Servlet

很多同學可能跟我一樣始終沒有搞清楚到底什么是 Servlet，什么是 Servlet 容器。網(wǎng)上看了很多帖子，或許人家說的很清楚，但是自己的那個彎彎就是拐不過來。

想了很久說一下自己的理解。

Java web 開發(fā)中為啥要有 Servlet 呢？是否可以不要。

web開發(fā)的本質(zhì)就一句話：客戶端和服務器交換數(shù)據(jù)。于是你使用 Java 的 Socket 套接字進行編程，去處理客戶端來的 tcp 請求，經(jīng)過編解碼處理讀取請求體，獲取請求行，然后找到請求行對應的處理邏輯步入服務器的處理中，處理完畢把對應的結果返回給當前的 Socket 鏈接，響應完畢，關閉 Socket。

以上過程，你有沒有發(fā)現(xiàn)其實是兩個部分：

建立連接，傳輸數(shù)據(jù)，關閉連接，你肯定知道這些步驟不是你所開發(fā)的web服務去處理的，而是tomcat容器幫你做了這些事情。

拿到請求行之后去找對應的 url 路由，這一部分是誰做的呢？在如今 SpringBoot 橫行的時代，去配置化已經(jīng)成為趨勢，編程越來越簡單導致的后果就是越來越難以理解事物最開始的樣子。還記得 SpringMVC工程中的 web.xml文件嗎？是否還記得在web.xml中有這么一段配置呢：

<servlet>
	<servlet-name>SpringMVC</servlet-name>
	<servlet-class>org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet
	</servlet-class>
	<init-param>
		<param-name>contextConfigLocation</param-name>
		<param-value>classpath*:/spring/SpringMVC-servlet.xml</param-value>
	</init-param>
	<load-on-startup>1</load-on-startup>
</servlet>

<servlet-mapping>
	<servlet-name>SpringMVC</servlet-name>
	<url-pattern>/</url-pattern>
</servlet-mapping>

Spring 的核心就是一個 Servlet,它攔截了所有的請求,將請求交給 DispatcherServlet 去處理。
我們再來問一遍，Servlet 到底是什么，它就是一段處理 web 請求的邏輯，并不是很高深的東西。

再來看 Java 中的 Servlet，它只是一個接口：

package javax.servlet;

import java.io.IOException;


public interface Servlet {

 
 public void init(ServletConfig config) throws ServletException;

 public ServletConfig getServletConfig();

 public void service(ServletRequest req, ServletResponse res)
   throws ServletException, IOException;

 public String getServletInfo();

 public void destroy();
}

Servlet 接口規(guī)定請求從容器到達 web 服務端的規(guī)范，最重要的三個步驟是:

1. init()：初始化請求的時候要做什么；
2. service()：拿到請求的時候要做什么；
3. destory()：處理完請求銷毀的時候要做什么。

所有實現(xiàn) Servlet 的實現(xiàn)方都是在這個規(guī)范的基礎上進行開發(fā)。那么 Servlet 中的數(shù)據(jù)是從哪里來的呢？答案就是 Servlet 容器。容器才是真正與客戶端打交道的那一方。Servlet容器只有一個，而 Servlet 可以有多個。常見的Servlet容器Tomcat,它監(jiān)聽了客戶端的請求端口,根據(jù)請求行信息確定將請求交給哪個Servlet 處理，找到處理的Servlet之后，調(diào)用該Servlet的 service() 方法，處理完畢將對應的處理結果包裝成ServletResponse 對象返回給客戶端。

Servlet 容器

上面說過，Servlet 只是一個處理請求的應用程序，光有Servlet是無法運行起來的，需要有一個 main 方法去調(diào)用你的這段 Servlet 程序才行。所以這里出現(xiàn)了Servlet 容器的概念。Servlet容器的主要作用是：

1. 建立連接；
2. 調(diào)用Servlet處理請求；
3. 響應請求給客戶端；
4. 釋放連接；
   

這上面的四步，如果是你來設計的話是否可以用一個模板方法搞定，1，3，4都是固定的步驟，不會因為請求不同而有很大的變化。2卻會因為對應的請求不同需要業(yè)務邏輯自己去實現(xiàn)不同的處理。所以這里抽象出來了 Servlet，Servlet想怎么玩就怎么玩，這是你自己的事情。容器幫你做的是你不想做的臟活累活。

