Servlet工作原理解析

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目录  ---写在前面---Servlet的使用与侧重点---Servlet的工作原理 a---Servlet容器怎样工作（以Tomcat为例） b---Web应用在servlet容器中如何启动 c---Servlet容器怎样解析web.xml中定义的servlet d---Servlet容器怎样管理servlet生命周期 e---用户的请求是怎样分配到指定servlet进行处理的
写在前面： 现在Java Web开发中已经很少单纯用到Servlet去开发一个Web应用了，比较多的是整合几个框架去开发。从而很多介绍Java Web开发的书籍对Servlet都是一略而过，仅仅介绍一下生命周期和几个常用方法即止。实际上，大多框架都是基于基础工具去封装起来的，像Struts就是对servlet与filter的封装，Hibernate对JDBC的封装等等。所以，在学会框架的使用之后（在没有深入了解基础类的工作原理情况下），应该深入了解一下这些基础知识。从而对框架中出现的问题有一个理性的认识与解决。 说Servlet工作原理之前先说说Servlet的使用吧。先描绘一个大致的外在功能轮廓，再深入到内在的工作原理。使用： 继承GenericServlet抽象类或HttpServlet抽象类(一般继承后者)，然后重写下面方法的其中一个。即可完成一个Servlet 注意： servlet 通常运行在多线程服务器上，因此应该意识到 servlet
必须处理并发请求并小心地同步对共享资源的访问。享资源包括内存数据（比如实例或类变量）和外部对象（比如文件、数据库连接和网络连接）。

doGet

，如果 servlet 支持 HTTP GET 请求

doPost

，用于 HTTP POST 请求

doPut

，用于 HTTP PUT 请求

doDelete

，用于 HTTP DELETE 请求

init

和

destroy

，用于管理 servlet 的生命周期内保存的资源

getServletInfo

，servlet 使用它提供有关其自身的信息 

侧重点： Servlet规范有2个包，javax.servlet和java.servlet.http两个包加起来不过34个接口与类，因此开发人员应该通过J2EE API文档熟知每个类与接口的具体意思。特别偏重下面几个（HttpServletRequest与HttpServletResponse最重要）

HttpServlet
ServetConfig
ServletContext
Filter
FilterConfig
FilterChain
RequestDispatcher
HttpServletRequest
HttpServletResponse
HttpSession

一些 Listenser 类

Servlet工作原理：1---Servlet容器怎样工作（以Tomcat为例）2---Web应用在servlet容器中如何启动3---Servlet容器怎样解析web.xml中定义的servlet4---Servlet容器怎样管理servlet生命周期5---用户的请求是怎样分配到指定servlet进行处理的现在从上面几个问题去解析Servlet的工作原理：  1、什么是容器？容器就是程序运行时需要的环境。Tomcat是servlet的运行环境，所以Tomcat是servlet容器。 那么Tomcat是怎样启动的呢？说到这里需要先介绍一下Servlet容器和Web容器的区别。Sevrlet容器是用来管理servlet的生命周期，而web容器，即web服务器是用来管理和部署Web应用的。Tomcat就是一个开源的Servlet容器，也是一个web容器---用于处理静态html，css等。接着介绍一下Tomcat的架构，如下图。

1.server层代表整个servlet容器，用于启动与监听服务端事件2.service是由一个engine和一个或多个connector组成，这些connector共享一个Engine来处理请求3.connector将在某个指定端口监听客户的请求，把从socket传送来的数据封装成request传递给engine，并从engine处获得响应返回给客户。Tomcat通常会用到两种Connector： a) Http Connector 在端口8080处侦听来自客户browser的http请求。 
b) AJP Connector 在端口8009处侦听来自其它WebServer(Apache)的servlet/jsp代理请求。 3.engine负责处理来自相关联的service的所有请求，处理后返回给service，connector作为两者中间媒介出现   engine下可以配置多个虚拟主机，当engine获得一个请求时将这个请求匹配给对应的虚拟主机上处理4.Host虚拟主机与某个网络域名(domain name)相匹配。一个主机下可以部署一个或者多个web应用，每个应用对应一个context，有一个context path。当host获得一个请求时将这个请求匹配到某个context上，将请求交给context处理，这种方法叫最长匹配。path==“”时即匹配所有无法匹配到context的请求。5.context对应一个应用，由一个或多个servlet组成。context创建时将根据web.xml载入servlet类。     了解完tomcat的架构，然后介绍tomcat是怎样启动的。对于engine, host, context来说，它们都属于容器，当接收到客户端请求的时候，请求会被传递到容器中，在一个容器中处理完毕之后，会被传递给下一个容器处理。因此，我们可以这样理解tomcat，总的来说，tomcat就是一种自上而下，一个容器里面又嵌套包含了另一个子容器的结构。所以，在tomcat启动的时候，我们也可以想象，它必定要先启动父容器，然后再启动子容器，在启动每一层容器的时候，还会启动容器中的一些相关组件，当所有的容器与组件都安装启动完毕，那么tomcat就启动完毕了。 
 因此，很容易理解，tomcat 启动的第一步就是进行容器的装配，就是把父容器和子容器拼装起来，并且安装上相关的组件，这很像一个车间装配的过程。 

