3.2 Servlet基础
3.2.1 Servlet定义
Servlet是服务器端的Java应用程序，它用来扩展服务器的功能，可以生成动态的Web页面。Servlet与传统Java应用程序最大的不同在于：它不是从命令行启动的，而是由包含Java虚拟机的Web服务器进行加载。
Applet是运行于客户端浏览器的Java应用程序，Servlet与Applet相比较，有以下特点。
1．相似之处
（1）它们不是独立的应用程序，没有main方法。
（2）它们不是由用户调用，而是由另外一个应用程序（容器）调用。
（3）它们都有一个生命周期，包含init和destroy方法。
2．不同之处
（1）Applet运行在客户端，具有丰富的图形界面。
（2）Servlet运行在服务器端，没有图形界面。
造成这种差别的原因在于它们所肩负的使命不同。Applet目的是为了实现浏览器与客户的强大交互，因此需要丰富多样的图形交互界面；Servlet用于扩展服务器端的功能，实现复杂的业务逻辑，它不直接同客户交互，因此不需要图形界面。
Servlet最大的用途是通过动态响应客户端请求来扩展服务器功能。
3.2.2 Servlet工作流程
Servlet运行在Web服务器上的Web容器里。Web容器负责管理Servlet。它装入并初始化Servlet，管理Servlet的多个实例，并充当请求调度器，将客户端的请求传递到Servlet，并将Servlet的响应返回给客户端。Web容器在Servlet的使用期限结束时终结该Servlet。服务器关闭时，Web容器会从内存中卸载和除去Servlet。
Servlet的基本工作流程如下：
（1）客户端将请求发送到服务器。
（2）服务器上的Web容器实例化（装入）Servlet，并为Servlet进程创建线程。请注意，Servlet是在出现第一个请求时装入的，在服务器关闭之前不会卸载它。
注意：Servlet也可以配置为Web应用程序启动时自动装载。关于如何配置Servlet将在3.6节详细讲解。
（3）Web容器将请求信息发送到Servlet。
（4）Servlet创建一个响应，并将其返回到Web容器。Servlet使用客户端请求中的信息以及服务器可以访问的其他信息资源（如资源文件和数据库等）来动态构造响应。
（5）Web容器将响应返回客户端。
（6）服务器关闭或Servlet空闲时间超过一定限度时，调用destroy方法退出。
从上面Servlet的工作基本流程可以看出，客户端与Servlet间没有直接的交互。无论是客户端对Servlet的请求还是Servlet对客户端的响应，都是通过Web容器来实现的，这就大大提高了Servlet组件的可移植性。
下面对Servlet的工作基本流程进行详细说明。
1．Servlet装入和初始化
第一次请求Servlet时，服务器将动态装入并实例化Servlet。开发人员可以通过Web配置文件将Servlet配置成在Web服务器初始化时直接装入和实例化。Servlet调用init方法执行初始化。init方法只在Servlet创建时被调用，所以，它常被用来作为一次性初始化的工作，如装入初始化参数或获取数据库连接。
init方法有两个版本：一个没有参数，一个以ServletConfig对象作为参数。
2．调用Servlet
每个Servlet都对应一个URL地址。Servlet可以作为显式URL引用调用，或者嵌入在HTML中并从Web应用程序调用。
Servlet和其他资源文件（如JSP文件、静态HTML文本等）打包作为一个Web应用存放在Web服务器上。对于每个Web应用，都可以存在一个配置文件web.xml。关于Servlet的名称、对应的Java类文件、URL地址映射等信息都存放在配置文件web.xml中。当Web服务器接收到对URL地址的请求信息时，会根据配置文件中URL地址与Servlet之间的映射关系将请求转发到指定的Servlet来处理。
说明：自Java EE 6版本以来，Java EE规范推荐使用注解来配置Web组件，而不是使用配置文件web.xml。注解是内嵌在Java代码中的一种特殊标记，关于注解的使用本书后面的示例中会反复讲到。因此，在Java EE 6版本以上的Web应用中，也允许没有配置文件web.xml存在。
3．处理请求
当Web容器接收到对Servlet的请求，Web容器会产生一个新的线程来调用Servlet的service方法。service方法检查HTTP请求类型（GET、POST、PUT、DELETE等），然后相应地调用Servlet组件的doGet、doPost、doPut、doDelete等方法。如果Servlet处理各种请求的方式相同，也可以尝试覆盖service方法。GET请求类型与POST请求类型的区别在于：如果以GET方式发送请求，所带参数附加在请求URL后直接传给服务器，并可从服务器端的QUERY_STRING这个环境变量中读取；如果以POST方式发送请求，则参数会被打包在数据包中传送给服务器。
4．多个请求的处理
Servlet由Web容器装入，一个Servlet同一时刻只有一个实例，并且它在Servlet的使用期间将一直保留。当同时有多个请求发送到同一个Servlet时，服务器将会为每个请求创建一个新的线程来处理客户端的请求。
如图3-2所示，有两个客户端浏览器同时请求同一个Servlet服务，服务器会根据Servlet实例对象为每个请求创建一个处理线程。每个线程都可以访问Servlet装入时的初始化变量。每个线程处理它自己的请求。Web容器将不同的响应返回各自的客户端。
图3-2 Servlet对多个请求的处理
上述说明意味着Servlet的doGet方法和doPost方法必须注意共享数据和领域的同步访问问题，因为多个线程可能会同时尝试访问同一块数据或代码。如果想避免多线程的并发访问，可以设置Servlet实现SingleThreadModel接口，如下所示：
public class YourServlet extends HttpServlet implements SingleThreadModel {
...
