Web服務器工作原理概述

很多時候我們都想知道，web容器或web服務器（比如Tomcat或者jboss）是怎樣工作的？它們是怎樣處理來自全世界的http請求的？它們在幕后做了什么動作？Java Servlet API（例如ServletContext，ServletRequest，ServletResponse和Session這些類）在其中扮演了什么角色？這些都是web應用開發者或者想成為web應用開發者的人必須要知道的重要問題或概念。在這篇文章里，我將會盡量給出以上某些問題的答案。

文章章節

• 什么是web服務器、應用服務器和web容器？
• 什么是Servlet？他們有什么作用？
• 什么是ServletContext？它由誰創建？
• ServletRequest和ServletResponse從哪里進入生命周期？
• 如何管理Session？知道cookie嗎？
• 如何確保線程安全？

什么是web服務器，應用服務器和web容器？

我先討論web服務器和應用服務器。讓我在用一句話大概講講：

“在過去它們是有區別的，但是這兩個不同的分類慢慢地合并了，而如今在大多在情況下和使用中可以把它們看成一個整體。”

在Mosaic瀏覽器（通常被認為是第一個圖形化的web瀏覽器）和超鏈接內容的初期，演變出了“web服務器”的新概念，它通過HTTP協議來提供靜態頁面內容和圖片服務。在那個時候，大多數內容都是靜態的，并且HTTP 1.0只是一種傳送文件的方式。但在不久后web服務器提供了CGI功能。這意味著我們可以為每個web請求啟動一個進程來產生動態內容。現在，HTTP協議已經很成熟了并且web服務器變得更加復雜，擁有了像緩存、安全和session管理這些附加功能。隨著技術的進一步成熟，我們從Kiva和NetDynamics學會了公司專屬的基于Java的服務器端技術。這些技術最終全都融入到我們今天依然在大多數應用開發里使用的JSP中。

以上是關于web服務器的。現在我們來討論應用服務器。

在同一時期，應用服務器已經存在并發展很長一段時間了。一些公司為Unix開發了Tuxedo（面向事務的中間件）、TopEnd、Encina等產品，這些產品都是從類似IMS和CICS的主機應用管理和監控環境衍生而來的。大部分的這些產品都指定了“封閉的”產品專用通信協議來互連胖客戶機(“fat” client)和服務器。在90年代，這些傳統的應用服務器產品開始嵌入HTTP通信功能，剛開始要利用網關來實現。不久后它們之間的界線開始變得模糊了。

同時，web服務器越來越成熟，可以處理更高的負載、更多的并發和擁有更好的特性；應用服務器開始添加越來越多的基于HTTP的通信功能。所有的這些導致了web服務器與應用服務器的界線變得更窄了。

目前，“應用服務器”和“web服務器”之間的界線已經變得模糊不清了。但是人們還把這兩個術語區分開來，作為強調使用。

當有人說到“web服務器”時，你通常要把它認為是以HTTP為核心、web UI為向導的應用。當有人說到“應用服務器”時，你可能想到“高負載、企業級特性、事務和隊列、多通道通信（HTTP和更多的協議）”。但現在提供這些需求的基本上都是同一個產品。

以上就是關于web服務器和應用服務器的全部內容。現在我們來看看第三個術語，即web容器。

在Java方面，web容器一般是指Servlet容器。Servlet容器是與Java Servlet交互的web容器的組件。web容器負責管理Servlet的生命周期、把URL映射到特定的Servlet、確保URL請求擁有正確的訪問權限和更多類似的服務。綜合來看，Servlet容器就是用來運行你的Servlet和維護它的生命周期的運行環境。

什么是Servlet？他們有什么作用？

在Java里，Servlet使你能夠編寫根據請求動態生成內容的服務端組件。事實上，Servlet是一個在javax.servlet包里定義的接口。它為Servlet的生命周期聲明了三個基本方法——init()、service()和destroy()。每個Servlet都要實現這些方法（在SDK里定義或者用戶定義）并在它們的生命周期的特定時間由服務器來調用這些方法。

類加載器通過懶加載（lazy-loading）或者預加載（eager loading）自動地把Servlet類加載到容器里。每個請求都擁有自己的線程，而一個Servlet對象可以同時為多個線程服務。當Servlet對象不再被使用時，它就會被JVM當做垃圾回收掉。

