【Java Web】Servlet 技术解析与应用指南

林小新2023-10-18 10:25

一、前言

本文介绍了关于Java Web开发中的Servlet技术的基本概念和相关内容。Servlet是一种用于构建动态Web应用程序的Java组件，它可以处理客户端的HTTP请求并生成响应。

在本文中，我们探讨了Servlet的发展历史、BS模式的执行流程、请求与响应、J2EE、Tomcat与Servlet、JavaWeb工程结构、Servlet的开发步骤与访问、请求参数的发送与接收、GET和POST请求、Servlet的生命周期、使用注解配置Servlet以及预加载Servlet等方面的内容。

二、内容

2.1 软件结构发展史

随着科技的不断演进，软件结构也经历了多个时代的变革和发展。这些变革不仅改变了软件开发的方式，也影响了我们的日常生活和工作方式。

  • 单机时代-桌面应用：

在计算机的早期阶段，软件主要是以单机桌面应用的形式存在的。用户必须在自己的计算机上安装软件，并且所有的数据和处理都在本地进行。这个时代的软件结构相对简单，通常是单一的可执行文件。这种模式的优点是速度快、响应迅速，但缺点是局限于单一机器，无法实现多用户协作和远程访问。

  • 联机时代(Client-Server模式)：

随着计算机网络的普及，软件结构迈入了联机时代。在这个时代，软件通常采用客户端-服务器模式，其中客户端是用户的终端设备，而服务器是存储和处理数据的中央计算机。这种结构允许多个用户同时访问共享的数据和资源，实现了协作和远程访问的可能性。这个时代的代表性应用包括数据库管理系统和电子邮件客户端。

  • 互联网时代 (Browser-Server模式)：

随着互联网的兴起，软件结构经历了巨大的变革。在互联网时代，我们看到了浏览器-服务器模式的崭露头角。这种模式允许用户通过标准的Web浏览器访问远程服务器上的应用程序和数据。这个时代的代表性应用包括Web应用、社交媒体平台和云计算服务。互联网时代的软件结构具有以下特点：

  1. 客户端轻量化：用户无需安装庞大的客户端应用，只需一个Web浏览器就能访问应用。
  2. 跨平台：Web应用通常不受操作系统的限制，因此可以在不同的设备和平台上运行。
  3. 实时协作：多用户可以实时协作，共享和编辑文档、数据和多媒体内容。
  4. 可扩展性：云计算技术使服务器资源能够根据需求进行动态扩展，以满足不断增长的用户需求。

互联网时代的软件结构以其跨平台性、实时协作和可扩展性而脱颖而出，成为现代应用开发的主流模式。

2.2 BS 模式执行流程

下面是BS模式的基本执行流程：

  1. 客户端请求：
    • 浏览器（客户端）向服务器发起HTTP请求，请求特定的网页或资源。
    • 请求通常包括URL、HTTP方法（如GET、POST等）以及可能的请求参数。
  2. 服务器响应：
    • 服务器接收到客户端的请求后，会根据请求的内容和参数执行相应的处理。
    • 服务器通常会与数据库或其他后端服务进行通信，获取所需的数据或进行计算。
    • 服务器生成一个HTTP响应，包括HTTP状态码、响应头和响应体。
    • 响应体通常包括HTML、CSS、JavaScript和其他资源，用于构建Web页面或提供数据。
  3. 数据传输：
    • 服务器将HTTP响应发送回客户端，通常通过互联网进行数据传输。
    • 客户端的浏览器接收到响应后，开始解析HTML和其他资源。
  4. 页面渲染：
    • 浏览器解析HTML并构建DOM（文档对象模型）树。
    • 浏览器解析CSS并构建CSSOM（CSS对象模型）树。
    • 浏览器将DOM和CSSOM组合，生成渲染树。
    • 渲染树用于绘制页面的布局和样式。
    • 浏览器执行JavaScript代码，以便动态修改页面内容或处理用户交互。
  5. 用户交互：
    • 用户与页面进行交互，例如点击链接、填写表单或执行其他操作。
    • 交互触发事件，浏览器执行相应的JavaScript代码来响应这些事件。
    • 如果需要与服务器进行进一步的通信（例如提交表单数据或获取动态内容），客户端可以发起新的HTTP请求。
  6. 更新页面：
    • 如果需要更新页面内容，客户端会再次向服务器发起HTTP请求。
    • 服务器执行相应的处理，生成新的HTTP响应。
    • 新的响应被浏览器接收，页面内容得以更新。
  7. 页面加载完成：
    • 当所有资源都被下载和渲染完毕，页面加载完成。
    • 用户可以与页面进行交互，浏览和使用应用程序。

