03 | 你应该知道的Servlet规范和Servlet容器

通过专栏上一期的学习我们知道,浏览器发给服务端的是一个HTTP格式的请求,HTTP服务器收到这个请求后,需要调用服务端程序来处理,所谓的服务端程序就是你写的Java类,一般来说不同的请求需要由不同的Java类来处理。

那么问题来了,HTTP服务器怎么知道要调用哪个Java类的哪个方法呢。最直接的做法是在HTTP服务器代码里写一大堆if else逻辑判断:如果是A请求就调X类的M1方法,如果是B请求就调Y类的M2方法。但这样做明显有问题,因为HTTP服务器的代码跟业务逻辑耦合在一起了,如果新加一个业务方法还要改HTTP服务器的代码。

那该怎么解决这个问题呢?我们知道,面向接口编程是解决耦合问题的法宝,于是有一伙人就定义了一个接口,各种业务类都必须实现这个接口,这个接口就叫Servlet接口,有时我们也把实现了Servlet接口的业务类叫作Servlet。

但是这里还有一个问题,对于特定的请求,HTTP服务器如何知道由哪个Servlet来处理呢?Servlet又是由谁来实例化呢?显然HTTP服务器不适合做这个工作,否则又和业务类耦合了。

于是,还是那伙人又发明了Servlet容器,Servlet容器用来加载和管理业务类。HTTP服务器不直接跟业务类打交道,而是把请求交给Servlet容器去处理,Servlet容器会将请求转发到具体的Servlet,如果这个Servlet还没创建,就加载并实例化这个Servlet,然后调用这个Servlet的接口方法。因此Servlet接口其实是Servlet容器跟具体业务类之间的接口。下面我们通过一张图来加深理解。

图的左边表示HTTP服务器直接调用具体业务类,它们是紧耦合的。再看图的右边,HTTP服务器不直接调用业务类,而是把请求交给容器来处理,容器通过Servlet接口调用业务类。因此Servlet接口和Servlet容器的出现,达到了HTTP服务器与业务类解耦的目的。

而Servlet接口和Servlet容器这一整套规范叫作Servlet规范。Tomcat和Jetty都按照Servlet规范的要求实现了Servlet容器,同时它们也具有HTTP服务器的功能。作为Java程序员,如果我们要实现新的业务功能,只需要实现一个Servlet,并把它注册到Tomcat(Servlet容器)中,剩下的事情就由Tomcat帮我们处理了。

接下来我们来看看Servlet接口具体是怎么定义的,以及Servlet规范又有哪些要重点关注的地方呢?

Servlet接口

Servlet接口定义了下面五个方法:

public interface Servlet {
    void init(ServletConfig config) throws ServletException;
    
    ServletConfig getServletConfig();
    
    void service(ServletRequest req, ServletResponse res)throws ServletException, IOException;
    
    String getServletInfo();
    
    void destroy();
}

其中最重要是的service方法,具体业务类在这个方法里实现处理逻辑。这个方法有两个参数:ServletRequest和ServletResponse。ServletRequest用来封装请求信息,ServletResponse用来封装响应信息,因此本质上这两个类是对通信协议的封装。

比如HTTP协议中的请求和响应就是对应了HttpServletRequest和HttpServletResponse这两个类。你可以通过HttpServletRequest来获取所有请求相关的信息,包括请求路径、Cookie、HTTP头、请求参数等。此外,我在专栏上一期提到过,我们还可以通过HttpServletRequest来创建和获取Session。而HttpServletResponse是用来封装HTTP响应的。

你可以看到接口中还有两个跟生命周期有关的方法init和destroy,这是一个比较贴心的设计,Servlet容器在加载Servlet类的时候会调用init方法,在卸载的时候会调用destroy方法。我们可能会在init方法里初始化一些资源,并在destroy方法里释放这些资源,比如Spring MVC中的DispatcherServlet,就是在init方法里创建了自己的Spring容器。

你还会注意到ServletConfig这个类,ServletConfig的作用就是封装Servlet的初始化参数。你可以在web.xml给Servlet配置参数,并在程序里通过getServletConfig方法拿到这些参数。

