透过现象看本质——什么是servlet

我们通过几篇文章介绍了Spring的IOC和AOP两大属性，本来打算开始介绍Spring MVC的。但是想了一下，在介绍MVC框架之前，还是应该来缕清MVC底层的本质——Servlet，这个看着“非常久远”的概念，以便我们能更好地了解学习框架。

提到Servlet，有很多人可能是有些陌生的，因为在工作中一般很少直接用到Servlet，都是直接上手框架，以至于很容易出现如下两种看法：

• 框架和Servlet割离，认为是两个概念，比如“Servlet还在使用吗”
• 知道框架和Servlet有关联，但把Servlet想的太过复杂，比如如何实现网络通讯的

上述两种都是对于Servlet比较常见的错误看法，本篇文章，我们就来看一下Servlet的本质，之后会介绍Servlet容器Tomcat，在学习MVC框架之前，从本质上看web开发。

1. Web起源

首先我们来看一下Web的起源，当然这里介绍的不一定那么精准，引用《码农翻身》这本书中的内容，但对于我们理解Web起源有很大的帮助。

很久以前，互联网还没有出现，大家的电脑之间虽然可以通信，但也就可以收发一下邮件、用FTP传输一下文件这样简单地功能。

你是个球迷+程序员，电脑里有很多的记录足球的文件，例如足球.txt, 巴塞罗那.txt ， 曼联.txt……等，这些文件很好地按照文件的树形结构组织着。这样的文件有成百上千个，你每天晚上都要打开这些文件，欣赏一些这些球队的风采。有一天你在打开“足球.txt”，里面在介绍西班牙足球的时候，出现了一个词“巴塞罗那”。想去看还要新打开一个文件，很不方便。于是你灵机一动，如果“巴塞罗那”这四个字上面有一个链接该多好，只需要轻轻一点，就能连接到这个文件，省的自己在硬盘上费尽的去找这个文件了。

凭着自己过硬的技术，你定义了一个协议，让这些文件之间可以通过一些词链接起来，比如原来的文本是这么显式的：西甲联赛中最著名的球队是巴塞罗那和皇家马德里。现在给这个纯文本加一些标记：

西甲联赛中最著名的球队是<a href = "西甲/巴塞罗那.txt">巴塞罗那</a>和<a href = "西甲/皇马.txt">皇家马德里</a>

这些标记人能读懂，但是没什么用处。于是你开发了一个软件，把带标记的文本显示成这个样子：

西甲联赛中最著名的球队是巴塞罗那和皇家马德里

只要在软件中点击带下划线的文字，就会把对应的文件打开。加了链接的文本就不是普通文本了，而升级为超文本(HyperText)了。你决定给这个牛逼的软件起个名字叫浏览器，因为可以浏览这些文件，并且可以在这些文件之间用链接跳来跳去。

时间久了，你觉得只看文字太乏味了，能不能加一点表格、列表、图片呢？你想到<a href = “”>标签，既然它可以定义链接，自然也可以定义别的东西。比如：

• <table></table>表示表格
• <li></li>表示列表
• <img></img>
• ……

这些都被称为标记(Markup)。原来的浏览器只能显示文本和处理链接，现在还需要处理这些标签，遇到不同的标签就显示相应的内容。这样一来，超文本就变得丰富多彩了。你意识到，自己其实定义了一套描述界面的标记语言：HyperText Markup Language，简称HTML。

于是你用HTML，把自己收藏的文本统统改写了以便，这下引起了哥们的注意。他认为你这个软件不错，于是把你的软件拷贝回去使用了起来。不过很快他发现了一个问题，就是他电脑里的文件“足球.txt”里面有“曼联”两个字，但是曼联的介绍在你的电脑上，加入在“曼联”这两个字上加上链接，怎么才能显示你电脑上的文件呢？

这一下子把你点醒了，各自电脑上的文件价值是有限的，不同电脑中的文件互联起来才有价值。一个单机运行的浏览器肯定是不行的，必须有网络。单独有网络还不行，还要解决通信问题。

