带你着手「Servlet」

⭐️前言⭐️

有了前边文章为我们奠定下的网络基础，我们就可以开始学习Servlet的知识了，在部署一个Java的Servlet程序时，必须要有的开发工具是Tomcat,需要自行完成Tomcat的配置，并掌握maven仓库的配置方法，下边我们也会进行演示，这些具体的流程该如何来进行。

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🍅1.第一个Servlet程序

我们首先通过idea来完成一个最简单的Servlet程序，共需要以下七步来完成，在该部分最后也会介绍较为简单的插件配置方法。

1.1 操作流程

第一步：
创建一个maven项目。

1）新建项目

2）选择maven项目

3）编辑信息

第二步：
引入依赖

1）在maven中央仓库找到Servlet的依赖

2）找到3.1版本，复制maven依赖


3）将依赖引入pom.xml文件中

第三步：
创建目录结构

1）在main目录创建webapp目录

2）在webapp目录创建WEB-INF目录

3）在WEB-INF目录新建web.xml文件

4）在web.xml文件中写入下面的代码段：

<!DOCTYPE web-app PUBLIC
        "-//Sun Microsystems, Inc.//DTD Web Application 2.3//EN"
        "http://java.sun.com/dtd/web-app_2_3.dtd" >

<web-app>
    <display-name>Archetype Created Web Application</display-name>
</web-app>

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第四步：
编写Servlet代码

在main-java目录下新建类，开始编写servlet代码

• 继承HttpServlet类
• 重写doGet方法
• 在方法里写执行的代码
• 加上WebServlet注解+路径，将该类与http请求中的URL关联起来

第五步：
打包

当前的代码是不能单独运行的（没有main方法），需要把当前的代码打包，然后部署到Tomcat上，由Tomcat来进行调用。

1）先进行准备工作，修改pom.xml

2）双击package，进行打包

打包完成

第六步：
部署

1）打开war包所在路径

2）把war包拷贝到tomcat的webapps目录里

3）启动tomcat

第七步：
验证程序

在网页访问路径127.0.0.1:8080/hello/test

此处的路径共有三部分组成

1.2 插件简化

在我们每次修改Servlet类代码后，都需要重复进行1.1中5-6步操作，较为繁琐，可以利用idea中内嵌的smart tomcat插件来简化开发流程。

完成上图插件的安装后，按下图流程操作。

注意，利用插件时，五六步操作完全不再需要手动进行了，不需要再进行第五步的准备工作——在pom.xml文件中加代码，直接在下图中定义Context Path即可。

点击小三角一次性完成打包、部署工作：

🍅2.常见的访问出错

初学Servlet，肯定会遇到很多的问题，我们不仅要学习Servlet代码的基本写法，还需要认识常见的错误，在出现错误时能够解决。

2.1 出现404

404表示用户访问的资源不存在，大概率是URL路径写的不正确。

还有可能是因为web.xml文件写错了，需要写正确web.xml中内容，并重新启动tomact

web.xml文件代码片段：

DOCTYPE web-app PUBLIC
        "-//Sun Microsystems, Inc.//DTD Web Application 2.3//EN"
        "http://java.sun.com/dtd/web-app_2_3.dtd" >

<web-app>
    <display-name>Archetype Created Web Applicationdisplay-name>
web-app>

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2.2 出现405

405表示对应的HTTP请求方法没有实现

在地址栏输入URL路径进行访问，浏览器默认构造的是GET请求，如果在服务器中的代码没有实现doGet方法，就会报这个错误。

在什么时候浏览器发的是GET请求呢？
1.直接在地址栏里输入URL
2.通过a标签跳转
3.通过img/link/script...
4.通过form表单，method指定为GET
5.通过ajax，type指定为GET

那在什么时候浏览器发的是POST请求呢？
1.通过form表单，method指定为POST
2.通过ajax，type指定为POST

2.3 出现500

500意味着服务器代码抛出异常了，并且代码没有处理异常，异常向上传递到了Tomcat这里了。


这种错误是最好解决的，因为异常的调用栈，会直接打印在页面上，可以直接找到问题的所在。

2.4 出现空白页面

没有resp.getWritter().write() 操作。

2.5 出现“无法访问此网站”

最大可能性是因为Tomcat没有正确启动（比如Tomcat的8080端口被占用，启动失败）

🍅3.Servlet运行原理

3.1 Servlet运行原理

Servlet是位于应用层的上层建筑，下面的传输层、网络层、和数据链路层属于经济基础，经济基础决定上层建筑。

Tomcat其实就是一个运行在用户态的应用程序（普通的Java进程）。

当用户操作浏览器，发送请求给服务器的时候，Tomcat作为HTTP Servlet会调用Servlet API，然后执行我们所写的Servlet程序来处理请求。

更详细的交互过程见下图：

用户浏览器发出请求后，客户端主机会将请求数据包一层层封装，最后到物理层转换成光电信号传输给服务器；到达服务器后再将数据包进行一层层分用，最后到服务器的应用层处理请求并计算响应。

3.2 Tomcat的执行逻辑

我们通过用伪代码的方式来演示Tomcat在Servlet程序运行中起到的作用。

1）Tomcat初始化流程

class Tomcat {
    // 用来存储所有的 Servlet 对象
    private List<Servlet> instanceList = new ArrayList<>();
    public void start() {
        // 根据约定，读取 WEB-INF/web.xml 配置文件;
        // 并解析被 @WebServlet 注解修饰的类