我们知道,有接口一般就有抽象类,抽象类用来实现接口和封装通用的逻辑,因此Servlet规范提供了GenericServlet抽象类,我们可以通过扩展它来实现Servlet。虽然Servlet规范并不在乎通信协议是什么,但是大多数的Servlet都是在HTTP环境中处理的,因此Servet规范还提供了HttpServlet来继承GenericServlet,并且加入了HTTP特性。这样我们通过继承HttpServlet类来实现自己的Servlet,只需要重写两个方法:doGet和doPost。

Servlet容器

我在前面提到,为了解耦,HTTP服务器不直接调用Servlet,而是把请求交给Servlet容器来处理,那Servlet容器又是怎么工作的呢?接下来我会介绍Servlet容器大体的工作流程,一起来聊聊我们非常关心的两个话题:Web应用的目录格式是什么样的,以及我该怎样扩展和定制化Servlet容器的功能

工作流程

当客户请求某个资源时,HTTP服务器会用一个ServletRequest对象把客户的请求信息封装起来,然后调用Servlet容器的service方法,Servlet容器拿到请求后,根据请求的URL和Servlet的映射关系,找到相应的Servlet,如果Servlet还没有被加载,就用反射机制创建这个Servlet,并调用Servlet的init方法来完成初始化,接着调用Servlet的service方法来处理请求,把ServletResponse对象返回给HTTP服务器,HTTP服务器会把响应发送给客户端。同样我通过一张图来帮助你理解。

Web应用

Servlet容器会实例化和调用Servlet,那Servlet是怎么注册到Servlet容器中的呢?一般来说,我们是以Web应用程序的方式来部署Servlet的,而根据Servlet规范,Web应用程序有一定的目录结构,在这个目录下分别放置了Servlet的类文件、配置文件以及静态资源,Servlet容器通过读取配置文件,就能找到并加载Servlet。Web应用的目录结构大概是下面这样的:

| -  MyWebApp
      | -  WEB-INF/web.xml        -- 配置文件,用来配置Servlet等
      | -  WEB-INF/lib/           -- 存放Web应用所需各种JAR包
      | -  WEB-INF/classes/       -- 存放你的应用类,比如Servlet类
      | -  META-INF/              -- 目录存放工程的一些信息

Servlet规范里定义了ServletContext这个接口来对应一个Web应用。Web应用部署好后,Servlet容器在启动时会加载Web应用,并为每个Web应用创建唯一的ServletContext对象。你可以把ServletContext看成是一个全局对象,一个Web应用可能有多个Servlet,这些Servlet可以通过全局的ServletContext来共享数据,这些数据包括Web应用的初始化参数、Web应用目录下的文件资源等。由于ServletContext持有所有Servlet实例,你还可以通过它来实现Servlet请求的转发。

扩展机制

不知道你有没有发现,引入了Servlet规范后,你不需要关心Socket网络通信、不需要关心HTTP协议,也不需要关心你的业务类是如何被实例化和调用的,因为这些都被Servlet规范标准化了,你只要关心怎么实现的你的业务逻辑。这对于程序员来说是件好事,但也有不方便的一面。所谓规范就是说大家都要遵守,就会千篇一律,但是如果这个规范不能满足你的业务的个性化需求,就有问题了,因此设计一个规范或者一个中间件,要充分考虑到可扩展性。Servlet规范提供了两种扩展机制:FilterListener

Filter是过滤器,这个接口允许你对请求和响应做一些统一的定制化处理,比如你可以根据请求的频率来限制访问,或者根据国家地区的不同来修改响应内容。过滤器的工作原理是这样的:Web应用部署完成后,Servlet容器需要实例化Filter并把Filter链接成一个FilterChain。当请求进来时,获取第一个Filter并调用doFilter方法,doFilter方法负责调用这个FilterChain中的下一个Filter。

