Servlet系列(一):简介

Web 介绍

目前的Web运行都是基于服务端/客户端模式，即将资源和网页文件存储在服务器上，用户访问服务器将资源下载到本地，然后浏览器渲染出网页。以访问https://www.baidu.com/为例，当用户在浏览器输入网址到出现页面的具体过程如下：

首先客户端通过「DNS协议」查询到域名对应的服务器IP地址。
客户端通过「HTTP协议」向上述IP地址的相应端口(默认80端口)发送请求。
服务器返回相应资源(包括页面以及页面中引用的图片等资源)。
浏览器将上述资源渲染并显示。

HTTP 协议

这里主要介绍HTTP协议，其全称为超文本传输协议，是基于TCP协议的应用层传输协议。通俗理解，客户端和服务器之间通过TCP协议来传输相应资源，在这个过程中双方需要约定一个共同的请求和回复格式。这个格式就是HTTP协议所规定的内容。

网络上的资源通过「统一资源定位符 (Uniform Resource Locator, URL) 」来完全定位，其格式如下：

1 2	<!-- 访问host主机上port端口的path路径 --> http://host[":"port][path]

在浏览器输入URL访问资源时，浏览器通过HTTP协议发送请求报文，服务器返回响应报文。HTTP报文可以分为「报文首部」和「报文主体」两部分，报文首部和报文主体之间通过CR+LF分割。需要注意的是报文主体部分并不是必须的，报文首部是需要我们特别关注的。

这里还是以访问https://www.baidu.com/为例，在我的电脑上，浏览器发送的请求以及回复如下：
HTTP请求

可以看到浏览器向服务器发送的请求首部为：

GET / HTTP/1.1
Host: www.baidu.com
Connection: keep-alive
Cache-Control: max-age=0
sec-ch-ua: " Not A;Brand";v="99", "Chromium";v="98", "Google Chrome";v="98"
sec-ch-ua-mobile: ?0
sec-ch-ua-platform: "Windows"
Upgrade-Insecure-Requests: 1
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64) AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko) Chrome/98.0.4758.102 Safari/537.36
......

服务器发回的响应首部如下：

HTTP/1.1 200 OK
Bdpagetype: 2
Bdqid: 0xb5176b1e0015f1d6
Cache-Control: private
Connection: keep-alive
Content-Encoding: gzip
Content-Type: text/html;charset=utf-8
Date: Tue, 22 Feb 2022 09:40:01 GMT
......

可以看到上述首部内容由以下数据组成：

请求行，包含用于请求的方法，请求资源URI和HTTP版本，上面是GET方法，请求的URI是/，协议为HTTP/1.1。
状态行，包含响应结果和状态码，原因短语和HTTP版本，上述响应状态码为200，表示成功响应。不同数字开头的状态码有不同含义，一般来说，2XX表示请求成功，3XX表示重定向，4XX表示客户端请求错误，5XX表示服务器错误。
首部字段，包含表示请求和响应的各种条件和属性的各类字段，如浏览器标识、主机、资源类型等等。
其它，如Cookie等。

Tomcat介绍和安装

Tomcat是Apache 软件基金会（Apache Software Foundation）的Jakarta 项目中的一个核心项目，由Apache、Sun 和其他一些公司及个人共同开发而成。因为Tomcat 技术先进、性能稳定，而且免费，因而深受Java 爱好者的喜爱并得到了部分软件开发商的认可，成为比较流行的轻量级Web 应用服务器。

通常所说的web服务器，如Apache、Nginx等，只提供http(s)服务，用户能够访问静态资源，如HTML文档、图片等，不能执行程序也不能访问数据库。而Tomcat服务器能够处理动态请求，主要解析JSP/Servlet，当然它也支持静态资源访问，但是效率不如Apache服务器高。

因此为了开发Java动态服务器运行Servlet代码，需要安装Tomcat。进入Tomcat官网下载Tomcat 9，此版本支持8以及更高版本的jdk。

Tomcat 9下载

下载完解压后就可以运行Tomcat服务器了。

解压后得到的文件夹有以下几个子目录：

子目录	说明
bin	用于存放Tomcat命令，以`.sh`结尾的为linux系统的shell脚本，以`.bat`结尾的为Windows系统下的命令。该目录包含启动和终止服务器运行的脚本。
conf	主要用于存放Tomcat的配置文件，如设置端口号、加载的项目等。
lib	存放Tomcat运行时需要加载的jar包。
logs	存放 Tomcat 在运行过程中产生的日志文件。
temp	存放 Tomcat 在运行过程中产生的临时文件。
webapps	存放Web应用程序，Tomcat启动时加载该目录下的项目。
work	存放Tomcat在运行时的编译文件，即class字节码。