另外，既然叫做容器肯定是能裝多個Servlet，并且可以管理Servlet的聲明周期。這些功能應該是容器必備的。

上面提到了 web.xml 中的 DispatcherServlet，它是 Spring 中定義的一個 Servlet，實現(xiàn)了 Servlet 接口，本質(zhì)也是一個 Servlet。只是它是 HttpServlet 的繼承者，主要處理 http 請求。所以 Spring 程序本質(zhì)是就是一個 Servlet。SpringMVC 幫你做了本該你去實現(xiàn)的邏輯，你看不到并不代表它不是。

好啦，以上通俗的語言解釋了什么是 Servlet，什么是 Servlet 容器，以及 Servlet 和 Servlet 容器之間的關系。

Tomcat

Tomcat是啥呢？本質(zhì)上是一個 Servlet 容器，實現(xiàn)了對 Java Servlet 規(guī)范的支持。同時 Tomcat 也提供了處理HTTP請求的能力，所以也可以作為一個Web服務器。了解到Tomcat有 Web服務器和 Servlet容器的功能，那么 Tomcat總體是如何設計的呢？我們來看一張簡圖：

Java web 應用如果部署到 Tomcat 中，一個Tomcat就表示一個服務。一個 Server 服務器可以包含多個 Service 服務，Tomcat 默認的 Service 服務是 Catalina，而一個 Service 服務可以包含多個連接器，因為 Tomcat 支持多種網(wǎng)絡協(xié)議，包括 HTTP/1.1、HTTP/2、AJP 等等，一個 Service 服務還會包括一個容器，容器外部會有一層 Engine 引擎所包裹，負責與處理連接器的請求與響應，連接器與容器之間通過 ServletRequest 和 ServletResponse 對象進行交流。

Tomcat容器的設計提現(xiàn)在一個核心文件中：server.xml。這個文件充分展示了Tomcat的高度抽象設計：

<Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN">
 <Service name="Catalina">
  <Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1"
     connectionTimeout="20000"
     redirectPort="8443"/>
  	<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443"/>
				<Engine name="Catalina" defaultHost="localhost">
   	<Host name="localhost" appBase="webapps"
     	unpackWARs="true" autoDeploy="true">
   
   
   </Host>
  </Engine>
 </Service>
</Server>

其中：

1. Server 組件是管理 tomcat 實例的組件，可以監(jiān)聽一個端口，從此端口上可以遠程向該實例發(fā)送 shutdown 關閉命令。

2. Service 組件是一個邏輯組件，用于綁定 connector 和 container，有了 service 表示可以向外提供服務，就像是一般的 daemon 類服務的 service?？梢哉J為一個 service 就啟動一個JVM，更嚴格地說，一個 engine 組件才對應一個 JVM （定義負載均衡時，jvmRoute 就定義在 Engine 組件上用來標識這個 JVM ），只不過 connector 也工作在 JVM 中。

小故事：

是否關注到 Service name = Catalina，實際上 Tomcat 的前身就是 Catalina，這是一個島的名字，而

Catalina 只是一個 Servlet 容器，為Servlet和 JavaServer Pages（JSP）實現(xiàn)了Sun Microsystems的規(guī)范。

Tomcat 的作者 詹姆斯·鄧肯·戴維森，Sun Microsystems 的軟件架構師在后來 Sun Microsystems 向 Apache Software Foundation 捐贈該項目中發(fā)揮了重要作用。當時他認為許多開源項目都有與 O'Reilly 相關的書籍，封面上有動物，所以他想以動物命名。后來這位老哥想到了貓🐈。他認為這只動物代表著某種可以自己生存的東西，當2003年 O'Reilly 發(fā)行帶有雪豹的 Tomcat 書籍時，他希望看到動物封面的愿望終于實現(xiàn)了。

3. Connector 組件是監(jiān)聽組件，它有四個作用：

1. 開啟監(jiān)聽套接字，監(jiān)聽外界請求，并和客戶端建立 TCP 連接；
2. 使用 protocolHandler 解析請求中的協(xié)議和端口等信息，如 http 協(xié)議、AJP 協(xié)議；
3. 根據(jù)解析到的信息，使用 processer 將分析后的請求轉發(fā)給綁定的 Engine；
4. 接收響應數(shù)據(jù)并返回給客戶端。
   