Listener是监听器,这是另一种扩展机制。当Web应用在Servlet容器中运行时,Servlet容器内部会不断的发生各种事件,如Web应用的启动和停止、用户请求到达等。 Servlet容器提供了一些默认的监听器来监听这些事件,当事件发生时,Servlet容器会负责调用监听器的方法。当然,你可以定义自己的监听器去监听你感兴趣的事件,将监听器配置在web.xml中。比如Spring就实现了自己的监听器,来监听ServletContext的启动事件,目的是当Servlet容器启动时,创建并初始化全局的Spring容器。

到这里相信你对Servlet容器的工作原理有了深入的了解,只有理解了这些原理,我们才能更好的理解Tomcat和Jetty,因为它们都是Servlet容器的具体实现。后面我还会详细谈到Tomcat和Jetty是如何设计和实现Servlet容器的,虽然它们的实现方法各有特点,但是都遵守了Servlet规范,因此你的Web应用可以在这两个Servlet容器中方便的切换。

本期精华

今天我们学习了什么是Servlet,回顾一下,Servlet本质上是一个接口,实现了Servlet接口的业务类也叫Servlet。Servlet接口其实是Servlet容器跟具体Servlet业务类之间的接口。Servlet接口跟Servlet容器这一整套规范叫作Servlet规范,而Servlet规范使得程序员可以专注业务逻辑的开发,同时Servlet规范也给开发者提供了扩展的机制Filter和Listener。

最后我给你总结一下Filter和Listener的本质区别:

  • Filter是干预过程的,它是过程的一部分,是基于过程行为的。

  • Listener是基于状态的,任何行为改变同一个状态,触发的事件是一致的。

课后思考

Servlet容器与Spring容器有什么关系?

不知道今天的内容你消化得如何?如果还有疑问,请大胆的在留言区提问,也欢迎你把你的课后思考和心得记录下来,与我和其他同学一起讨论。如果你觉得今天有所收获,欢迎你把它分享给你的朋友。

精选留言

  • 天琊

    2019-05-16 10:46:35

    文章中提到
    1.SpringMVC 容器实在DispatcherServlet中init方法里创建的。
    2.Spring 容器是通过Listener创建的
    a、就是说SpringMVC容器和Spring容器还不一样,那么他们是什么关系?
    b、他们和Servlet容器又是啥关系?
    作者回复

    Tomcat&Jetty在启动时给每个Web应用创建一个全局的上下文环境,这个上下文就是ServletContext,其为后面的Spring容器提供宿主环境。

    Tomcat&Jetty在启动过程中触发容器初始化事件,Spring的ContextLoaderListener会监听到这个事件,它的contextInitialized方法会被调用,在这个方法中,Spring会初始化全局的Spring根容器,这个就是Spring的IoC容器,IoC容器初始化完毕后,Spring将其存储到ServletContext中,便于以后来获取。

    Tomcat&Jetty在启动过程中还会扫描Servlet,一个Web应用中的Servlet可以有多个,以SpringMVC中的DispatcherServlet为例,这个Servlet实际上是一个标准的前端控制器,用以转发、匹配、处理每个Servlet请求。

    Servlet一般会延迟加载,当第一个请求达到时,Tomcat&Jetty发现DispatcherServlet还没有被实例化,就调用DispatcherServlet的init方法,DispatcherServlet在初始化的时候会建立自己的容器,叫做SpringMVC 容器,用来持有Spring MVC相关的Bean。同时,Spring MVC还会通过ServletContext拿到Spring根容器,并将Spring根容器设为SpringMVC容器的父容器,请注意,Spring MVC容器可以访问父容器中的Bean,但是父容器不能访问子容器的Bean, 也就是说Spring根容器不能访问SpringMVC容器里的Bean。说的通俗点就是,在Controller里可以访问Service对象,但是在Service里不可以访问Controller对象。

    2019-05-16 12:41:04

  • 道行三易

    2019-05-16 16:12:29

    笔记总结:
    1.Servlet规范:Servlet和Servlet容器的一整套规则
    2.Servlet和Servlet的出现是为了解耦http服务器和业务逻辑
    3.ServletRequest和ServletResponse对象是对通信协议的封装
    4.Servlet接口有5个方法,其中包括生命周期函数两个:init和destroy;获取信息的函数两个:getServletConfig和getServletInfo;还有一个就是业务逻辑处理方法:service
    5.一个ServletContext接口对应一个web应用,它持有web应用中的所有servlet,所以可以通过它来实现请求在Servlet之间的转发
    6.Servlet容器的扩展机制:Filter接口和Listener接口,前者是基于过程的,后者是基于状态的
  • Monday

