Servlet&JSP的那些事兒（一）

之前在開源中國看到一篇文章《初學 Java Web 開發，請遠離各種架構，從 Servlet 開發》，覺得很不錯。想到自己之前一直對各種架構執迷不悟，頓感慚愧。於是，看了孫鑫的《Servlet/JSP深入詳解：基於Tomcat的Web開發》、林信良的《JSP&Servlet學習筆記（第二版）》以及網上其他一些相關的資料，將自己的理解整理如下。

Web技術

隨著互連網技術的發展，基於HTTP和HTML的web應用急速增長。早期的web應用主要用於瀏覽新聞等靜態頁面，使用者通過HTTP協議請求伺服器上的靜態頁面，伺服器上的web伺服器軟體接收到請求後，讀取URI標示的資源，再加上訊息前序發送給用戶端瀏覽器，瀏覽器負責解析HTML，將結果呈現出來。

然而隨著時間發展，使用者已經不滿足於僅瀏覽靜態頁面。使用者需要一些互動操作，擷取一些動態結果。如果基於HTTP協議實現伺服器端軟體增強功能太過複雜，所以需要一些擴充機制來實現使用者想要的功能。早期使用的Web伺服器擴充機制是CGI（Common Gateway Interface，公用網關介面）。使用這種方法，使用者單擊某個連結或輸入網址來訪問CGI程式，web伺服器收到請求後，運行該CGI程式，對使用者請求進行處理，緊接著將處理結果併產生一個響應，該響應被返回給web伺服器，web伺服器對響應進行封裝，以HTTP響應的方式返回給瀏覽器。

CGI程式在一定程度上解決了使用者需求。不過還存在一些不足之處，如CGI程式編寫困難，回應時間較長，以進程方式運行導致效能受限。於是1997年，sun公司推出了Servlet技術，作為java陣營的CGI解決方案。

servlet與servlet容器

Java Servlet（Java伺服器小程式）是一個基於Java技術的Web組件，運行在伺服器端，它由Servlet容器所管理，用於產生動態內容。Servlet是平台獨立的Java類，編寫一個Servlet，實際上就是按照Servlet規範編寫一個Java類。Servlet被編譯為平台獨立的位元組碼，可以被動態地載入到支援Java技術的Web伺服器中運行。

Servlet容器也叫做Servlet引擎，是Web伺服器或應用程式伺服器的一部分，用於在發送的請求和響應之上提供網路服務，解碼基於MIME的請求，格式化基於MIME的響應。Servlet沒有main方法，不能獨立運行，它必須被部署到Servlet容器中，由容器來執行個體化和調用Servlet的方法（如doGet()和doPost()），Servlet容器在Servlet的生命週期內包容和管理Servlet。在JSP技術推出後，管理和運行Servlet/JSP的容器也稱為Web容器。

（註：常用的MIME類型：text/html，application/pdf，video/quicktime，application/java，image/jpeg，application/jar，application/octet-stream，application/x-zip）

有了servlet之後，使用者通過單擊某個連結或者直接在瀏覽器的地址欄中輸入URL來訪問Servlet，Web伺服器接收到該請求後，並不是將請求直接交給Servlet，而是交給Servlet容器。Servlet容器執行個體化Servlet，調用Servlet的一個特定方法對請求進行處理，併產生一個響應。這個響應由Servlet容器返回給Web伺服器，Web伺服器封裝這個響應，以HTTP響應的形式發送給Web瀏覽器。

servlet容器能提供什嗎？

我們知道需要由servlet容器來管理和運行servlet，但是為什麼要這樣做呢？使用servlet容器的原因有：

通訊支援：利用容器提供的方法，你能輕鬆的讓servlet與web伺服器對話，而不用自己建立serversocket、監聽某個連接埠、建立流等等。容器知道自己與web伺服器之間的協議，所以你的servlet不用擔心web伺服器（如Apache）和你自己的web代碼之間的API，只需要考慮如何在servlet中實現商務邏輯（如處理一個訂單）。
生命週期管理：servlet容器控制著servlet的生與死，它負責載入類、執行個體化和初始化servlet，調用servlet方法，以及使servlet執行個體被記憶體回收，有了servlet容器，你不需要太多的考慮資源管理。
多線程支援：容器會自動為它所接收的每個servlet請求建立一個新的java線程。針對使用者的請求，如果servlet已經運行完相應的http服務方法，這個線程就會結束。這並不是說你不需要考慮執行緒安全性，其實你還會遇到同步問題，不過這樣能使你少做很多工作。
聲明方式實現安全：利用servlet容器，你可以使用xml部署描述檔案來配置和修改安全性，而不必將其寫入程式碼寫到servlet類代碼中。
JSP支援：servlet容器負責將jsp代碼翻譯為真正的java代碼。