什么是ServletContext？它由誰創建？

當Servlet容器啟動時，它會部署并加載所有的web應用。當web應用被加載時，Servlet容器會一次性為每個應用創建Servlet上下文（ServletContext）并把它保存在內存里。Servlet容器會處理web應用的web.xml文件，并且一次性創建在web.xml里定義的Servlet、Filter和Listener，同樣也會把它們保存在內存里。當Servlet容器關閉時，它會卸載所有的web應用和ServletContext，所有的Servlet、Filter和Listner實例都會被銷毀。

從Java文檔可知，ServletContext定義了一組方法，Servlet使用這些方法來與它的Servlet容器進行通信。例如，用來獲取文件的MIME類型、轉發請求或者編寫日志文件。在web應用的部署文件（deployment descriptor）標明“分布式”的情況下，web應用的每一個虛擬機都擁有一個上下文實例。在這種情況下，不能把Servlet上下文當做共享全局信息的變量（因為它的信息已經不具有全局性了）。可以使用外部資源來代替，比如數據庫。

ServletRequest和ServletResponse從哪里進入生命周期？

Servlet容器包含在web服務器中，web服務器監聽來自特定端口的HTTP請求，這個端口通常是80。當客戶端（使用web瀏覽器的用戶）發送一個HTTP請求時，Servlet容器會創建新的HttpServletRequest和HttpServletResponse對象，并且把它們傳遞給已經創建的Filter和URL模式與請求URL匹配的Servlet實例的方法，所有的這些都使用同一個線程。

request對象提供了獲取HTTP請求的所有信息的入口，比如請求頭和請求實體。response對象提供了控制和發送HTTP響應的便利方法，比如設置響應頭和響應實體（通常是JSP生成的HTML內容）。當HTTP響應被提交并結束后，request和response對象都會被銷毀。

如何管理Session？知道cookie嗎？

當客戶端第一次訪問web應用或者第一次使用request.getSession()獲取HttpSession時，Servlet容器會創建Session，生成一個long類型的唯一ID（你可以使用session.getId()獲取它）并把它保存在服務器的內存里。Servlet容器同樣會在HTTP響應里設置一個Cookie，cookie的名是JSESSIONID并且cookie的值是session的唯一ID。

根據HTTP cookie規范（正規的web瀏覽器和web服務器必須遵守的約定），在cookie的有效期間，客戶端（web瀏覽器）之后的請求都要把這個cookie返回給服務器。Servlet容器會利用帶有名為JSESSIONID的cookie檢測每一個到來的HTTP請求頭，并使用cookie的值從服務器內容里獲取相關的HttpSession。

HttpSession會一直存活著，除非超過一段時間沒使用。你可以在web.xml里設定這個時間段，默認時間段是30分鐘。因此，如果客戶端已經超過30分鐘沒有訪問web應用的話，Servlet容器就會銷毀Session。之后的每一個請求，即使帶有特定的cookie，都再也不會訪問到同一個Session了。servletcontainer會創建一個新的Session。

另外，在客戶端的session cookie擁有一個默認的存活時間，這個時間與瀏覽器的運行時間相同。因此，當用戶關閉瀏覽器后（所有的標簽或者窗口），客戶端的Session就會被銷毀。重新打開瀏覽器后，與之前的Session關聯的cookie就再也不會被發送出去了。再次使用request.getSession()會返回一個全新的HttpSession并且使用一個全新的session ID來設置cookie。

如何確保線程安全?

你現在應該已經知道所有的請求都在共享Servlet和Filter。這是Java的一個很棒的特性，它是多線程的并且不同的線程（即HTTP請求）可以使用同一個實例。否則，對每一個請求都重新創建一個實體會耗費很多的資源。

你同樣要知道，你不應該使用Servlet或者Filter的實例變量來存放任何的請求或者會話范圍內的數據。這些數據會被其他Session的所有請求共享。這是非線程安全的！下面的例子說明了這個問題：

public class MyServlet extends HttpServlet

{

    private Object thisIsNOTThreadSafe; //Don't to this

 

    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException

    {

        Object thisIsThreadSafe;

 

        thisIsNOTThreadSafe = request.getParameter("foo"); // BAD!! Shared among all requests!

        thisIsThreadSafe = request.getParameter("foo"); // OK, this is thread safe.

    }

}

不要這樣做，這會導致軟件出bug。

本文轉載自 ImportNew