    2019-05-17 07:56:32

    基于思考题,我在梦中醒来,觉得servlet容器管理的是servlet(把controller也理解成了servlet),spring容器则是管理service,DAO这类bean。这样理解的话springMVC不就是多余的了吗?但是我们项目中都有使用springMVC,存在即合理,所以我的理解是有误的。于是想老师帮忙给出以下三张图。非常感谢,
    1,恳求老师能给出servlet,spring,springMVC三个容器的关系图。
    2,恳求老师给出初始化三个容器的顺序图
    3,恳求老师给出tomcat在响应客户端请求时,以上3个容器的分工以及各自是在什么时候产生作用的。类似于第2节http必知必会中,用户在浏览器输入url到最后浏览器返回展示的那样的11步的图,并做出每一步的解释。
    PS:本文通读不少于3遍,收获颇丰。提这个问题是手机敲的字,和整理提问思路一起花了半小时。
    作者回复

    本来想自己画一张,但是在网上找了一下,找到这张图,蛮清楚的:

    https://blog.csdn.net/zhanglf02/article/details/89791797

    2019-05-17 13:29:48

  • neohope

    2019-05-19 15:44:24

    Servlet容器,是用于管理Servlet生命周期的。
    Spring容器,是用于管理Spring Bean生命周期的。
    SpringMVC容器,适用于管理SpringMVC Bean生命周期的。

    Tomcat/Jetty启动,对于每个WebApp,依次进行初始化工作:
    1、对每个WebApp,都有一个WebApp ClassLoader,和一个ServletContext
    2、ServletContext启动时,会扫描web.xml配置文件,找到Filter、Listener和Servlet配置

    3、如果Listener中配有spring的ContextLoaderListener
    3.1、ContextLoaderListener就会收到webapp的各种状态信息。
    3.3、在ServletContext初始化时,ContextLoaderListener也就会将Spring IOC容器进行初始化,管理Spring相关的Bean。
    3.4、ContextLoaderListener会将Spring IOC容器存放到ServletContext中

    4、如果Servlet中配有SpringMVC的DispatcherServlet
    4.1、DispatcherServlet初始化时(其一次请求到达)。
    4.2、其中,DispatcherServlet会初始化自己的SpringMVC容器,用来管理Spring MVC相关的Bean。
    4.3、SpringMVC容器可以通过ServletContext获取Spring容器,并将Spring容器设置为自己的根容器。而子容器可以访问父容器,从而在Controller里可以访问Service对象,但是在Service里不可以访问Controller对象。
    4.2、初始化完毕后,DispatcherServlet开始处理MVC中的请求映射关系。

    有一个很坑问题,Servlet默认是单例模式的,Spring的Bean默认是单例模式的,那Spring MVC是如何处理并发请求的呢?
    作者回复

    DispatcherServlet中的成员变量都是初始化好后就不会被改变了,所以是线程安全的,那“可见性”怎么保证呢?

    这是由Web容器比如Tomcat来做到的,Tomcat在调用Servlet的init方法时,用了synchronized。

    private synchronized void initServlet(Servlet servlet)
    {...}

    2019-05-19 21:25:30

  • Dark

    2019-05-16 10:00:17

    spring容器中还包含许多的子容器,其中springmvc容器就是其中常用的一个,文中的DispatcherServlet就是springmvc容器中的servlet接口,也是springmvc容器的核心类。spring容器主要用于整个Web应用程序需要共享的一些组件,比如DAO、数据库的ConnectionFactory等,springmvc的容器主要用于和该Servlet相关的一些组件,比如Controller、ViewResovler等。至此就清楚了spring容器内部的关系,那servlet容器跟spring容器又有什么关系呢?有人说spring容器是servlet容器的子容器,但是这个servlet容器到底是tomcat实现的容器呢,还是jetty实现的容器呢?所以我觉得spring容器与servlet容器他们之间并没有直接的血缘关系,可以说spring容器依赖了servlet容器,spring容器的实现遵循了Servlet 规范。不知道这么理解是可以,还请老师给予指导?
    作者回复