于是你对浏览器进行了扩展，不仅把本电脑里的HTML文件管理起来，还允许通过网络访问别的电脑的HTML文件。比如你的某个HTML中有这样一段话：

<a href = "http://192.168.0.10/football/广州恒大.html">广州恒大</a>连续7年获得中超冠军，这是一项了不起的成就。

当点击“广州恒大”这个链接的时候，浏览器需要向192.168.0.10这台电脑（哥们的电脑）发一次请求：

GET http://192.168.0.10/football/广州恒大.html

这时候哥们的电脑需要能识别其他电脑浏览器发过来的请求，并且响应才行。于是你又开发了一个软件，这个软件运行在哥们的电脑上，它收到请求以后，可以找到“football”目录，读取“广州恒大.html”这个文件，然后通过网络把文件发送回去，并且告诉对方：

• 200，成功了
• 404，找不到“广州恒大.html”这个文件
• 500，内部出错了

这个软件很像一个贴心的服务员，专门在网络上为别人服务，那就叫网络服务器吧，再给它起个名字叫Apache。

通过上述一些列的骚操作，你已经把文本变成了超文本，还定义了一套规范用语浏览器和服务器之间传输超文本，那通信方法就叫做超文本传输协议（HyperText Transfer Protocol，HTTP）吧。

有了HTML、HTTP、网络服务器、浏览器等软件和协议的支持，不仅可以使大家方便快捷地发布图文并茂的信息，而且可以轻松地从一个网站调到另一个网站，极大地促进了内容和信息的共享。网站之间的互联很快成燎原之势，最后形成了一张全世界互联的大王，称为World Wide Web（www）。

2. servlet

2.1 什么是servlet

上面我们介绍到，通过HTML、HTTP、网络服务器、浏览器等软件和协议的支持，可以轻松实现HTML文件的传输。但是我们可以发现，就是通过上述这种方式，只能传输静态的HTML文件，对于门户网站这种类型的网站来说是适用的，但是一旦要做到动态页面，上述方式就无法工作了。那有什么方式解决这个问题吗，其实也比较简单，那就是动态生成HTML文件。服务器端是用Java开发的，它用什么生成HTML文件中一大堆HTML语句？答案就是Servlet。

想到Servlet可以动态生成HTML，我们往往会把Servlet想成比较复杂的东西，比如如何实现网络通讯，端口监听等。但令人失望的是，Servlet跟网络通讯、端口监听这些”高大上“的概念完全没关系。简单来讲Servlet就是一个接口，定义了Servlet一套处理网络请求的规范。Servlet一套处理网络请求的规范。

所有实现servlet的类，都需要实现接口中定义的五个方法，其中最主要的是两个生命周期方法init()和destroy()，还有一个处理请求的service()，也就是说，所有实现servlet接口的类，或者说，所有想要处理网络请求的类，都需要回答这三个问题：

• 初始化时要做什么
• 销毁时要做什么
• 接受到请求时要做什么

servlet是一个规范，那实现了servlet的类，就能处理网络请求了吗？答案是不能的。你可以随便谷歌一个Servlet的HelloWorld教程，里面都会让你写一个servlet，但你从来不会在Servlet中写什么监听8080端口的代码，servlet不会直接和客户端打交道！那请求怎么到达Servlet的呢？答案是servlet容器，比如我们最常用的Tomcat、Jetty。你随便谷歌一个Servlet的HelloWorld教程，里面肯定会让你把servlet部署到一个容器中，不然你的servlet压根不会起作用。Tomcat才是与客户端直接打交道的，它监听了端口，请求过来后，根据url等信息，确定要将请求交给哪个servlet去处理，然后调用那个servlet的service方法，service方法的入参都是Tomcat构造的，service方法调用结束后，response参数被赋值，通过Tomcat返回给客户端。