        // 假定这个数组里就包含了我们解析到的所有被 @WebServlet 注解修饰的类. 
        Class<Servlet>[] allServletClasses = ...;

        // 这里要做的的是实例化出所有的 Servlet 对象出来;
        for (Class<Servlet> cls : allServletClasses) {
            // 这里是利用 java 中的反射特性做的
            // 实际上还得涉及一个类的加载问题，因为我们的类字节码文件，是按照约定的
            // 方式（全部在 WEB-INF/classes 文件夹下）存放的，所以 tomcat 内部是
            // 实现了一个自定义的类加载器(ClassLoader)用来负责这部分工作。

            Servlet ins = cls.newInstance();
            instanceList.add(ins);
        }

        // 调用每个 Servlet 对象的 init() 方法，这个方法在对象的生命中只会被调用这一次;
        for (Servlet ins : instanceList) {
            ins.init();
        }

        // 利用我们之前学过的知识，启动一个 HTTP 服务器
        // 并用线程池的方式分别处理每一个 Request
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        // 实际上 tomcat 不是用的固定线程池，这里只是为了说明情况
        ExecuteService pool = Executors.newFixedThreadPool(100);

        while (true) {
            Socket socket = ServerSocket.accept();
            // 每个请求都是用一个线程独立支持，这里体现了我们 Servlet 是运行在多线程环境下的
            pool.execute(new Runnable() {
                doHttpRequest(socket);//处理请求
            });
        }
        // 调用每个 Servlet 对象的 destroy() 方法，这个方法在对象的生命中只会被调用这一次;
        for (Servlet ins : instanceList) {
            ins.destroy();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Tomcat().start();
    }
}

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小结：

• Tomcat的代码中内置了main方法。当我们启动Tomcat的时候，就是从Tomcat的main方法开始执行的。
• 被@WebServlet注解修饰的类会在Tomcat启动的时候被获取到，并集中管理。
• Tomcat通过反射机制来创建被@WebServlet注解修饰的类的实例。
• 这些实例被创建完了之后，会调用其中的init方法进行初始化（该方法是HttpServlet自带的，我们自己写的类可以重写init）
• 这些实例被销毁之前，会调用其中的destory方法进行收尾工作（只有正常退出Tomcat才会触发该方法，而通过直接杀死进程的方法是来不及调用该方法的）
• Tomcat内部也是通过Socket API进行网络通信
• Tomcat为了能同时响应多个HTTP请求，采取了多线程的方式实现。因此Servlet是运行在多线程环境下的

2）Tomcat处理请求流程

class Tomcat {
    void doHttpRequest(Socket socket) {
        // 参照我们之前学习的 HTTP 服务器类似的原理，进行 HTTP 协议的请求解析，和响应构建
        HttpServletRequest req = HttpServletRequest.parse(socket);
        HttpServletRequest resp = HttpServletRequest.build(socket);
        
        // 判断 URL 对应的文件是否可以直接在我们的根路径上找到对应的文件，如果找到，就是静态
        // 直接使用我们学习过的 IO 进行内容输出
        if (file.exists()) {
            // 返回静态内容
            return;
       }
        
        // 走到这里的逻辑都是动态内容了
        
        // 根据我们在配置中说的，按照 URL -> servlet-name -> Servlet 对象的链条
        // 最终找到要处理本次请求的 Servlet 对象
        Servlet ins = findInstance(req.getURL());
        
        // 调用 Servlet 对象的 service 方法
        // 这里就会最终调用到我们自己写的 HttpServlet 的子类里的方法了
        try {
       		ins.service(req, resp); 
       } catch (Exception e) {
            // 返回 500 页面，表示服务器内部错误
       }
   }
}

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小结：

• Tomcat从Socket中读取到HTTP请求，然后按照HTTP协议的格式解析成一个HttpServletRequest对象。
• Tomcat会根据URL中的path判定这个请求是请求一个静态资源还是动态资源；如果是静态资源，直接找到对应的文件把文件的内容通过Socket返回；如果是动态资源，才会执行到Servlet的相关逻辑。
• Tomcat会根据URL中的Context Path和Servlet Path确定要调用哪个Servlet实例的service方法（如果没有找到匹配的Servlet类，就会返回404）
• 通过service方法，就会进一步调用到我们之前写的doGet或者doPost

3）Servlet的service方法的实现

class Servlet {
    public void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) {
        String method = req.getMethod();
        if (method.equals("GET")) {
            doGet(req, resp);
       } else if (method.equals("POST")) {
            doPost(req, resp);
       } else if (method.equals("PUT")) {
            doPut(req, resp);
       } else if (method.equals("DELETE")) {
            doDelete(req, resp);
       } 
       ......
   }
}
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小结：

• Servlet的service方法内部会根据当前请求的方法，决定调用其中的某个doXXX方法。

在整个流程中，有三个关键的方法：

• init方法：在初始化阶段执行，用来初始化每一个Servlet对象，对象创建好之后就会执行到。用户可以重写这个方法，来执行一些初始化逻辑。
• service方法：在处理请求阶段来调用，每个请求都要调用一次service
• destory方法：退出主循环，tomcat结束之前会调用，用来释放资源。

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⭐️最后的话⭐️
总结不易，希望uu们不要吝啬你们的👍哟(＾Ｕ＾)ノ~ＹＯ！！如有问题，欢迎评论区批评指正😁