    对的,说的很好

    2019-05-16 13:13:01

  • Geek_ebda96

    2019-05-17 18:42:46

    老师,spring容器指的是spring本身的ioc容器吧,是用来管理所有的bean,servlet本身会把sping的容器设置到上下文中,而spring mvc的容器dispatch servlet相当于是一个具体的servlet的实现,然后会创建一个全局的上下文application context spring的ioc容器会注入到这个上下文中,后面通过上下文getbean,其实是先找到上下文中的ioc容器,然后再从这个容器拿到具体的bean,这是不是对的?
    作者回复

    不太准确哦,首先我们明确一点,Spring和SpringMVC分别有自己的IOC容器或者说上下文。

    为什么要分成两个容器呢?为了职责划分清晰。

    SpringMVC的容器直接管理跟DispatcherServlet相关的Bean,也就是Controller,ViewResolver等,并且SpringMVC容器是在DispacherServlet的init方法里创建的。而Spring容器管理其他的Bean比如Service和DAO。

    并且SpringMVC容器是Spring容器的子容器,所谓的父子关系意味着什么呢,就是你通过子容器去拿某个Bean时,子容器先在自己管理的Bean中去找这个Bean,如果找不到再到父容器中找。但是父容器不能到子容器中去找某个Bean。

    其实这个套路跟JVM的类加载器设计有点像,不同的类加载器也为了隔离,不过加载顺序是反的,子加载器总是先委托父加载器去加载某个类,加载不到再自己来加载。

    2019-05-17 20:51:18

  • jaryoung

    2019-08-14 18:51:44

    没有Spring boot以前,他们的关系为tomcat抱着Spring的关系,有了Spring boot之后他们关系刚好反过来。
    作者回复

    对的

    2019-08-19 21:38:28

  • xxxxL

    2019-05-31 11:50:24

    请问service方法为什么把request和response都当作输入参数,而不是输入参数只有request,response放到返回值里呢?
    作者回复

    方便责任链模式下层层传递

    2019-06-01 16:40:41

  • 一路远行

    2019-05-16 08:37:57

    spring容器只是servlet容器上下文(ServletContext)的一个属性,web容器启动时通过ServletContextListener机制构建出来
  • 菜鸡小王子

    2019-05-30 20:12:28

    老师问一下 tomcat分为http服务器+sevlet服务器 这个http服务器怎么理解呢
    作者回复

    就是处理网络通信,接收到HTTP请求后,把HTTP请求数据转成标准的ServletRequest对象,再把这个对象交给Servlet容器去处理

    2019-05-30 21:09:44

  • inrtyx

    2019-05-23 09:25:50

    老题,问下。springmvc如何实现url到方法的映射
    作者回复

    通过扫描注解,将所有带有@Controller和@RequestMapping注解的类收集起来,统一保存到map里,请求来了通过查找这个map找到相应的类。

    2019-05-23 19:59:09

  • 蓝士钦

    2019-06-11 22:07:42

    课后思考:
    Servlet容器与Spring容器的关系:
    1.Servlet容器管理Servlet对象
    2.Spring容器管理Spring 的Bean对象(Service和Dao)
    3.SpringMVC容器管理 Controller的Bean对象,本质上也是Servlet对象。Servlet容器和SpringMVC容器通过web.xml配置文件产生交集。
    Spring容器管理所有的Bean并且包括SpringMVC容器。

    疑问:
    为什么SpringMVC要实现自己的容器,并且和Spring容器为父子关系,直接用Spring容器不可以吗?Spring是如何区分Bean属于哪个容器的呢?
    作者回复

    Spring和SpringMVC用不同的容器是为了隔离管理的Bean,各管各的,职责明确。并且通过父子关系,使得SpringMVC容器可以从父亲Spring容器那里拿Bean,因为Spring容器管理的是公共的Bean。
    当然可以用同一个容器来管理,SpringBoot就是这样做的。