2.2 web服务器

当你在公司，是否可以访问自己家里电脑的一张图片？理论上是不行的。但是我们却可以通过URL访问图片，文章、电影等。一个资源如果无法映射到URL，那就无法被外界访问。而Web服务器说白了就是用来将主机上的资源映射为外部可访问的URL。

而Web服务器中，我们接触比较多的就是Apache。Apache，指的应该是Apache软件基金会下的一个项目——Apache HTTP Server Project。

HTTP服务器本质上也是一种应用程序——它通常运行在服务器之上，绑定服务器的IP地址并监听某一个tcp端口来接收并处理HTTP请求，这样客户端（如IE、Firefox、Chrome等）就能够通过HTTP协议来获取服务器上的网页（HTML格式）、文档（PDF格式）、音频（MP4格式）、视频（MOV格式）等资源。

除了Apache，Nginx也是一款常用的Web服务器（日常一般用来做代理、负载均衡，但不影响它是一个常用的Web服务器）。甚至绝大多数编程语言所包含的类库中也都实现了简单的HTTP服务器方便开发者使用：

• HttpServer (Java HTTP Server )
• python http.server
• golang net/http

使用这些类库能够非常容易的运行一个HTTP服务器，它们都能够通过绑定IP地址并监听tcp端口来提供HTTP服务。

2.3 servlet容器

上面介绍到，单独使用web服务器，只能对外暴露静态资源，如果要生成动态页面的话，就需要servlet的支持。但是servlet是不能单独工作的，必须为servlet提供运行环境，才能使servlet发挥作用。这里说的运行环境就是servlet容器。

servlet容器，顾名思义就是存放servlet对象的容器。我们为什么能通过servlet容器访问特定URL的资源，那么servlet容器肯定也会提供如下几个基础功能：

• 接收请求
• 处理请求
• 响应请求

其中接受请求和响应请求是共性功能，没有差异性。比如我们访问淘宝和京东，淘宝和京东的业务处理逻辑肯定是不同的，但是接受请求（监听指定端口的socket请求、根据路由分发）和响应结果（将结果通过socket写回到客户端浏览器）的过程是一致的。于是就把接受请求和响应请求两个过程抽象为servlet容器的基础功能，而把处理请求抽象为Servlet，留给程序员自己去实现。

servlet容器中，比较常见也是我们日常使用最多的就是Tomcat。可以独立于Apache运行。关于Tomcat，有太多需要介绍的东西，我们再后面的文章再单独介绍。这里我们只需要理解它是用来配合servlet实现Java动态web服务的容器（运行环境）。

2.4 如何编写一个servlet

我们尝试学习servlet时，可以树立一个信念——框架不会让我们写比较复杂的代码。servlet作为一个接口让我们自己实现，肯定是非常简单的（其实通过前面的介绍，答案我们都已经知道了，我们不需要关注网络请求和响应，只需要关注我们的业务逻辑就行了）。

• init：Tomcat通过反射创建servlet对象后，会调用init方法，通过参数传入ServletConfig对象
• getServletConfig：返回servlet初始化启动参数配置信息，这些信息的抽象为ServletConfig对象
• service：实现具体的业务逻辑，最难得部分，接收Http请求&响应Http请求，Tomcat已经帮我们做了，通过方法参数传给我们
• getServletInfo：获取Servlet信息，比如作者、版本等，这个方法没有参数，我们可以自由实现
• destroy：该方法由servlet容器调用，用来停止servlet对外提供服务。该方法只会在service方法中的线程退出或超过超时时间后调用一次。

2.4.1 ServletConfig

Servlet接口中定义的init方法的参数类型为ServletConfig，该对象是Tomcat生成的，我们自己实现Servlet接口时，可以直接使用该ServletConfig对象。顾名思义，该对象其实就是Servlet配置。我们是在web.xml文件中配置的servlet，也就是说Tomcat帮我们把xml文件解析为对象，供我们直接使用，免去我们使用dom4j解析xml文件的麻烦。

