servlet的体系原理+tomcat原理

1.servlet的执行流程

1.1 Servlet接口定义者servlet生命周期

init()//初始化方法，目的是创建出servlet对象
getServletConfig()//获取servlet配置信息
service(ServletRequest var1,ServletResponse var2)//进行服务
getServletInfo()//获取servlet运行信息
destroy()//销毁servlet对象

1.1.1 init() 方法

init() 方法是 Servlet 生命周期的初始化阶段，当 Servlet 容器（如 Tomcat）第一次加载 Servlet 时会调用此方法。该方法通常用于执行一次性初始化工作：

• 创建数据库连接池
• 加载配置文件
• 初始化缓存数据
• 建立网络连接

1.1.2 getServletConfig() 方法

getServletConfig() 方法用于获取 Servlet 的配置信息：

• 返回 ServletConfig 对象
• 包含 Servlet 初始化参数
• 可以访问 Servlet 上下文
• 通常在 init() 方法执行后调用应用场景：

1.1.3 service() 方法

service() 方法是 Servlet 的核心处理方法，负责处理客户端请求：

• 参数：ServletRequest 请求对象和 ServletResponse 响应对象
• 根据请求类型（GET/POST）调用相应的处理方法
• 线程安全考虑：通常不定义实例变

1.1.4 getServletInfo() 方法

getServletInfo() 提供关于 Servlet 的元信息：

• 返回字符串形式的描述信息
• 可包含版本号、作者信息等
• 主要用于管理目的

1.1.5 destroy() 方法

destroy() 方法在 Servlet 生命周期结束时调用：

• 释放占用的资源
• 关闭数据库连接
• 保存持久化数据
• 执行清理操作

1.2 GenericServlet实现了处理servlet接口当中的除了service方法 以外的所有方法

GenericServlet类是Java Servlet API中的一个通用实现类，它作为Servlet接口的抽象实现，提供了以下功能实现：

1. 生命周期方法实现：

   • 实现了init(ServletConfig config)方法，用于初始化Servlet配置
   • 实现了destroy()方法，用于Servlet销毁时的资源释放
   • 提供了无参数的init()方法作为扩展点

2. 配置信息获取：

   • 实现了getServletConfig()方法，返回Servlet配置对象
   • 实现了getServletInfo()方法，返回Servlet描述信息

3. 实用方法：

   • 实现了getInitParameter()方法，方便获取初始化参数
   • 实现了getInitParameterNames()方法，枚举所有初始化参数名
   • 提供了log()方法用于记录日志信息

唯一未实现的是service(ServletRequest req, ServletResponse res)方法，这保留了以下特性：

• 强制子类必须实现具体的服务逻辑
• 允许开发者根据请求类型(GET/POST等)实现不同的处理方式
• 保持了对HTTP协议和其他协议实现的灵活性

1.3 HttpServlet 实现了Servlet接口当中的service方法，为了匹配Http的请求 方式，所以我们根据http的请求方式将service方法的内容用不同方法进行 实现

在实现原理上，HttpServlet 重写了 Servlet 接口的 service 方法，并将其拆分为多个针对不同 HTTP 请求方法的专用处理方法。具体实现如下：

1. service 方法首先将 ServletRequest 和 ServletResponse 转换为 HttpServletRequest 和 HttpServletResponse
2. 然后根据 HTTP 请求方法调用对应的处理方法：
   • doGet()：处理 GET 请求
   • doPost()：处理 POST 请求
   • doPut()：处理 PUT 请求
   • doDelete()：处理 DELETE 请求
   • doHead()：处理 HEAD 请求
   • doOptions()：处理 OPTIONS 请求
   • doTrace()：处理 TRACE 请求

这种设计模式的优点包括：

• 提高代码可读性和可维护性
• 使开发者能够专注于特定请求方法的业务逻辑
• 遵循了单一职责原则

示例代码结构：

protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) {
    String method = req.getMethod();
    if (method.equals("GET")) {
        doGet(req, resp);
    } else if (method.equals("POST")) {
        doPost(req, resp);
    }
    // 其他方法处理...
}

1.4 继承HttpServlet，并且重写doGet(),doPost()...等等方法，进行具体的实现

在Java Web开发中，Servlet是处理HTTP请求的核心组件。要创建一个自定义的Servlet，通常需要按照以下步骤实现：

1. 继承HttpServlet类

• 自定义Servlet类必须继承javax.servlet.http.HttpServlet
• 例如：

public class MyServlet extends HttpServlet {
    // Servlet实现代码
}

1. 重写请求处理方法 HttpServlet提供了多个处理不同HTTP请求的方法，开发者可以根据需要重写：

• doGet()方法：处理HTTP GET请求

protected void doGet(HttpServletRequest request, 
                    HttpServletResponse response) 
                    throws ServletException, IOException {
    // 处理GET请求的业务逻辑
}

• doPost()方法：处理HTTP POST请求

protected void doPost(HttpServletRequest request,
                     HttpServletResponse response)
                     throws ServletException, IOException {
    // 处理POST请求的业务逻辑
}

• 其他可重写的方法：
  • doPut()：处理PUT请求
  • doDelete()：处理DELETE请求
  • doHead()：处理HEAD请求
  • doOptions()：处理OPTIONS请求
  • doTrace()：处理TRACE请求

1. 实际应用场景示例

• 用户登录处理（POST请求）：

protected void doPost(HttpServletRequest request,
                     HttpServletResponse response) {
    String username = request.getParameter("username");
    String password = request.getParameter("password");
    // 验证用户凭证...
}

