Servlet 全面解析（JavaWeb 核心）

Servlet 全面解析（JavaWeb 核心）

一、介绍

Servlet（Server Applet）是 JavaWeb 的核心组件，本质是运行在服务器端的 Java 类，用于接收和处理客户端（浏览器）的 HTTP 请求，生成并返回响应（HTML、JSON、重定向等）。它是连接 Java 后端与前端的桥梁，也是 SpringMVC 等框架的底层基础。

特性：

1. 运行环境 ：依赖 Web 服务器（Tomcat、Jetty 等），由服务器实例化和管理（而非手动 new）。
2. 遵循协议：基于 HTTP 协议，处理 GET/POST/PUT/DELETE 等请求方法。
3. 生命周期：由服务器控制，从创建到销毁全程自动化。
4. 线程模型：默认多线程（每个请求对应一个线程），需注意线程安全问题。

二、Servlet 生命周期（核心）

Servlet 的生命周期完全由 Web 服务器（如 Tomcat）管理，分为 4 个阶段：

阶段	触发时机	核心方法	说明
初始化（初始化一次）	1. 服务器启动时；2. 首次访问 Servlet 时	init(ServletConfig)	只执行一次，用于初始化资源（如加载配置、连接数据库）
处理请求（多次）	每次客户端发送请求时	service(),doGet()/doPost()	service() 自动判断请求方法，调用对应 doXxx()；可重写 doGet/doPost 处理具体逻辑
销毁（销毁一次）	服务器关闭 / 项目卸载时	destroy()	只执行一次，用于释放资源（如关闭数据库连接、销毁线程）
获取配置信息	任意阶段	getServletConfig()	获取 Servlet 配置参数（如初始化参数、上下文对象）

生命周期示例代码：

@WebServlet("/lifeCycle")
public class LifeCycleServlet extends HttpServlet {
    // 1. 初始化：仅执行一次
    @Override
    public void init(ServletConfig config) throws ServletException {
        super.init(config);
        System.out.println("Servlet 初始化，加载资源...");
    }

    // 2. 处理 GET 请求（每次请求执行）
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        resp.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
        resp.getWriter().write("处理 GET 请求...");
        System.out.println("处理一次 GET 请求");
    }

    // 3. 销毁：仅执行一次
    @Override
    public void destroy() {
        super.destroy();
        System.out.println("Servlet 销毁，释放资源...");
    }
}

Servlet 生命周期流程图：

否
是
GET
POST
PUT/DELETE
否
是
Web服务器启动/首次访问Servlet
是否已创建Servlet实例?
创建Servlet实例
调用init初始化（仅执行一次）
接收客户端HTTP请求
调用service()方法，自动判断请求类型
请求方法
调用doGet()
调用doPost()
调用对应doXxx()
生成响应并返回客户端
服务器是否关闭/项目卸载?
调用destroy()销毁（仅执行一次）
释放资源（数据库连接/线程等）
Servlet实例被GC回收

三、Servlet 核心 API 与关键对象

1. 核心父类 / 接口

• Servlet：顶级接口，定义生命周期方法（init()/service()/destroy()）。
• GenericServlet：实现 Servlet 接口，封装通用逻辑（如配置参数），抽象 service() 方法。
• HttpServlet：继承 GenericServlet，专门处理 HTTP 请求，实现 service() 方法并拆分出 doGet()/doPost() 等方法（开发中直接继承此类）。

2. 三大核心对象（请求 / 响应 / 上下文）

对象	作用	核心方法
HttpServletRequest	封装客户端请求信息（请求行、请求头、请求参数）	getParameter(String name)：获取请求参数 getSession()：获取 Session getHeader(String name)：获取请求头
HttpServletResponse	封装服务器响应信息（响应行、响应头、响应体）	getWriter()：获取字符输出流（返回文本） setContentType()：设置响应类型（如 JSON/HTML） sendRedirect()：重定向
ServletContext	全局上下文对象（每个 Web 应用唯一），用于共享数据、获取全局配置	setAttribute(String key, Object value)：设置全局属性 getAttribute(String key)：获取全局属性 getRealPath(String path)：获取文件绝对路径

Servlet 核心对象关系图

提供上下文
封装
封装
关联
输出
初始化参数
发送HTTP请求
返回响应
ServletContext 全局上下文对象（应用唯一）
HttpServlet 核心实现类
HttpServletRequest 请求对象（封装请求数据）
HttpServletResponse 响应对象（封装响应数据）
HttpSession 会话对象
客户端浏览器
ServletConfig 配置对象

区别：

维度	HttpServletRequest	HttpServletResponse
作用	封装客户端请求数据	封装服务器响应数据
数据流向	客户端 → 服务器	服务器 → 客户端
核心操作	读取（获取参数、请求头）	写入（输出内容、设置响应头）
跳转方式	请求转发（服务器内部，地址栏不变）	重定向（客户端跳转，地址栏变化）

示例（获取参数 + 返回 JSON）：

@WebServlet("/user")
public class UserServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        // 1. 处理请求参数（解决中文乱码）
        req.setCharacterEncoding("UTF-8");
        String username = req.getParameter("username");
        String age = req.getParameter("age");

        // 2. 设置响应（返回 JSON）
        resp.setContentType("application/json;charset=UTF-8");
        String json = "{\"username\":\"" + username + "\",\"age\":\"" + age + "\"}";
        resp.getWriter().write(json);

        // 3. 操作 ServletContext（全局共享数据）
        ServletContext context = getServletContext();
        context.setAttribute("onlineCount", 100); // 设置全局属性
        System.out.println("当前在线人数：" + context.getAttribute("onlineCount"));
    }
}