2.4.2 Request/Response

关于Request和Response，看名字我们就知道，这是网络请求的请求内容和响应内容，是网络请求的核心。跟ServletConfig一样，Request和Response也是Tomcat帮我们生成了的。Http请求到达Tomcat后，Tomcat通过解析，把请求头(Header)、请求地址(URL)、请求参数(QueryString)都封装到了Request对象中，在我们实现的Servlet中，我们通过调用：

request.getHeader();
request.getUrl()；
request.getQueryString();

等方法，都可以得到浏览器发送的请求信息。

至于Response，我们可能会有些疑问，为什么请求还没被Servlet处理呢，就有Response生成了。其实Tomcat传给Servlet时，它还是空的对象。Servlet逻辑处理后得到结果，最终通过response.write()方法，将结果写入response内部的缓冲区。Tomcat会在servlet处理结束后，拿到response，遍历里面的信息，组装成HTTP响应发给客户端。

这里为了方便理解，先提前把Tomcat的系统结构列出来，关于Tomcat的具体细节在后面的文章再详细介绍。

2.4.3 编写Servlet

接下来我们来编写一个Servlet，通过上面的介绍我们知道Servlet是一个接口，那么我们编写Servlet是不是直接实现Servlet接口就可以了。其中init、service、destroy是生命周期方法，init和destroy各自只执行一次，即servlet创建和销毁时。而service会在每次有新请求到来时被调用，也就是说，我们主要的业务代码需要写在service中。

我们自己来实现Servlet，可以发现是比较烦的，每次实现都需要写一堆模板似的的代码，处理GET请求，处理POST请求。有没有更简单地办法。通过查找，我们发现了一个抽象类，GenericServlet。

我们可以发现GenericServlet做了以下改良：

• 添加了ServletConfig成员变量，通过init方法对成员变量进行赋值，扩大了init方法形参的作用域，方便其它方法使用
• init方法中，还调用了另一个init空参方法，如果我们希望在servlet创建时做一些什么初始化操作，可以继承GenericServlet后，覆盖init空参方法
• 提供getServletConfig、getServletContext等方法，可以在其它方法中方便使用ServletConfig、ServletContext对象

但是service方法是个抽象方法，还是要像上面实现Servlet接口一样，写一堆模块代码，处理GET请求，处理POST请求。可以说，GenericServlet抽象类，只是方便我们使用一些配置信息，Context信息（可以直接通过方法调用获得）。

我们继续寻找，又发现了一个继承了GenericServlet的抽象类——HttpServlet。

GenericServlet本身是一个抽象类，有一个抽象方法service。HttpServlet已经实现了service方法：

也就是说HttpServlet的service方法已经替我们完成了繁琐的请求方法判断。

但是，我翻遍整个HttpServlet源码，都没有找出一个抽象方法。所以为什么HttpServlet还要声明成抽象类呢？看一下HttpServlet的文档注释：

一个类声明成抽象方法，一般有两个原因：

• 有抽象方法
• 没有抽象方法，但是不希望被实例化

这里HttpServlet声明为抽象类，仅仅是为了不让new。

它为什么不希望被实例化，且要求子类重写doGet、doPost等方法呢？我们来看一下源码：

如果我们没重写会怎样？那么就会调用HttpServlet自己提供的doXXX方法，进而返回Http错误的状态码。

也就是说，HttpServlet虽然在service中帮我们写了请求方式的判断。但是针对每一种请求，业务逻辑代码是不同的，HttpServlet无法知晓子类想干嘛，所以就抽出七个方法，并且提供了默认实现：报405、400错误，提示请求不支持。

最后我们可以总结一下，如何编写一个Servlet？

我们不用自己实现Servlet接口，也不用自己继承GenericServlet抽象类。我们只需要继承HttpServlet抽象类，并重写doGet、doPost等方法即可，在重写的方法中输出Html内容。可以发现，其实这里使用了设计模式中的模板方法模式。

3. JSP

通过上面的介绍，我们知道，Servlet为了输出动态html，需要在Servlet中通过Response获取PrintWriter对象，然后调用println方法，将html输出。