}
注意：使用SingleThreadModel接口虽然避免了多请求条件下的线程同步问题，但是单线程模式将对应用的性能造成重大影响，因此在使用时要特别慎重。
5．退出
如果Web应用程序关闭或者Servlet已经空闲了很长时间，Web容器会将Servlet实例从内存移除。移除之前Web容器会调用Servlet的destroy方法。Servlet可以使用这个方法关闭数据库连接、中断后台线程、向磁盘写入Cookie列表及执行其他清理动作。
注意：当Web容器出现意外而被关闭，则不能够保证destroy方法被调用。
通过上面Servlet工作流程的基本描述，对于Web容器的职责，可以归纳为以下两点：一是管理Servlet组件的生命周期，包括Servlet组件的初始化、销毁等；二是作为客户端与Servlet之间的中介，负责封装客户端对Servlet的请求，并将请求映射到对应的Servlet，以及将Servlet产生的响应返回给客户端。
3.2.3 Servlet编程接口
Java EE标准定义了Java Servlet API，用于规范Web容器和Servlet组件之间的标准接口。Java Servlet API是一组接口和类，主要由两个包组成：javax.servlet包含了支持协议无关的Servlet的类和接口；javax.servlet.http包括了对HTTP协议的特别支持的类和接口。如果希望详细了解Java Servlet API，可访问http://www.oracle.com/technetwork/java/index-jsp-135475.html下载Java Servlet API的详细文档。
所有的Servlet都必须实现通用Servlet接口或HttpServlet接口。通用Servlet接口类javax.servlet.GenericServlet定义了管理Servlet及它与客户端通信的方法；HttpServlet接口类javax.servlet.http.HttpServlet是继承了通用Servlet接口类的一个抽象子类。要编写在Web上使用的HTTP协议下的Servlet，通常采用继承HttpServlet接口的形式。下面以HttpServlet接口为中心，介绍与Servlet编程密切相关的几个接口，如图3-3所示。
图3-3 Servlet编程相关接口示意图
·HttpServletRequest代表发送到HttpServlet的请求。这个接口封装了从客户端到服务器的通信。它可以包含关于客户端环境的信息和任何要从客户端发送到Servlet的数据。
·HttpServletResponse代表从HttpServlet返回客户端的响应。它通常是根据请求和Servlet访问的其他来源中的数据动态创建生成的响应，如HTML页面。
·ServletConfig代表Servlet的配置信息。Servlet在发布到服务器上的时候，在Web应用配置文件中对应一段配置信息。Servlet根据配置信息进行初始化。配置信息的好处在于在Servlet发布时可以通过配置信息灵活地调整Servlet而不需要重新改动、编译代码。
·ServletContext代表Servlet的运行环境信息。Servlet是运行在服务器上的程序。为了与服务器及服务器上运行的其他程序进行交互，有必要获得服务器的环境信息。
·ServletException代表Servlet运行过程中抛出的意外对象。
·HttpSession用来在无状态的HTTP协议下跨越多个请求页面来维持状态和识别用户。维护HttpSession的方法有Cookie或URL重写。
·RequestDispatcher：请求转发器，可以将客户端请求从一个Servlet转发到其他的服务器资源，如其他Servlet、静态HTML页面等。
Java EE服务器必须声明支持的Java Servlet API的版本级别。随着Java EE技术的不断进步，Java Servlet API的版本也在不断更新，在Java EE 8标准规范中包含的Java Servlet API的版本为4.0。