Servlet 深度解析：生命周期、请求响应与状态管理
前言
在现代Java Web开发中，Servlet作为最基础的组件之一，扮演着至关重要的角色。无论你是刚入门Java Web开发的新手，还是有一定经验的开发者，深入理解Servlet的工作原理都能帮助你构建更高效、更可靠的Web应用。本文将全面剖析Servlet的生命周期、请求响应机制以及Cookie/Session管理，带你掌握Servlet的核心知识。
一、Servlet 生命周期详解
Servlet的生命周期是理解其工作原理的基础，它由Web容器（如Tomcat）管理，主要包括三个阶段：初始化、服务请求和销毁。
1.1 生命周期阶段
public class LifeCycleServlet extends HttpServlet {// 初始化阶段@Overridepublic void init() throws ServletException {System.out.println("Servlet初始化...");// 通常在这里进行资源加载等一次性操作}// 服务阶段（处理请求）@Overrideprotected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {System.out.println("处理请求...");super.service(req, resp);}// 销毁阶段@Overridepublic void destroy() {System.out.println("Servlet销毁...");// 释放资源}
}1.1.1 初始化阶段
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触发时机：当容器第一次收到对该Servlet的请求时，或容器启动时（取决于配置）
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执行方法：
init()方法，仅执行一次 -
常见用途：
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加载配置文件
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建立数据库连接池
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初始化全局变量
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配置Servlet启动顺序：
<servlet><servlet-name>myServlet</servlet-name><servlet-class>com.example.MyServlet</servlet-class><load-on-startup>1</load-on-startup> <!-- 数字越小优先级越高 -->
</servlet>1.1.2 服务阶段
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触发时机：每次客户端请求该Servlet时
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执行方法：
service()方法，对于HTTP请求，通常分派到doGet()、doPost()等方法 -
特点：
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多线程环境下运行（需注意线程安全问题）
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每次请求都会创建新的请求和响应对象
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1.1.3 销毁阶段
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触发时机：容器关闭或应用卸载时
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执行方法：
destroy()方法，仅执行一次 -
常见用途：
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释放数据库连接
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保存状态信息
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关闭文件流等资源
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1.2 线程安全问题
由于Servlet是单例多线程的，需要注意线程安全问题：
public class UnsafeServlet extends HttpServlet {private int count = 0; // 实例变量，存在线程安全问题@Overrideprotected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) {count++;// 这里会出现竞态条件}
}解决方案：
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使用局部变量而非实例变量
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对共享资源加锁（synchronized）
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使用原子类（AtomicInteger等）
二、请求与响应机制
Servlet的核心功能就是处理请求并生成响应，理解HttpServletRequest和HttpServletResponse是关键。
2.1 HttpServletRequest详解
HttpServletRequest封装了所有的HTTP请求信息：
protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {// 获取请求参数String username = request.getParameter("username");// 获取请求头String userAgent = request.getHeader("User-Agent");// 获取客户端信息String clientIP = request.getRemoteAddr();// 获取请求URI和URLString uri = request.getRequestURI();StringBuffer url = request.getRequestURL();// 获取CookieCookie[] cookies = request.getCookies();// 获取SessionHttpSession session = request.getSession();
}重要方法：
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getParameter()：获取表单参数 -
getParameterValues()：获取多值参数（如复选框） -
getAttribute()/setAttribute()：请求域属性 -
getRequestDispatcher().forward()：请求转发
2.2 HttpServletResponse详解
HttpServletResponse用于构建HTTP响应：
protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws IOException {// 设置响应类型和编码response.setContentType("text/html;charset=UTF-8");// 设置状态码response.setStatus(HttpServletResponse.SC_OK); // 200// 添加响应头response.addHeader("Cache-Control", "no-cache");// 重定向response.sendRedirect("/newLocation");// 写入响应体PrintWriter out = response.getWriter();out.println("<html><body>Hello World</body></html>");// 设置CookieCookie cookie = new Cookie("user", "admin");response.addCookie(cookie);
}2.3 请求转发与重定向
请求转发（Forward）：
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服务器端行为
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客户端不知情