在使用Servlet进行web开发的年代，通常是美工写好静态html页面后，丢给程序员，然后在拿到数据后，逐句复制html静态页面上的html语句到Servlet的中，同时把需要动态数据的部分拼接上去，比如：

out.println("<span>用户名是："+user.name+<"/span>");

将html和其所需要的数据后台输出。可以看到这种方式效率是非常低的，想拼接数据并完整输出一个html页面，一个doXXX方法没有上百行是不可能的。

而同时期的php就优秀的多，它使用在“html页面”中嵌入相应的语言来引入动态数据，避免了后台方法中输出一大堆前段html的尴尬。一部分Java程序员一看，发现“PHP是世界上最好的语言啊”，web开发可以如此顺滑，于是转向了PHP或者其他语言的开发。这样，Java流失了一部分程序员。SUN公司一看，这不行啊，Java也要搞一个。

仔细想来，我们的主要目的就是希望在最终输出的html的代码中嵌入后台数据罢了。除了把html语句拿出来放在Servlet里拼接好再输出这种方式外，有没有可能直接在html语句中写入动态数据呢？这也就是当时其他友商的做法。这几乎是完全相反的两种设计思路。于是，JSP应运而生。

3.1 什么是JSP

JSP全称Java Server Page，直译就是“运行在服务器端的页面”。上面已经介绍过，我们可以直接在JSP文件里写HTML代码，使用上把它当做HTML文件。而且JSP中HTML/CSS/JS等的写法和HTML文件中的写法是一模一样的。

但它毕竟不是HTML，而且本质差了十万八千里。因为我们还可以把Java代码内嵌在JSP页面中，很方便地把动态数据渲染成静态页面。这一点，HTML打死都做不到。

当有人请求JSP时，服务器内部会经历一次动态资源（JSP）到静态资源（HTML）的转化，服务器会自动帮我们把JSP中的HTML片段和数据拼接成静态资源响应给浏览器。也就是说JSP运行在服务器端，但最终发给客户端的都已经是转换好的HTML静态页面（在响应体里）。服务器并没有把JSP文件发给浏览器（假装重要的事情已经说3遍）。

即：JSP = HTML + Java片段（各种标签本质上还是Java片段）

所谓的“JSP和HTML相似”只是JSP给我们的表面印象。我们还要继续往下挖一挖。实际上，JSP和HTML差远了。JSP本质是一个Java类（Servlet），是在服务器混的，只不过它输出结果是HTML。蜜蜂产出蜂蜜，但是蜜蜂跟蜂蜜肯定是完全不同的！

通过上面2.4.2介绍的Web容器的工作原理，我们已经清除知道Servlet的工作原理。即通过Servlet容器监听Socket网络请求，然后容器会将请求转发到对应的Servlet类，调用service方法，输出html。接下来看一下JSP的本质，其实JSP本质就是一个Servlet。具体的源码我就不带大家看了，大致流程是这样的：

原本，我们需要把美工的HTML代码一行行复制到Servlet中，然后拼接数据，最后向客户端响应拼接好的HTML页面。

JSP出现后，就可以不用一行行复制HTML代码了，而是在JSP中直接写HTML代码和Java代码，后期JSP编译成一个Servlet，通过Java代码获取后台数据后拼接到HTML片段中，最终通过out.println()输出。

现在可以回答上面的问题：为什么完全相反的两种设计理念却完成了同样的需求呢？答案可以有多种，但是其中一种就是：这两种殊途同归，最终实现是一样的，都是在一个Servlet中输出的。

我们不妨看一下my.jsp编译后生成的java类，这里我们把my.jsp放在tomcat安装目录下……/webapps/examples/目录下，编译后会在tomcat的……/work/Catalina/localhost/examples/org/apache/jsp下生成my.jsp编译后生成的字节码class文件和java文件，名称生成规则是jsp的名称拼上”_jsp”，比如test.jsp就会生成test_jsp.class、test_jsp.java。