2.3 请求与响应

请求(Request)和响应(Response)是Web应用程序中的关键概念，它们描述了浏览器和服务器之间的通信过程。

（1）请求(Request)

请求是浏览器向服务器发送的数据包，其中包含了客户端的需求和指令。

请求通常包括以下重要信息：

  • HTTP方法（例如，GET、POST、PUT、DELETE等）：指定了请求的类型和操作。
  • URL（统一资源定位符）：用于标识请求的目标资源或服务的地址。
  • 请求头：包含了与请求相关的元信息，如用户代理信息、Cookies、认证信息等。
  • 请求体（对于POST请求等）：包含了向服务器传输的数据，如表单数据或请求体内容。

（2）响应(Response)

响应是服务器对客户端请求的回应，包含了所请求资源的数据以及相关的元信息。

响应通常包括以下主要部分：

  • HTTP状态码：用于表示请求的结果，例如200表示成功，404表示资源未找到，500表示服务器错误等。
  • 响应头：包含了与响应相关的元信息，如服务器信息、日期、内容类型、Cookie等。
  • 响应体：包含了实际的数据或资源，例如HTML网页、图片、JSON数据等。

请求和响应是Web应用程序中的核心，它们通过HTTP协议进行传输和交换，使浏览器和服务器能够互相通信。通过请求，浏览器告诉服务器它需要什么，而通过响应，服务器提供了所需的资源或信息。这个通信过程是Web应用程序的基础，使用户能够浏览网页、提交表单、获取数据等各种操作成为可能。

2.4 J2EE

J2EE（Java 2 Platform, Enterprise Edition）是Java平台的一种企业级扩展，旨在支持开发和部署分布式、可伸缩、安全和可维护的企业级应用程序。J2EE提供了一组规范和API，使开发人员能够构建复杂的多层次应用程序，这些应用程序可以在不同的计算机和平台上运行，并且能够满足企业级应用的高要求，如性能、安全性和可维护性。

J2EE的目标是简化企业级应用程序的开发过程，提供一组标准化的工具和组件，以便开发者能够更容易地构建可扩展、安全和高性能的应用程序。它已经演进为Java EE（Java Platform, Enterprise Edition），并在不同版本中引入了新的功能和技术，以适应不断变化的企业级应用需求。

2.5 Tomcat 与 Servlet

Tomcat 是一款轻量级的Web服务器，专门设计用于托管Java Web应用程序。它的主要功能是接收HTTP请求并将它们路由到合适的Web应用程序。Tomcat提供了一个运行环境，让Java Web应用能够在服务器上顺利运行。

Tomcat的关键功能包括：

  1. Servlet 容器：Tomcat充当了Servlet容器的角色，可以解释和执行Servlet代码，处理来自客户端的请求，并生成响应。
  2. JSP 支持：Tomcat还支持JavaServer Pages（JSP），这是一种用于创建动态Web页面的技术，它们可以与Servlet无缝集成。
  3. 管理和部署：Tomcat提供了管理工具，帮助开发人员轻松部署和管理Web应用程序。
  4. 安全性：Tomcat提供了许多安全特性，如身份验证和授权，以确保Web应用程序的数据和资源受到保护。
  5. 性能优化：Tomcat经过优化，具备高性能和可伸缩性，能够处理大量并发请求。

而 Servlet（服务器小程序）则是Java Web应用程序的关键组成部分，它们用于生成动态Web内容。事实上，Tomcat和Servlet之间的关系密不可分。Tomcat充当了Servlet容器的角色，它负责加载、初始化和执行Servlet，以响应客户端的HTTP请求。当客户端发起请求时，Tomcat会将请求路由到相应的Servlet，Servlet然后处理请求并生成响应。

Servlet是在Tomcat中运行的Java类，通过Tomcat提供的Servlet容器来执行。Servlet可以看作是Tomcat的客户端应用程序，它们与Tomcat之间通过一组规范和API进行通信，这些规范和API定义了Servlet的生命周期、请求处理方式以及与容器的交互方式。

2.6 Servlet 开发步骤

首先我们创建一个工程firstServlet（这里使用的是 eclipse ）。

（1）创建 Servlet 类，继承 HttpServlet

这里，我们创建一个servlet 包 。在这个包下创建一个 Servlet 类为 FirstServlet，该类继承于 HttpServlet。

java 复制代码 
package servlet;

import javax.servlet.http.HttpServlet;

public class FirstServlet extends HttpServlet {

}

（2）重写 service 方法，编写程序代码

（3）配置 web.xml，绑定 URL

xml 复制代码 
<servlet>
	<servlet-name>first</servlet-name>
	<servlet-class>servlet.FirstServlet</servlet-class>
</servlet>  
  
