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27-Servlet执行原理

article 2025/3/1 21:50:06

1.Tomcat详解

①接收请求：

②根据请求计算响应：

③返回响应：

2.Tomcat执行流程

2.1.Tomcat 初始化流程

2.2.Tomcat 处理请求流程

2.3.Servlet 的 service 方法的实现

在 Servlet 的代码中并没有写 main ⽅法，那么对应的 doGet 代码是如何被调⽤的呢? 响应⼜是如何返回给浏览器的?这就要从 Tomcat 说起了。

1.Tomcat详解

我们⾃⼰的实现是在 Tomcat 基础上运⾏的。

当浏览器给服务器发送请求的时候，Tomcat 作为 HTTP 服务器，就可以接收到这个请求。HTTP 协议作为⼀个应⽤层协议，需要底层协议栈来⽀持⼯作：

更详细的交互过程：

①接收请求：

⽤户在浏览器输⼊⼀个 URL，此时浏览器就会构造⼀个 HTTP 请求。
这个 HTTP 请求会经过⽹络协议栈逐层进⾏封装成⼆进制的 bit 流，最终通过物理层的硬件设备转换成光信号/电信号传输出去。
这些承载信息的光信号/电信号通过互联⽹上的⼀系列⽹络设备，最终到达⽬标主机(这个过程也需要⽹络层和数据链路层参与)。
服务器主机收到这些光信号/电信号，⼜会通过⽹络协议栈逐层进⾏分⽤，层层解析，最终还原成 HTTP 请求。并交给 Tomcat 进程进⾏处理(根据端⼝号确定进程)。
Tomcat 通过 Socket 读取到这个请求(⼀个字符串)，并按照 HTTP 请求的格式来解析这个请求，根据请求中的 Context Path 确定⼀个 webapp，再通过 Servlet Path 确定⼀个具体的类。再根据当前请求的⽅法 (GET/POST/...)，决定调⽤这个类的 doGet 或者 doPost 等⽅法。此时我们的代码中的 doGet / doPost ⽅法的第⼀个参数 HttpServletRequest 就包含了这个 HTTP 请求的详细信息。

②根据请求计算响应：

在我们的 doGet / doPost ⽅法中，就执⾏到了我们⾃⼰的代码。我们⾃⼰的代码会根据请求中的⼀些信息，来给 HttpServletResponse 对象设置⼀些属性，例如状态码，header，body 等。

③返回响应：

我们的 doGet / doPost 执⾏完毕后，Tomcat 就会⾃动把 HttpServletResponse 这个我们刚设置好的对象转换成⼀个符合 HTTP 协议的字符串，通过 Socket 把这个响应发送出去。
此时响应数据在服务器的主机上通过⽹络协议栈层层封装，最终⼜得到⼀个⼆进制的 bit 流，通过物理层硬件设备转换成光信号/电信号传输出去。
这些承载信息的光信号/电信号通过互联⽹上的⼀系列⽹络设备，最终到达浏览器所在的主机(这个过程也需要⽹络层和数据链路层参与)。
浏览器主机收到这些光信号/电信号，⼜会通过⽹络协议栈逐层进⾏分⽤，层层解析，最终还原成 HTTP 响应，并交给浏览器处理。
浏览器也通过 Socket 读到这个响应(⼀个字符串)，按照 HTTP 响应的格式来解析这个响应，并且把body 中的数据按照⼀定的格式显示在浏览器的界⾯上。

2.Tomcat执行流程

下⾯的代码通过 "伪代码" 的形式描述了 Tomcat 的"初始化"/"处理请求"两部分核⼼逻辑。

所谓 "伪代码"，并不是⼀些语法严谨，功能完备的代码，只是通过这种形式来⼤概表达某种逻辑。

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

    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);
        }

        //开始方法
        // 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); //开启一个web服务并设置端口号，监测：若有人访问此ip+端口，是能感知到的
        // 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);

        //多次拦截调用方法
        while (true) { //死循环，一直等待别人去访问
            Socket socket = ServerSocket.accept(); //如果没有人访问，就会阻塞到这行代码；如果有人访问，就会拿到请求的信息，往下执行
            // 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); //包含了一系列method方法
            });
        }

        //销毁方法
        // 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();
        }
    }
}

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 启动的时候就被获取到，并集中管理。
Tomcat 通过反射这样的语法机制来创建被 @WebServlet 注解修饰的类的实例。
这些实例被创建完了之后，会点调⽤其中的 init ⽅法进⾏初始化。(这个⽅法是 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。(这个⽅法是 HttpServlet ⾃带的，我们⾃⼰写的类可以重写 destory)
Tomcat 内部也是通过 Socket API 进⾏⽹络通信。
Tomcat 为了能同时相应多个 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。

2.2.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，就是静态内容
        // 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 ⻚⾯，表示服务器内部错误
        }
    }
}

小结：

Tomcat 从 Socket 中读到的 HTTP 请求是⼀个字符串，然后会按照 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。
通过 service ⽅法，就会进⼀步调⽤到我们之前写的 doGet 或者 doPost。

2.3.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);
       }
       ......
    }
}

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。
在调⽤ doXXX ⽅法的时候，就会触发多态机制，从⽽执⾏到我们⾃⼰写的⼦类中的 doXXX ⽅法。

理解此处的多态

我们⾃⼰写的 HelloServlet 类，继承⾃ HttpServlet 类，⽽ HttpServlet ⼜继承⾃ Servlet，相当于 HelloServlet 就是 Servlet 的⼦类。
接下来，在 Tomcat 启动阶段，Tomcat 已经根据注解的描述，创建了 HelloServlet 的实例，然后把这个实例放到了Servlet 数组中。
后⾯我们根据请求的 URL 从数组中获取到了该 HelloServlet 实例，但是我们是通过 Servlet ins 这样的⽗类引⽤来获取到 HelloServlet 实例的。
最后，我们通过 ins.doGet() 这样的代码调⽤ doGet 的时候，正是 "⽗类引⽤指向⼦类对象"，此时就会触发多态机制，从⽽调⽤到我们之前在 HelloServlet 中所实现的 doGet ⽅法。

等价代码：
Servlet ins = new HelloServlet();
ins.doGet(req, resp);