也就是说，虽然我们不用像上古时期一样手动复制html语句到Servlet了，但是JSP编译后的Java类其实还是在out.println()输出。和我们手动复制是一样的结果。

而my_jsp.java这个类继承了HttpJspBase，而HttpJspBase间接实现了Servlet接口。所以可以说，my.jsp被翻译后的Java类也是一个Servlet，所以JSP本质也是一个Servlet。

绕了这么一大圈，我们终于明白：

为了不让Java程序员一行行复制HTML代码到Servlet里，SUN公司干脆让Java程序员直接把HTML写在了Servlet里！但是毕竟SUN还没有那么明目张胆，让这个Servlet伪装了一把，打扮成JSP，然后跟程序员说：看，我搞了个JSP，能在上面同时写HTML和Java代码。 等你写完JSP，回头访问时，Tomcat就把这个JSP翻译成Servlet，原先写在JSP里的HTML代码就自动放在了out.println()里啦！相当于程序帮我做了“逐行复制HTML代码到Servlet”这一步。

至此，我们已经知道，JSP就是一个Servlet。那么丝毫不用怀疑，今后无论你在JSP看到什么奇奇怪怪的东西，只要不报错，说明JSP就有足够自信把它变成Java代码的一部分：

• 要么被当成字符串输出（HTML片段）
• 要么本身就是Java片段
• 要么会转成Java片段（EL表达式）

所以，大家千万别把EL表达式想太难，记个语法，知道怎么用就行了。至于它怎么变成Java代码的，我们就不需要担心了。

最后还要提醒一下EL表达式这些标签是在何时何地起作用的。很多人误以为EL表达式可以在浏览器起作用。根本原因还是对JSP不了解。JSP是服务器端的，所有操作必须在响应给浏览器之前做完。这些标签，会在JSP文件编译成Servlet时，自动转化为Java代码，然后对数据做处理。所以本质上和你在JSP页面写的<%%>之类的Java片段一样。它负责从变量（不确定的数）中取出数据，变成静态数据后（确定的数）拼接在HTML静态页面上。

3.2 JSP与AJAX + HTML

其实请求、响应这么一来一回，无非要的就两样东西：数据+HTML骨架。如果把服务器端比作淘宝卖家，客户端（浏览器）比作买家，而数据和HTML则是一件商品的两个重要组成部件。那么我们很自然地能够想到，其实运输方式至少可以有两种：

1. 卖家组装好商品后再发货（JSP）
2. 卖家把部件拆开，运到之后买家自己组装（AJAX+HTML）

JSP是服务器端的，它的局限性在于数据必须在返回给客户端之前就“装载”完毕。不然HTML都已经发出去了，你就没办法跑到浏览器里把数据给它安上。而有了AJAX，就可以实现零件发送、目的地组装了。

再强调一点，虽然我们在浏览器地址栏输入localhost:8080/xxx/xxx.jsp，就显示出了当前页面，但那不是JSP页面，而是HTML页面。服务器并没有直接把JSP文件从服务端扔到客户端！JSP是Java Server Page，是服务器端的东西。服务器的东西永远不可能直接在浏览器运行。浏览器只能接受静态页面。

3.3 MVC模式与JavaEE三层架构

我们最开始接触web开发时，肯定会接触到MVC的概念。同时也会了解到JavaEE三层架构。很多时候我们会把这两个概念混淆在一起，认为MVC和JavaEE三层架构是一个东西。其实这两者之间还是有很多区别的。

MVC是web开发都有的一种模式，比如PHP开发web时也有MVC模式。而三层架构则是JavaEE的：Controller/Service/Dao。分层开发是为了使代码逻辑更加清晰，也起到了一定的解耦合作用。

我们说的MVC只存在于Web层。而JavaEE的三层架构中，Web层只是三层中的一部分。当然，如果站在更高的角度，可以看成这样：

参考链接：

1. 《码农翻身》

2. servlet的本质是什么，它是如何工作的？

3. 怎样学习JSP？

4. 初学 Java Web 开发，请远离各种框架，从 Servlet 开发