<servlet-mapping>
	<servlet-name>first</servlet-name>
	<url-pattern>/baidu</url-pattern>
</servlet-mapping>

（4）修改配置服务器上的资源

这里，我们需要修改配置服务器（Tomcat）上的资源，将我们的工程添加过去：

接着，我们启动 Tomcat 服务器。

（5）访问 URL

综合来说，Servlet的访问URL的格式如下：

bash 复制代码 
http://IP地址:端口/上下文路径/URL映射

记录如下：

  1. IP地址：这是服务器的IP地址。如果在本地运行Servlet，则可以使用"localhost"或"127.0.0.1"来代表本地主机。
  2. 端口：这是Web服务器监听的端口号。默认情况下，HTTP使用端口80，HTTPS使用端口443。我们可以在Web服务器的配置中更改端口号。
  3. 上下文路径（Context Path）：上下文路径是Web应用程序的根路径。它通常与Web应用程序的名称或工程名相关联。如果未显式指定上下文路径，它通常默认为工程名。
  4. URL映射（URL Mapping）：URL映射是与Servlet关联的路径。当客户端请求匹配该路径的URL时，Servlet容器将调用相应的Servlet来处理请求。

在示例中，本地运行一个名为"firstServlet"的Web应用程序，其中一个Servlet映射到"/baidu"路径，那么可以通过以下URL来访问它：

bash 复制代码 
http://localhost:8080/firstServlet/baidu

这将触发服务器调用"/baidu"路径下的Servlet来处理请求。

效果如下：

2.7 请求参数的发送与接收

请求参数是通过HTTP请求向服务器提交的数据，通常是用户输入的数据，用于与Servlet进行交互和处理。

在地址栏中的格式如下：

ini 复制代码 
参数名1=值1&参数名2=值2&参数名n=值n...

在Servlet中，可以使用HttpServletRequest对象来接收请求参数。具体来说，可以使用以下方法来获取请求参数：

  1. request.getParameter(String name)：用于接收单个参数。它接受参数名作为输入，并返回与该参数名关联的值。如果存在多个同名参数，它将返回第一个匹配的参数值。

    java 复制代码 
    String paramName = request.getParameter("paramName");

  2. request.getParameterValues(String name)：用于接收多个同名参数。如果有多个同名参数，它将返回一个包含所有这些参数值的字符串数组。

    java 复制代码 
    String[] paramValues = request.getParameterValues("paramName");

这些方法允许Servlet获取HTTP请求中的数据，以便进一步处理和响应。在处理请求参数时，要小心处理可能的空值或不存在的参数，以防止NullPointerException等异常。

2.8 GET和POS

GET 和 POST是 HTTP 请求方法，用于与服务器进行交互并传递数据。

（1）GET请求

GET请求通过URL的查询字符串参数将数据附加到请求中，这些参数是在URL中可见的，因此是显性的。GET请求通常用于不包含敏感信息的查询操作，因为查询字符串参数可能会在URL中被记录，而且有长度限制。

在Servlet中，GET请求通常由doGet方法处理。这个方法用于处理HTTP的GET请求。当客户端向服务器发送一个GET请求时，Servlet容器会调用doGet方法，并传递HTTP请求和响应对象作为参数。我们可以在doGet方法中编写代码来处理这些请求，并向客户端发送响应。

如下所示：

java 复制代码 
protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
        throws ServletException, IOException {
    // 处理GET请求的代码
}

（2）POST请求

POST请求将数据存储在HTTP请求的请求体中，而不是通过URL传递，因此数据是隐性的。POST请求通常用于对服务器执行更改（如创建、更新或删除资源）或包含敏感信息的操作，因为请求体中的数据不会在URL中可见。

在Servlet中，POST请求通常由doPost方法处理。这个方法用于处理HTTP的POST请求。当客户端向服务器发送一个POST请求时，Servlet容器会调用doPost方法，并传递HTTP请求和响应对象作为参数。我们可以在doPost方法中编写代码来处理这些请求，并向客户端发送响应。

如下所示：

java 复制代码 
protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
        throws ServletException, IOException {
    // 处理POST请求的代码
}

（3）应用场景

通常情况下，GET请求用于从服务器获取数据，例如搜索引擎查询、获取新闻文章、查看产品信息等。而POST请求用于向服务器提交数据，例如用户登录、注册、提交表单、上传文件等需要传递敏感信息或执行写操作的场景。这两种方法可以在同一个Servlet类中定义，以便根据请求类型执行不同的操作。