Servlet 介绍及第一个Servlet程序

Servlet 介绍

Servlet是Server+Applet的组合，是Java Servlet的简称，是使用Java编写的运行在服务端的程序，能够接收网页表单的输入、访问数据库并动态的创建网页，其相较于使用CGI有性能更好、更易使用的优点。

实际上，Servlet是用Java语言实现的一个接口，一般情况下，也将任何实现了Servlet接口的类称为一个Servlet，一个Servlet对应了一个动态页面。

Servlet容器

这里的Servlet容器也具有传统意义上的Web服务器的接受静态资源访问的能力，如Tomcat，它是Servlet容器，能够根据配置文件(web.xml)找到对应的Servlet类实例化处理用户请求并返回；也能对于静态资源访问直接返回。

通过源码可以看到Servlet接口如下：

//
// Source code recreated from a .class file by IntelliJ IDEA
// (powered by FernFlower decompiler)
//

package javax.servlet;

import java.io.IOException;

public interface Servlet {
    void init(ServletConfig var1) throws ServletException;

    ServletConfig getServletConfig();

    void service(ServletRequest var1, ServletResponse var2) throws ServletException, IOException;

    String getServletInfo();

    void destroy();
}

所有Servlet类都需要直接或间接的实现以上接口。

一个Servlet的生命周期如下：

Servlet初始化后调用init()方法。
Servlet调用service()方法处理用户请求，该方法是编写Servlet实现的重点。
Servlet销毁前调用destroy()方法。
Servlet销毁并被JVM垃圾回收。

开发时，直接实现Servlet接口并不是很方便，需要实现所有5个方法，因此Servlet包下又内置了两个Servlet接口的抽象实现类。分别是GenericServlet和HttpServlet，其中HttpServlet类继承了GenericServlet类，并在覆写service()方法时分成了doGet()、doPost()等方法，因此实际开发时通常只需继承HttpServlet类。

Hello Servlet ！

接下来编写第一个Servlet项目，首先在IDEA中创建一个空的Maven项目，然后导入相关依赖：

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>javax.servlet</groupId>
        <artifactId>servlet-api</artifactId>
        <version>2.5</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>javax.servlet.jsp</groupId>
        <artifactId>jsp-api</artifactId>
        <version>2.2</version>
    </dependency>
</dependencies>

右键项目名称添加Web框架支持，添加后自动生成包含了WEB-INF目录和index.jsp文件的web文件夹。
项目结构

之后编写HelloServlet.java，即我们的第一个Servlet。

package com.fxd;

import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;

public class HelloServlet extends HttpServlet
{
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException
    {
        resp.getWriter().println("<html>\n" +
                "  <head>\n" +
                "    <title>Hello World</title>\n" +
                "  </head>\n" +
                "  <body>\n" +
                "  Hello World!\n" +
                "  </body>\n" +
                "</html>");
    }

    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException
    {
        // 将Post请求交给doGet处理
        doGet(req, resp);
    }
}

编写完Servlet之后，需要在web.xml配置文件中注册Servlet，前面也提到了，当用户向服务器发送请求时，Servlet容器将根据这个配置文件实例化响应的Servlet并调用其中的方法进行请求处理。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee/web-app_4_0.xsd"
         version="4.0">

    <!-- 注册servlet，包括name和所属的class -->
    <servlet>
        <servlet-name>helloServlet</servlet-name>
        <servlet-class>com.fxd.HelloServlet</servlet-class>
    </servlet>
    
    <!-- servlet和访问路径的映射关系，访问/hello时会交至helloServlet处理 -->
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>helloServlet</servlet-name>
        <url-pattern>/hello</url-pattern>
    </servlet-mapping>
</web-app>

完成之后，配置Tomcat服务器并启动进行验证，访问项目根目录下的/hello路径，页面输出Hello World！

项目结构

总结

本篇博客首先介绍了HTTP协议的相关内容，然后介绍了Java后端开发常用的Tomcat服务器，它作为一种Servlet容器十分常用；最后介绍了Servlet在客户端服务端通信之间的角色，最后编写了第一个Servlet程序。