用與CGI程式相比，Servlet具有以下優點：

Servlet是單一實例多線程的運行方式，每個請求在一個獨立的線程中運行，而提供服務的Servlet執行個體只有一個。
Servlet具有可升級性，能響應更多的請求，因為Servlet容器使用一個線程而不是作業系統進程，而線程僅佔用有限的系統資源。
Servlet使用標準的API，被更多的Web伺服器所支援。
Servlet使用Java語言編寫，因此擁有Java程式語言的所有優點，包括容易開發和平台獨立性。
Servlet可以訪問Java平台豐富的類庫，使得各種應用的開發更為容易。
Servlet容器給Servlet提供額外的功能，如錯誤處理和安全。

Servlet容器的分類

根據Servlet容器工作模式的不同，可以將Servlet容器分為以下三類：

1）獨立的Servlet容器

當我們使用基於Java技術的Web伺服器時，Servlet容器作為構成Web伺服器的一部分而存在。然而大多數的Web伺服器並非基於Java，因此，就有了下面兩種Servlet容器的工作模式。

2）進程內的Servlet容器

Servlet容器由Web伺服器外掛程式和Java容器兩部分的實現組成。Web伺服器外掛程式在某個Web伺服器內部地址空間中開啟一個JVM（Java虛擬機器），使得Java容器可以在此JVM中載入並運行Servlet。如有用戶端調用Servlet的請求到來，外掛程式取得對此請求的控制並將它傳遞（使用JNI技術）給Java容器，然後由Java容器將此請求交由Servlet進行處理。進程內的Servlet容器對於單進程、多線程的伺服器非常適合，提供了較高的運行速度，但伸縮性有所不足。

3）進程外的Servlet容器

Servlet容器運行於Web伺服器之外的地址空間，它也是由Web伺服器外掛程式和Java容器兩部分的實現組成的。Web伺服器外掛程式和Java容器（在外部JVM中運行）使用IPC機制（通常是TCP/IP）進行通訊。當一個調用Servlet的請求到達時，外掛程式取得對此請求的控制並將其傳遞（使用IPC機制）給Java容器。進程外Servlet容器對客戶請求的響應速度不如進程內的Servlet容器，但進程外容器具有更好的伸縮性和穩定性。

Tomcat

學習Servlet技術，就需要有一個Servlet運行環境，也就是需要有一個Servlet容器，本文用的是Tomcat。

Tomcat是一個免費的開放原始碼的Servlet容器，它是Apache軟體基金會（Apache Software Foundation）的一個頂級項目，由Apache、Sun和其他一些公司及個人共同開發而成。由於有了Sun的參與和支援，最新的Servlet和JSP規範總是能在Tomcat中得到體現，Tomcat 6支援最新的Servlet 2.5和JSP 2.1規範。因為Tomcat技術先進、效能穩定，而且免費，因而深受Java愛好者的喜愛，並得到了部分軟體開發商的認可，成為目前比較流行的Web伺服器。

Tomcat和IIS、Apache等Web伺服器一樣，具有處理HTML頁面的功能，另外它還是一個Servlet和JSP容器，獨立的Servlet容器是Tomcat的預設模式。不過，Tomcat處理靜態HTML的能力不如Apache，我們可以將Apache和Tomcat整合在一起使用，Apache作為HTTP Web伺服器，Tomcat作為Web容器。

Tomcat伺服器接受客戶請求並做出響應的過程如下：

1）用戶端（通常都是瀏覽器）訪問Web伺服器，發送HTTP請求。
2）Web伺服器接收到請求後，傳遞給Servlet容器。
3）Servlet容器載入Servlet，產生Servlet執行個體後，向其傳遞表示請求和響應的對象。
4）Servlet執行個體使用請求對象得到用戶端的請求資訊，然後進行相應的處理。
5）Servlet執行個體將處理結果通過響應對象發送回用戶端，容器負責確保響應正確送出，同時將控制返回給Web伺服器。

Tomcat的安裝與配置

安裝Tomcat之前要先安裝JDK。JDK的下載與配置網上教程很多，可百度或Google。要下載Tomcat，首先訪問Tomcat項目的網址：http://tomcat.apache.org/，選擇要下載的Tomcat版本。