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URL不变
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共享request对象
request.getRequestDispatcher("/target").forward(request, response);重定向（Redirect）：
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客户端行为
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服务器返回302状态码和新URL
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浏览器发起新请求
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URL改变
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不共享request对象
response.sendRedirect("/newLocation");三、Cookie与Session管理
HTTP协议是无状态的，为了保持用户状态，我们需要使用Cookie和Session。
3.1 Cookie详解
Cookie是服务器发送到浏览器并保存在本地的小数据片段。
创建Cookie：
Cookie cookie = new Cookie("username", "john_doe");
// 设置有效期（秒），0表示删除，负数表示会话Cookie
cookie.setMaxAge(60 * 60 * 24); // 1天
// 设置路径，只有匹配路径才会发送Cookie
cookie.setPath("/");
// 安全设置
cookie.setSecure(true); // 仅HTTPS
cookie.setHttpOnly(true); // 防止XSS
response.addCookie(cookie);读取Cookie：
Cookie[] cookies = request.getCookies();
if (cookies != null) {for (Cookie cookie : cookies) {if ("username".equals(cookie.getName())) {String value = cookie.getValue();// 处理Cookie值}}
}删除Cookie：
Cookie cookie = new Cookie("username", "");
cookie.setMaxAge(0); // 立即过期
response.addCookie(cookie);3.2 Session详解
Session是服务器端的状态保持机制，基于Cookie或URL重写实现。
Session基本使用：
// 获取Session，如果不存在则创建
HttpSession session = request.getSession();
// 设置Session属性
session.setAttribute("user", userObject);
// 获取Session属性
User user = (User) session.getAttribute("user");
// 使Session失效
session.invalidate();Session配置：
<!-- web.xml中配置Session超时时间（分钟） -->
<session-config><session-timeout>30</session-timeout>
</session-config>Session工作原理：
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首次创建Session时，服务器会生成唯一JSESSIONID
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通过Cookie将JSESSIONID返回给浏览器
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后续请求浏览器会携带JSESSIONID
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服务器根据JSESSIONID找到对应的Session
如果浏览器禁用了Cookie，可以通过URL重写维持Session：
String url = response.encodeURL("/secured/page.jsp");3.3 Cookie与Session对比
| 特性 | Cookie | Session |
|---|---|---|
| 存储位置 | 客户端 | 服务器端 |
| 安全性 | 较低（可被查看修改） | 较高 |
| 存储大小 | 有限（约4KB） | 较大（取决于服务器） |
| 生命周期 | 可长期保存 | 通常较短（会话级别） |
| 性能影响 | 每次请求都会携带 | 服务器需要查找存储 |
| 数据类型 | 仅字符串 | 任意Java对象 |
四、最佳实践与常见问题
4.1 Servlet开发最佳实践
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线程安全：
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避免使用实例变量
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如需共享资源，使用同步或线程安全类
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资源管理：
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在init()中初始化资源
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在destroy()中释放资源
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使用try-with-resources确保资源关闭
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编码规范：
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始终设置内容类型和字符编码
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合理使用MVC模式，Servlet作为控制器
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性能优化：
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合理使用Servlet缓存
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避免在Servlet中进行复杂业务逻辑
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4.2 常见问题解决方案
Q: 如何解决表单重复提交问题？
A: 使用Token机制：
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生成唯一Token存入Session
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表单中包含该Token
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处理请求时验证Token并移除
Q: 如何实现文件上传？
A: 使用Servlet 3.0+的Part API：
Part filePart = request.getPart("file");
filePart.write("/path/to/save");Q: 如何防止Session固定攻击？
A: 用户登录后重置Session：
HttpSession session = request.getSession();
session.invalidate(); // 使旧Session失效
session = request.getSession(true); // 创建新Session结语
Servlet作为Java Web开发的基石，其重要性不言而喻。通过本文的学习，你应该已经掌握了Servlet的生命周期、请求响应处理机制以及状态管理技术。这些知识不仅是使用更高级框架（如Spring MVC）的基础，也是解决实际Web开发问题的利器。
在实际开发中，虽然我们可能很少直接编写Servlet（因为框架已经封装了大部分功能），但理解这些底层原理能帮助我们在遇到问题时更快定位和解决，也能让我们更好地理解Web应用的工作机制。
希望本文对你有所帮助，如果有任何问题或建议，欢迎在评论区留言讨论！