当一切装配齐全，机器已经在各个工人的手中完全组装好了，那么接下来的一步，我们只需要按下开关，机器就可以工作啦。多么方便哪！ 

1、 一切事情的起点都源于org.apache.catalina.startup.Bootstrap的“引导”。Bootstrap负责对catalina的配置文件路径进行了一番指导，指定了三种类型的classLoader，接下来catalina就可以用这三种类型的classLoader来负责装配容器了。然后Bootstrap用反射机制调用了org.apache.catalina.startup.Catalina的process方法，引导catalina进行启动。 

2、 Catalina的工作首先是用digester来装配各个容器与组件（degester是Jakarta子项目Commons下的一个模块，支持基于规则的对任意XML文档的处理，提供了一种将XML与Java对象进行映射的方便方法），这个装配就像我们上面说的那样，就是把server下的service进行安装，然后依次把service下的engine，host，context这些容器以及容器中的各种组件按照父子关系一一拼装。这些配置文件的来源都是Bootstrap之间就已经告知了的。在这里它只负责组装。 
接着，catalina会对server进行初始化工作，主要就是把service中配置的connector进行初始化（HTTP与AJP）。 
然后调用server的start方法，启动tomcat server。 
最后，为server注册一个hook程序，检测当server shutdown的时候，关闭tomcat的各个容器。 

3、 进入server的start方法。 
启动server的容器的三个lifecycle事件：BEFORE_START_EVENT，START_EVENT，AFTER_START_EVENT。 
启动server的子容器service。 

4、 进入service的start方法。启动engine与connector。 

5、 下面就开始进入engine了。 
之前说过，engine, host与context都是容器，它们都继承自Container类。它们既然都是一种container，那么在处理手法上一定又很多类似的地方，因此，tomcat使用了ContainerBase这个类，把它作为engine, host与context的父类，让这些容器都可以通过super.start()方法来达到大部分主要逻辑的复用。 

那么，我们首先就来看一下这个ContainerBase中都做了些什么，也就可以知道容器大致都怎么处理请求的。 
a) 触发启动前事件(BEFORE_START_EVENT)。 
b) 设置标签，表示该容器已启动。 
c) 启动容器中的各个组件，如loader, logger, manager, cluster, realm, resources等。 
d) 启动当前容器的子容器。 
e) 启动当前容器的管道pipeline*。 
f) 触发启动中事件(START_EVENT)。 
g) 触发启动后事件(AFTER_START_EVENT)。 
*：pipeline：当一个容器要把从上一级传递过来的需求转交给子容器的时候，它就会把这个需求放进容器的管道(pipeline)里面去，这个管道里面呢有多个阀门机关(value)，而需求在管道里面流动的时候，就会被管道里面的各个阀门拦截下来，只有满足了过关的要求，阀门才会放行。比如管道里面放了两个阀门，第一个阀门叫做“access_allow_vavle”，也就是说需求流过来的时候，它会看这个需求是哪个IP过来的，如果这个IP已经在黑名单里面了，OK，立马拦截，这个需求最远就只能走到这里了，不可能再往下走了！第二个阀门叫做“defaul_access_valve”，它会做例行的检查，如果通过的话，OK，把需求传递给当前容器的子容器。 就是通过这种方式， 需求就在各个容器里面传递，流动， 最后抵达目的地的了。 

以上就是ContainerBase中进行的一些处理。尽管大部分内容都是共用的，但每个容器还是有一些自己特别的处理的，这些各个容器特有的任务都会放在调用ContainerBase之前进行处理。在engine中的特别处理包括engine自己的log以及mbean的处理等等。 