對於Windows作業系統，Tomcat提供了可執行檔安裝程式的下載，即“Windows Service Installer”連結。通過安裝程式安裝Tomcat，將把Tomcat安裝為Windows的服務。不過建議下載zip壓縮包，通過解壓縮的方式來安裝Tomcat，因為解壓縮的方式也適用於其他的作業系統（如Linux系統），並且更容易與其他的開發環境整合。對於初學者來說，也能更好地學習Tomcat的啟動過程。
下載完成後，使用WinZip或WinRAR等解壓縮工具將壓縮包解壓縮到指定的目錄中。然後在PATH環境變數中添加Tomcat的檔案夾下bin檔案夾的目錄，如D:\apache-tomcat-版本\bin即可。本文使用的是截止本文撰寫時的最新版本apache-tomcat-7.0.33。

Tomcat的目錄結構

Tomcat安裝後的目錄階層1所示。

圖1 Tomcat 7.0.33目錄階層各目錄的用途如表1所示。

目  錄	用    途
/bin	存放啟動和關閉Tomcat的指令檔
/conf	存放Tomcat伺服器的各種設定檔，其中包括server.xml（Tomcat的主要設定檔）、tomcat-users.xml和web.xml等設定檔
/lib	存放Tomcat伺服器和所有Web應用程式需要訪問的JAR檔案
/logs	存放Tomcat的記錄檔
/temp	存放Tomcat運行時產生的臨時檔案
/webapps	當發布Web應用程式時，通常把Web應用程式的目錄及檔案放到這個目錄下
/work	Tomcat將JSP產生的Servlet源檔案和位元組碼檔案放到這個目錄下

表1  Tomcat的目錄結構及其用途

從表1中可以看到，lib目錄下存放的JAR檔案可以被所有的Web應用程式所訪問，如果多個Web應用程式需要訪問相同的JAR檔案，那麼可以將這些JAR檔案放到Tomcat的lib目錄下。此外，對於後面將要介紹的Java Web應用程式，在它的WEB-INF目錄下，也可以建立lib子目錄，在lib子目錄下可以存放各種JAR檔案，這些JAR檔案只能被當前Web應用程式所訪問。

運行Tomcat

在Tomcat安裝目錄下的bin子目錄中，有一些批次檔（以.bat作為尾碼名的檔案），其中的startup.bat就是啟動Tomcat的指令檔，用滑鼠雙擊這個檔案，如果你之前已經配置好了JDK和Tomcat（配置見圖2中PATH變數和JAVA_HOME變數），則會開啟3所示視窗。

圖2 JDK和Tomcat配置

圖3 Tomcat啟動視窗

註：如果未出現3所示的啟動視窗，而是一閃而過，則證明JDK和Tomcat未配置好，重新設定好即可。

開啟瀏覽器，在地址欄中輸入http://localhost:8080/（localhost表示本地機器，8080是Tomcat預設監聽的連接埠號碼），將出現4所示的Tomcat頁面。如果要關閉Tomcat伺服器，可以用滑鼠雙擊Tomcat bin目錄下的shutdown.bat檔案。

圖4 Tomcat預設首頁

Tomcat啟動分析

我們用文字編輯器開啟用於啟動Tomcat的批次檔startup.bat，對其做分析。具體分析過程見圖5。

圖5 startup.bat檔案分析

從圖5的分析中我們可以看見，startup.bat指令碼主要是查看當前命令所在目錄。看是否在tomcat\或tomcat\bin\目錄下。以及查看將調用該命令的參數傳遞給catalina.bat。最後調用catalina.bat start命令。startup.bat的主要作用是調用catalina.bat start命令。所以，在其他目錄下想同樣使用startup來啟動Tomcat，則需設定CATALINA_HOME環境變數。將CATALINA_HOME環境變數的值設定為Tomcat的安裝目錄即可。

可能有人會奇怪為什麼JAVA_HOME表示Java安裝目錄，而Tomcat安裝目錄卻不用TOMCAT_HOME來表示，卻要用CATALINA_HOME來表示。其實在Tomcat 4以前，就是使用TOMCAT_HOME來表示Tomcat安裝目錄的。

解了startup.bat檔案以後，我們再來看看真正負責啟動Tomcat伺服器的catalina.bat檔案。catalina.bat檔案比較長，所以具體分析過程見圖6。

圖6 catalina.bat檔案分析

由分析可知，catalina.bat實際上就是調用java命令運行Bootstrap類。從上面代碼可知tomcat確實是一個純java的程式，所有指令碼最後都變成直接使用java命令執行程式，與我們普通寫的java程式，沒有什麼不同。只不過由於 tomcat模式太多，需要各種參數（如debug,start等），所以需要使用指令碼來執行。另外，通過分析catalina.bat檔案，我們發現它還調用了一個檔案setclasspath.bat。在setclasspath.bat檔案中，它檢查JAVA_HOME環境變數是否存在，並通過JAVA_HOME環境變數，找到java.exe，用於啟動Tomcat。在這個檔案中，還設定了其他的一些變數，代表調用Java的標準命令，有興趣的話可以自己分析一下該檔案。

