给当前WEB应用的资源
    重定向：可以重定向到任何资源
    response.sendRedirect("http://www.baidu.com");是可以的，请求转发就不行。

  • 请求转发：/ 代表的是当前WEB应用的根目录(http://localhost:8080/项目名称/)
    重定向: / 代表的是当前WEB站点的根目录（http://localhost:8080/）

注意：这两条跳转语句不能同时出现在一个页面中，否则会报IllegalStateException - if the response was already committed的错误。

Servlet中文乱码问题

出现乱码问题的原因是Web容器默认是以ISO-8859-1进行字符编码的。而一般使用的过程中都是以UTF-8的格式，那么就会出现乱码问题。

  • HttpServletRequest出现中文乱码

    • POST请求

      //设置request的字符编码格式为utf-8
request.setCharacterEncoding("utf-8");

    • GET请求

      String value = request.getParameter("value");
value = new String(value.getBytes("iso-8859-1"), "utf-8");
System.out.println(value);

  • HttpServletResponse出现中文乱码

    //设置response的字符编码格式为utf-8
response.setContentType("text/html;charset=utf-8");

如果要接收中文数据，并在响应时通过浏览器正确显示中文，那么这两个方法需要同时进行设置。

Servlet是否为线程安全

线程安全问题指的是多线程在并发执行时会不会出现问题。由于Web容器只会创建一个Servlet实例，所以多个用户发起请求时，会有多个线程处理Servlet代码，因此Servlet是线程不安全的。

考虑以下代码：

@WebServlet(name = "ThreadSafeServlet", urlPatterns = "/ThreadSafeServlet")
public class ThreadSafeServlet extends HttpServlet {
    private String name;
    protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        name = request.getParameter("name");
        try {
            Thread.sleep(10000);//使线程沉睡10秒
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        response.getWriter().println("name:" + name);
    }

    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        doPost(request, response);
    }
}

10秒内在两个不同的浏览器窗口中的表单输入name并提交，假如在A浏览器中输入111，B浏览器中输入222，最后会发现A和B浏览器显示的name都是222。这是因为在第一个线程睡眠时，第二个线程修改了name的值，所有最后显示都是222，那么就产生了线程不安全问题。

实际上Servlet，Context上下文作用域，HttpSession都是线程不安全的，只有request请求和局部变量是线程安全的。

作者：kindleheart
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