Servlet 处理请求时序图:

ServletContext ServletConfig 自定义Servlet Web服务器(Tomcat) 客户端浏览器 ServletContext ServletConfig 自定义Servlet Web服务器(Tomcat) 客户端浏览器 alt [实例不存在] alt [GET请求] [POST请求- ] alt [服务器关闭] 发送HTTP请求(GET/POST) 检查实例是否存在 创建Servlet实例 获取初始化参数 传递参数 调用init()初始化 调用service()方法 判断请求方法(GET/POST) 调用doGet() 调用doPost() 获取全局上下文数据 生成响应数据(HTML/JSON) 返回HTTP响应 调用destroy()销毁 释放全局资源

四、Servlet 配置方式

Servlet 有两种配置方式：注解配置（主流） 和 XML 配置（传统）。

1. 注解配置（Servlet 3.0+ 支持，推荐）

通过 @WebServlet 注解直接标注类，无需修改 web.xml：

// 核心属性：urlPatterns（访问路径）、loadOnStartup（启动时加载）
@WebServlet(
    urlPatterns = {"/hello", "/hi"}, // 多个访问路径
    loadOnStartup = 1, // 服务器启动时初始化（默认-1：首次访问初始化）
    initParams = {@WebInitParam(name = "encoding", value = "UTF-8")} // 初始化参数
)
public class HelloServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        // 获取初始化参数
        String encoding = getServletConfig().getInitParameter("encoding");
        resp.setContentType("text/html;charset=" + encoding);
        resp.getWriter().write("Hello Servlet!");
    }
}

2. XML 配置（web.xml，传统方式）

在 WEB-INF/web.xml 中配置 Servlet：

<web-app xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee" version="4.0">
    <!-- 1. 注册 Servlet -->
    <servlet>
        <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
        <servlet-class>com.example.HelloServlet</servlet-class>
        <!-- 初始化参数 -->
        <init-param>
            <param-name>encoding</param-name>
            <param-value>UTF-8</param-value>
        </init-param>
        <!-- 启动时加载 -->
        <load-on-startup>1</load-on-startup>
    </servlet>

    <!-- 2. 映射访问路径 -->
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>
        <url-pattern>/hello</url-pattern>
    </servlet-mapping>
</web-app>

五、Servlet 常见应用场景

1. 处理表单提交：接收前端表单的用户名、密码，完成登录 / 注册逻辑。
2. 生成动态页面：根据数据库数据动态生成 HTML 页面（如商品列表）。
3. 提供接口：返回 JSON 数据，供前端 AJAX 调用（RESTful 接口）。
4. 文件上传 / 下载 ：处理客户端文件上传（需配合 Part 接口）、返回文件下载响应。
5. 权限拦截：结合 Filter 实现登录校验（如未登录则重定向到登录页）。

文件下载示例：

@WebServlet("/download")
public class DownloadServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        // 1. 设置响应头（告诉浏览器下载文件）
        resp.setHeader("Content-Disposition", "attachment;filename=test.txt");
        // 2. 读取服务器文件并写入响应流
        String realPath = getServletContext().getRealPath("/files/test.txt");
        FileInputStream fis = new FileInputStream(realPath);
        ServletOutputStream os = resp.getOutputStream();
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int len;
        while ((len = fis.read(buffer)) != -1) {
            os.write(buffer, 0, len);
        }
        fis.close();
        os.close();
    }
}

六、Servlet 线程安全问题

问题根源：Servlet 是单例（服务器只创建一个实例），多请求共用同一个实例，若实例变量被修改会导致线程安全问题。

解决方案：

1. 避免使用实例变量（改用局部变量，每个线程独立）；
2. 若必须使用实例变量，加锁（synchronized），但会降低并发性能；
3. 使用 ThreadLocal 存储线程私有数据。

错误示例（线程不安全）：

@WebServlet("/unsafe")
public class UnsafeServlet extends HttpServlet {
    private int count = 0; // 实例变量：多线程共享，会被覆盖

    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        count++; // 多请求同时修改，结果错误
        resp.getWriter().write("count: " + count);
    }
}

正确示例（局部变量）：

@WebServlet("/safe")
public class SafeServlet extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        int count = 0; // 局部变量：每个线程独立
        count++;
        resp.getWriter().write("count: " + count);
    }
}

七、Servlet 与 JSP、SpringMVC 的关系

1. Servlet vs JSP：
   • JSP 本质是 Servlet（JSP 会被服务器编译为 .java Servlet 文件）；
   • Servlet 适合纯逻辑处理，JSP 适合页面展示（已逐渐被前后端分离替代）。
2. Servlet vs SpringMVC：
   • SpringMVC 是基于 Servlet 的封装，核心 DispatcherServlet 本质是一个 Servlet；
   • SpringMVC 简化了请求映射、参数绑定、视图解析等，开发效率更高。

八、注意事项

1. 掌握底层：Servlet 是 JavaWeb 底层，理解其生命周期和核心对象，能更好掌握 SpringMVC；
2. 解决乱码 ：GET 请求乱码（Tomcat 配置 URIEncoding="UTF-8"），POST 请求乱码（req.setCharacterEncoding("UTF-8")）；
3. 路径问题 ：访问路径分为绝对路径（/hello）和相对路径（hello），推荐使用绝对路径；
4. 资源释放 ：在 destroy() 中释放数据库连接、线程池等资源，避免内存泄漏。

Servlet 是 JavaWeb 的基石，虽然现在企业开发更多使用 SpringMVC，但理解 Servlet 的核心原理，能帮助你解决框架封装后的底层问题，是后端工程师的必备基础。