    Spring和SpringMVC是通过配置文件来明确指定各自管理的Bean

    2019-06-12 22:55:09

  • 王皓月

    2019-05-17 10:41:12

    老师您好!请问您的置顶回复中“IoC容器初始化完毕后,Spring将其存储到ServletContext中,便于以后来获取”,对于这句话我不是很理解,想请老师解答一下IoC容器是如何被存储到ServletContext中的,以及为什么要这么做,相应的源码在哪里看。非常感谢老师~
    作者回复

    将全局的Spring容器做为ServletContext的一个属性,代码在ContextLoader类中的initWebApplicationContext方法:

    servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, this.context);

    ServletContext就是用来共享数据的,比如SpringMVC需要从ServletContext拿到全局的Spring容器,把它设置成自己的父容器。

    2019-05-17 13:14:22

  • QQ怪

    2019-05-16 08:35:37


    Spring容器是管理service和dao的,

    SpringMVC容器是管理controller对象的,

    Servlet容器是管理servlet对象的。
  • 木木木

    2019-05-30 10:29:55

    老师能不能大概介绍下tomcat这种容器的具体调试方式,比如结合一个场景,加载实例化serverlet。
    作者回复

    建议以嵌入式的方式启动Tomcat,这里有例子:

    https://github.com/heroku/devcenter-embedded-tomcat

    代码下载下来后,直接用IDE打开,在代码里加断点就行。

    2019-05-30 20:15:18

  • 石头狮子

    2019-05-16 09:13:45

    servlet 容器抽象了网络处理,请求封装等事情,同样提供了可以处理其他非 http 协议的能力。
    spring 容器是依赖注入设计模式的体现,其主要抽象了类初始化,注入,依赖解决,动态代理等功能。
    两者主要解决的问题不同。
    作者回复

    我理解你说的Servlet容器应该是说HTTP服务器+Servlet容器,Servlet容器本身只管Servlet的事,不管HTTP协议的解析

    2019-05-16 13:17:09

  • LoveDlei

    2019-05-24 08:47:08

    请问老师:springboot 和tomcat 如何融合到一起的啊?
    作者回复

    SpringBoot调用Tomcat提供的API,启动了一个嵌入式Tomcat。

    2019-05-24 09:03:10

  • 刘三通

    2019-05-19 19:13:04

    servlet容器初始化成功后被spring监听,创建spring容器放入servlet容器中,访问到达,初始化dispatcher servlet时创建springmvc容器,通过servletContext拿到spring容器,并将其作为自己的父容器,spring mvc容器会定义controller相关的bean,spring会定义业务逻辑相关的bean
  • -W.LI-

    2019-05-18 10:38:34

    老师好!我看留言里有同学说,spring上下文负责创建service和dao的bean,MVC负责创建controller的bean。我们平时说的IOC容器是指哪个啊?还有就是controller注解是一个组合注解,我在controller上用service注解一样能注册成功,spring和MVC容器又是怎么区分这个bean是controller还是service,或者是dao,bean的?还是我完全理解错了。
    作者回复

    SpringBoot中只有一个Spring上下文:
    org.springframework.boot.web.servlet.context.AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext

    你可以在FrameworkServlet.initWebApplicationContext方法中下个断点。

    2019-05-18 20:55:33

  • 刘冬

    2019-05-26 03:48:29

    老师你好,请问在SpringBoot项目中,为什么没有web.xml了?
    我的理解是:SpringBoot本身是个App,调用启动Tomcat,而这个Tomcat的Servlet Container中只有一个Servlet,所有的请求一定都是发给这个Servlet处理,所以不需要web.xml来匹配请求应该有哪个Servlet处理。所以web.xml不写也没有影响。
    请问我的理解对吗?另外,如果没有web.xml了,Tomcat不报错吗?
    作者回复

    SpringBoot是以嵌入式的方式来启动Tomcat。对于SpringBoot来说,Tomcat只是个JAR包。

    SpringBoot通过Servlet3.0规范中@WebServlet注解或者API直接向Servlet容器添加Servlet,无需web.xml。像纯手工打造Servlet那篇演示的那样。

    2019-05-27 09:34:40