Tomcat的體繫結構

Tomcat伺服器是由一系列可配置的組件構成的，其中核心組件是Catalina Servlet容器，它是所有其他Tomcat組件的頂層容器。我們可以通過查看Tomcat安裝資料夾下的conf檔案夾中的server.xml檔案來瞭解Tomcat各組件之間的層次關係。由於server.xml注釋太多，特簡化如下：

<?xml version='1.0' encoding='utf-8'?><Server port="8005" shutdown="SHUTDOWN"><Service name="Catalina"><Connector port="8080" protocol="HTTP/1.1" connectionTimeout="20000" redirectPort="8443" URIEncoding="UTF-8"/><Engine name="Catalina" defaultHost="localhost"><Host name="localhost"><Context path="" docBase="WORKDIR" reloadable="true"/></Host></Engine></Service></Server>

其中WORKDIR為你想要匯入的項目路徑。我們下面簡單介紹一下各組件在Tomcat伺服器中的作用。

（1）Server

Server表示整個的Catalina Servlet容器。Tomcat提供了Server介面的一個預設實現，這通常不需要使用者自己去實現。在Server容器中，可以包含一個或多個Service組件。

（2）Service

Service是存活在Server內部的中間組件，它將一個或多個連接器（Connector）組件綁定到一個單獨的引擎（Engine）上。在Server中，可以包含一個或多個Service組件。Service也很少由使用者定製，Tomcat提供了Service介面的預設實現，而這種實現既簡單又能滿足應用。

（3）Connector

連接器（Connector）處理與用戶端的通訊，它負責接收客戶請求，以及向客戶返迴響應結果。在Tomcat中，有多個連接器可以使用。

（4）Engine

在Tomcat中，每個Service只能包含一個Servlet引擎（Engine）。引擎表示一個特定的Service的請求處理流水線。作為一個Service可以有多個連接器，引擎從連接器接收和處理所有的請求，將響應返回給適合的連接器，通過連接器傳輸給使用者。使用者允許通過實現Engine介面提供自訂的引擎，但通常不需要這麼做。

（5）Host

Host表示一個虛擬機器主機，一個引擎可以包含多個Host。使用者通常不需要建立自訂的Host，因為Tomcat給出的Host介面的實現（類StandardHost）提供了重要的附加功能。

（6）Context

一個Context表示了一個Web應用程式，運行在特定的虛擬機器主機中。什麼是Web應用程式呢？在Sun公司發布的Java Servlet規範中，對Web應用程式做出了如下的定義：“一個Web應用程式是由一組Servlet、HTML頁面、類，以及其他的資源群組成的運行在Web伺服器上的完整的應用程式。它可以在多個供應商提供的實現了Servlet規範的Web容器中運行”。一個Host可以包含多個Context（代表Web應用程式），每一個Context都有一個唯一的路徑。使用者通常不需要建立自訂的Context，因為Tomcat給出的Context介面的實現（類StandardContext）提供了重要的附加功能。

有關server.xml各部分的具體資訊會在另一篇文章中論述。Tomcat各組件的工作流程7所示。

圖7 Tomcat各組件的工作流程圖

Tomcat的管理程式

Tomcat提供了一個管理程式：manager，用於管理部署到Tomcat伺服器中的Web應用程式。manager Web應用程式套件組合含在Tomcat的安裝包中。要訪問manager Web應用程式，需要添加具有管理員權限的帳號，編輯%CATALINA_HOME%\conf\tomcat-users.xml檔案，在<tomcat-users>元素中添加manager角色，以及屬於該角色的使用者名稱和密碼，如下所示。

<?xml version='1.0' encoding='utf-8'?><tomcat-users>  <role rolename="manager-gui"/>  <user username="tomcat" password="tomcat" roles="manager-gui"/></tomcat-users>

註：使用者名稱和密碼可以自己設定，但角色名稱只能是manager-gui，不是一些資料提及的manager。

啟動Tomcat伺服器，開啟瀏覽器，在地址欄中輸入：http://localhost:8080/，將出現14所示的頁面。單擊“Manager App”連結，訪問manager Web應用，將看到8所示的登入介面。

圖8 Tomcat管理員登入介面

輸入使用者名稱tomcat，密碼1234，單擊“確定”按鈕，你將看到9所示的頁面。

圖9 manager Web應用程式首頁面

在這個頁面中，你可以部署、啟動、停止、重新載入、卸載Web應用程式。

轉載請註明出處：http://blog.csdn.net/iAm333