• 数据查询接口（GET请求）：

protected void doGet(HttpServletRequest request,
                    HttpServletResponse response) {
    String id = request.getParameter("id");
    // 查询数据库...
    response.getWriter().write(jsonData);
}

2.tomcat的执行流程

tomcat执行流程图

1. 请求发起 客户端通过http://ip:8080/xxx/xxx发送 HTTP 请求，服务器的网卡已注册 8080 等端口，等待请求连接。

2. BIO 阻塞监听与连接 服务器通过BIO（阻塞式 IO） 监听 Socket 连接：

   • 当请求到达时，建立 Socket 通信 "管道"；
   • 打开InputStream输入流，读取请求数据。

3. 请求数据解析服务器解析输入流中的请求数据，提取关键信息：

   • 来源 IP、端口、编码；
   • Cookie、请求路径（如/my/）、请求类型（如get）等。

4. 匹配 Servlet 处理器 Tomcat 根据请求路径（如/my/login），在 "Servlet 容器" 中匹配对应的 Servlet 对象：

   • 比如/my/login对应loginServlet对象，/my对应MyServlet对象。

5. 执行 Servlet 方法 根据请求类型（get/post），调用对应 Servlet 的方法：

   • 若为get请求，调用MyServlet的doGet()，生成response响应信息；
   • 若为post请求，调用对应 Servlet 的doPost()。

6. 响应返回 打开OutputStream输出流，通过 Socket 管道将response响应数据返回给客户端。

2.1 阻塞方式

2.1.1. BIO (Blocking I/O) 阻塞式I/O

BIO是最传统的I/O模型，其特点是：

• 采用同步阻塞方式处理I/O操作
• 每个连接需要一个独立的线程处理
• 当没有数据可读时，线程会被阻塞，直到数据到达
• 实现简单直观，但资源消耗大

典型应用场景：

• 传统的Socket编程
• 连接数较少的客户端/服务器应用
• 需要简单实现的场景

示例代码结构：

ServerSocket server = new ServerSocket(8080);
while(true) {
    Socket socket = server.accept(); // 阻塞等待连接
    new Thread(() -> {
        InputStream in = socket.getInputStream();
        // 处理数据...
    }).start();
}

2.1.2. NIO (Non-blocking I/O) 非阻塞I/O

NIO提供了非阻塞的I/O操作方式：

• 基于事件驱动模型(Selector)
• 单线程可以处理多个连接
• 当没有数据可读时，线程不会被阻塞
• 需要更复杂的编程模型

核心组件：

• Channel：数据通道
• Buffer：数据缓冲区
• Selector：多路复用器

典型应用场景：

• 高并发服务器应用
• 需要处理大量连接的场景
• 如Netty、Tomcat等框架底层实现

工作流程：

1. 注册感兴趣的事件到Selector
2. 调用select()方法检查就绪的通道
3. 处理就绪的事件
4. 重复上述过程

2.1.3. AIO (Asynchronous I/O) 异步I/O

AIO是真正的异步非阻塞I/O：

• 操作系统完成I/O操作后通知应用程序
• 不需要应用程序主动检查状态
• 回调机制处理完成事件
• 编程模型最复杂

实现方式：

• 基于操作系统提供的异步I/O接口
• 在Linux上主要通过epoll实现
• Windows通过IOCP实现

典型应用场景：

• 超高并发服务器
• 需要极致性能的场景
• 如高性能代理服务器、消息队列等

示例代码结构：

AsynchronousServerSocketChannel server = AsynchronousServerSocketChannel.open();
server.bind(new InetSocketAddress(8080));
server.accept(null, new CompletionHandler<AsynchronousSocketChannel, Void>() {
    @Override
    public void completed(AsynchronousSocketChannel client, Void attachment) {
        // 处理连接完成
    }
    
    @Override
    public void failed(Throwable exc, Void attachment) {
        // 处理错误
    }
});

2.1.4. 三种模型对比

特性	BIO	NIO	AIO
阻塞方式	完全阻塞	非阻塞	完全非阻塞
线程模型	一连接一线程	单线程多连接	回调机制
复杂度	简单	中等	复杂
吞吐量	低	高	最高
适用场景	低并发	高并发	超高并发
资源消耗	高(线程多)	中等	低

3自定义tomcat如何实现原理

tomcat执行流程图

3.1 启动初始化阶段

1. 扫描与收集 Servlet 信息

   • 扫描项目目录下所有 Servlet 文件，获取其全路径名；
   • 读取 Servlet 类中@WebServlet注解的配置（即 Servlet 的访问路径）。

2. 构建 Servlet 容器（HashMap）

   • 容器的key是 Servlet 的访问路径；
   • 容器的value是对应的Servlet 对象（通过全路径名实例化生成）。

3.2 请求处理阶段

1. 接收前端请求利用 Socket 打开输入流，获取请求信息；处理完成后通过输出流返回响应。

2. 封装请求对象 创建HttpServletRequest对象，将请求信息（路径、参数等）全部封装到该对象中。

3. 匹配 Servlet 或静态资源

   • 以请求路径为key，判断 Servlet 容器中是否存在对应对象：
     • ✅ 存在 ：调用该 Servlet 对象的对应方法（如doGet/doPost）；
     • ❌ 不存在 ：判断请求是否为静态资源（HTML/CSS/ 图片等）：
       • ✅ 是静态资源：返回对应静态文件；
       • ❌ 不是：返回 404 错误。

4. 封装响应并返回 创建HttpServletResponse对象，封装处理结果，通过 Socket 输出流返回给前端。