6、 Host是engine的子容器，所以host也会调用ContainerBase的start()方法。 
而host的特殊处理主要就是往pipeline里面安装了一个errorReportValue的阀门。这个errorReportValue的作用主要就是用来检查response的。需求在被Engine传递给Host后， 会继续传递给Context做具体的处理。 这里需求其实就是作为参数传递的Request, Response。所以在context把需求处理完后，通常会改动response。而这个org.apache.catalina.valves.ErrorReportValve的作用就是检察response是否包含错误， 如果有就做相应的处理。 

7、 终于到了Context了。Context的启动是从 StandardContext的start()开始的。下面我们一步一步来看StandardContext的start()中都做了些什么。 

a) 触发启动前事件(BEFORE_START_EVENT)。 
b) 设置web app的具体目录webappResources。 
c) 为context指定loader，Loader就是用来指定这个context会用到哪些类啊，哪些jar包啊这些什么的。 
d) GetCharsetMapper()，得到字符编码格式，tomcat自己有一个默认的配置文件用来设置默认情况下的字符编码格式，如果用户没有自定义的话，就采用默认的配置，一般为为/org/apache/catalina/util/CharsetMapperDefault.properties。 
e) postWorkDirectory ()，创建临时文件目录。Tomcat下面有一个work目录，用来存放临时文件。这个步骤就是在那里创建一个目录，一般说来会在%CATALINA_HOME%/work/Standalone\localhost\这个地方生成一个目录。 
f) Binding thread()，负责绑定当前线程与context。首先要转换class loader，因为之前需要的是tomcat下的所有class和lib，接下来需要的就是当前context，也就是web app的class和lib了，所以要重新设置当前的的contextClassLoader，同时要记录下旧的class loader。然后就要进行线程的绑定了。 

Java代码  

threadBindings.put(Thread.currentThread(), context);  
threadNameBindings.put(Thread.currentThread(), name);  

threadBindings和threadNameBindings都是HashTable，这两步操作把当前线程与当前的这个context绑定起来。接下来这个线程就作为这个web app的主线程了。 
g) 启动当前context的loader。 
h) 重置logger并启动它。 
i) 若存在子容器，启动子容器，并启动其管道pipeline。 
j) 触发START_EVENT事件监听， 
Java代码  

lifecycle.fireLifecycleEvent(START_EVENT, null);  

在这个事件监听里面会启动ContextConfig的start()事件，ContextConfig是用来配置web.xml的。比如这个Context有多少Servlet，又有多少Filter，就是在这里给Context装上去的。ContextConfig主要做了这些工作： 

Java代码  

defaultWebConfig();    //每个context要配置一个默认的web.xml，就是omcat/conf/web.xml，这样container servlet才能被加载。  
applicationWebConfig();    //配置web app自己的web.xml  
validateSecurityRoles();   //验证访问角色的安全性。就是web app的部署权限，通常我们会通过访问/admin 或者/manager来进入应用的部署界面，一般用户是admin或者manager才能访问。访问的用户以及可以访问的资源都是可以限制的，这些都可以通过权限验证来实现。  
authenticatorConfig();   //配置自动认证  

k) 为context创建welcome files，通常是这三个启动文件：index.html、index.htm、index.jsp，它们就被默认地绑在了这个context上。 
l) 触发AFTER_START_EVENT事件。 
m) 配置listener。 
n) 启动manager。Manager是用来管理session的。对于服务器来说，每个请求传递过来的时候，会在request里面加上一个叫做sessionId的属性，服务器就通过这个sessionId来知道这个请求到底是属于哪一个session的。 
o) 启动context的后台主线程。 
p) 配置filter。 
q) 启动带有<load-on-startup>的Servlet。如<load-on-startup>1</load-on-startup>，启动的顺序从1开始按照数字从小到大，1, 2, 3 ……，最后才是0。 
默认情况下，至少会启动如下3个的Servlet: 
org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet 负责处理静态资源的Servlet，例如图片、html、css、js等等。 
org.apache.catalina.servlets.InvokerServlet负责处理没有做Servlet Mapping的那些Servlet。 
org.apache.jasper.servlet.JspServlet负责处理JSP文件。 
r) 标识context已经启动完毕，如果在启动的时候发生错误，则stop server。 
s) 注册JMX。registerJMX(); 
t) 关闭所有JAR，以免在启动的时候打开的文件数量总是很高。 

如果文字看不下来的话，可以看看下面的流程图，如果你坚持看完了上面一大段话的话，呃，也可以再看看下面的图。 



 到这里tomcat就算启动完毕了，我们可以看到它的启动过程是一环套一环的过程，先是父容器，然后是子容器，一层层往下递进。