2.9 Servlet 生命周期

Servlet的生命周期通常包括装载、初始化、创建对象、提供服务和销毁等阶段。

在Web应用启动时，Servlet容器会根据配置信息（通常在web.xml中）来装载Servlet。

当首次请求到达时（或配置的Servlet被访问时），Servlet实例会被创建，容器会调用其init()方法。init()方法用于执行一次性的初始化工作，例如配置参数、建立数据库连接或加载资源。Servlet在其生命周期内只会被初始化一次。这意味着init()方法是在Servlet实例化后立即调用的，但在处理任何实际请求之前。

注意，Servlet实例将在Servlet的整个生命周期内被重用，以处理多个客户端请求。每个请求都不会创建一个新的Servlet实例，而是重复使用现有的实例。

Servlet的主要任务是提供服务，也就是处理来自客户端的HTTP请求。一旦Servlet被初始化，它可以处理来自客户端的多个请求。对于每个请求，容器会调用Servlet的service()方法，并将请求和响应对象传递给它。service()方法通常会根据请求的HTTP方法（如GET、POST等）将请求分派到适当的方法（如doGet()、doPost()等）来处理请求。

Servlet的生命周期的最后阶段是销毁阶段。当Web应用关闭或Servlet容器需要释放资源时，它会调用Servlet的destroy()方法。在destroy()方法中，您可以执行一些清理操作，如关闭数据库连接、释放资源等。destroy()方法只会在Servlet被销毁时调用一次。

2.10 使用注解配置Servlet

Servlet 3.0及更高版本引入了注解（Annotations）特性，其中@WebServlet是用于配置Servlet的核心注解。使用注解配置Servlet可以更简单地定义Servlet的映射和属性，而无需在web.xml中进行繁琐的配置。

还是之前那个例子，我们在 web.xml 中注释掉之前的代码：

接着，在 FirstServlet 中设置注解：

这样配置后，我们就指定了URL模式 "/baidu"，当我们刷新后重新访问 http://localhost:8080/firstServlet/baidu 后，结果一样。

我们发现，通过注解配置Servlet的有如下优点：

  1. 简化配置 ：无需在web.xml中进行Servlet的详细配置，而是使用注解直接在Servlet类上进行配置。
  2. 更易读的代码：Servlet的映射信息与Servlet类紧密相关，使代码更具可读性和可维护性。

2.11 预加载 Servlet

在Servlet中，可以使用<load-on-startup>元素来设置Servlet的启动加载顺序。这个元素可以在web.xml文件中配置，它指定了Servlet的初始化时机，即Servlet在Web应用启动时是否立即加载以及加载的顺序。

<load-on-startup>元素的值通常是一个整数，表示Servlet的加载顺序。Servlet容器会按照这个值的顺序来初始化Servlet，较小的值先加载，较大的值后加载。如果多个Servlet都有<load-on-startup>元素，并且它们的值相同，那么Servlet容器会按照它们在web.xml文件中的出现顺序来加载。

比如：

xml 复制代码 
<servlet>
    <servlet-name>MyServlet</servlet-name>
    <servlet-class>com.example.MyServlet</servlet-class>
    <load-on-startup>1</load-on-startup>
</servlet>

在这个示例中，<load-on-startup>的值为1，表示MyServlet将会在Web应用启动时立即加载。

这种配置对于需要在应用启动时执行一些初始化工作的Servlet非常有用，例如初始化数据库连接池、加载配置文件等。这确保了这些Servlet在应用启动时就准备好工作，而不是等到第一次请求到达时再进行初始化。

另外，我们还可以使用注解来实现Servlet的预加载功能。即使用@WebServlet注解的loadOnStartup属性来配置Servlet的加载顺序。

举个例子：

java 复制代码 
import javax.servlet.annotation.WebServlet;
import javax.servlet.http.HttpServlet;

@WebServlet(value = "/myservlet", loadOnStartup = 1)
public class MyServlet extends HttpServlet {
    // Servlet代码
}

在这个示例中，我们使用了loadOnStartup属性并将其值设置为1，这意味着MyServlet将会在Web应用启动时预加载，并且是第一个加载的Servlet。通过注解方式设置加载顺序具有与<load-on-startup>元素类似的效果，但更加简洁和直观。

三、小结

本文介绍了Java Web开发中的Servlet技术，了解Servlet是构建Web应用程序的重要基础，通过本文的学习，读者可以更好地理解和应用Servlet技术，同时，了解Servlet的生命周期和配置方式也有助于更好地管理和维护Web应用。

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