上面的 server.xml 配置我們能看到有兩個 Connector。

<Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443"/>

這個 Connector 表示通過 8080 端口使用 HTTP/1.1版本的協(xié)議來訪問 Tomcat。

我們知道 80 端口是為 HTTP(HyperText Transport Protocol) 即 超文本傳輸協(xié)議 開放的，主要用于萬維網(wǎng)傳輸信息的協(xié)議。而我們一般在 Tomcat 中監(jiān)聽的是一個非 80 端口。那為啥不直接在 Tomcat 中寫上 80 端口，即所有 HTTP 請求都可以收到。這是因為在生產(chǎn)環(huán)境中，一般不會直接暴露原始服務給外網(wǎng)，一方面是安全性，另一方面是 負載均衡處理 和 靜態(tài)資源處理。所以會在原始服務上加一層代理，代理來監(jiān)聽 80 端口，再將服務暴露端口的請求轉發(fā)給對應服務。

第二個 Connector：

<Connector port="8009" protocol="AJP/1.3" redirectPort="8443"/>

這個 Connector 監(jiān)聽 8009 端口的 AJP 協(xié)議連接。AJP 協(xié)議負責和其他的 HTTP 服務器(如 Apache )建立連接；在把 Tomcat 與其他 HTTP 服務器集成時，就需要用到這個連接器。之所以使用 Tomcat 和其他服務器集成，是因為 Tomcat 可以用作 Servlet/JSP 容器，但是對靜態(tài)資源的處理速度較慢，不如 Apache 和 IIS 等 HTTP 服務器。因此常常將 Tomcat 與 Apache 等集成，前者作 Servlet 容器，后者處理靜態(tài)資源，而 AJP 協(xié)議便負責 Tomcat 和 Apache 的連接。

Container 表示一類組件，在配置文件(server.xml)中沒有體現(xiàn)出來。它包含4個容器類組件：Engine容器、Host容器、Context容器 和 wrapper容器。

Engine 容器用于從 Connector 組件處接收已建立的 TCP 連接，還用于接收客戶端發(fā)送的 HTTP 請求并分析請求，然后按照分析的結果將相關參數(shù)傳遞給匹配出的虛擬主機。Engine 還用于指定默認的虛擬主機。

Host 容器定義虛擬主機，對應了服務器中一個網(wǎng)絡名實體（如”www.baidu.com”，或IP地址”23.0.32.1”）。為了使用戶可以通過域名連接 Tomcat 服務器，這個域名應該在域名服務器已經(jīng)注冊過。

比如上例中的配置：

<Host name="localhost" appBase="webapps"
     	unpackWARs="true" autoDeploy="true">

name=localhost 表示當前對應的請求是本機，這是因為已經(jīng)配置了Nginx代理的原因，如果沒有配置代理，那么這里就必須是真實的IP 或者域名。注意后面的 appBase，appBase表示當前 web資源所在的目錄。

Context 容器主要是根據(jù) path 和 docBase 獲取一些信息，將結果交給其內(nèi)的 wrapper 組件進行處理（它提供wrapper運行的環(huán)境，所以它叫上下文context）。一般來說，都采用默認的標準 wrapper 類，因此在 Context 容器中幾乎不會出現(xiàn) wrapper 組件。

wrapper 容器對應 Servlet 的處理過程。它開啟 Servlet 的生命周期，根據(jù) Context 給出的信息以及解析 web.xml 中的映射關系，負責裝載相關的類，初始化 servlet 對象 init()、執(zhí)行 servlet 代碼 service() 以及服務結束時 servlet 對象的銷毀 destory()。

根據(jù)上面描述的 tomcat 組件體系結構，處理請求的大致過程其實很容易推導出來：

Client(request)-->Connector-->Engine-->Host-->Context-->Wrapper(response data)-->Connector(response header)-->Client

可以看到宏觀上 Tomcat 設計的真是非常精妙，層疊式的容器設計呈現(xiàn)出一種美感。Connector 和 Container 兩大組件涵蓋主要功能，這種復合組件化的設計思想我們是否可以應用在業(yè)務系統(tǒng)中呢。右面有空繼續(xù)分析 Tomcat 中各個模塊的設計。

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