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Jakarta EE课程扩展阅读（二）

news 2025/9/8 11:21:14

Jakarta EE课程扩展阅读（二）

1. Servlet 与普通 Java 类的区别

从生命周期、运行环境、实例化方式三个角度来看，Servlet 和一个普通的 Java 类（POJO - Plain Old Java Object）有着本质的区别。

角度	普通 Java 类 (POJO)	Servlet
生命周期	由开发者控制。通过 `new` 关键字创建，当没有任何引用指向它时，由垃圾回收器（GC）在未来的某个时间点回收。生命周期短暂且不可预测。	由容器（Container）管理。其生命周期与服务器或 Web 应用的生命周期绑定，经历加载与实例化 -> 初始化 (`init`) -> 服务 (`service`) -> 销毁 (`destroy`) 四个明确的阶段。
运行环境	运行在标准的 Java 虚拟机（JVM）中。它不了解 Web 环境，无法直接处理 HTTP 请求。	运行在 Jakarta EE 容器（如 Tomcat, WildFly）提供的特定环境中。容器为 Servlet 提供了处理 HTTP 请求所需的一切，包括 `HttpServletRequest` 和 `HttpServletResponse` 对象。
实例化方式	由开发者显式创建。例如：`MyClass obj = new MyClass();`。	由容器隐式创建。开发者不使用 `new` 来创建 Servlet 实例。容器在需要时（通常是第一次被请求或服务器启动时）通过反射机制自动创建 Servlet 的实例，并且通常只创建一个单例。

核心总结：普通 Java 类是独立的构建块，而 Servlet 是一个被动组件，它的整个生命和行为都由其运行的容器来驱动和管理，专门用于处理 Web 请求。

2. Servlet 生命周期四个阶段

Servlet 的生命周期完全由容器掌控，分为四个核心阶段：

加载与实例化 (Loading and Instantiation)
- 何时发生：
  - 延迟加载（默认）：当第一个匹配该 Servlet 的 HTTP 请求到达时，容器才会创建它的实例。
  - 预加载：如果在 web.xml 或 @WebServlet 注解中配置了 <load-on-startup> (值为正整数)，容器会在 Web 应用启动时就创建 Servlet 实例。
- 如何发生：容器通过 Java 的反射机制加载 Servlet 类（Class.forName(...)）并创建其实例（.newInstance()）。
初始化 (Initialization)
- 何时发生：在 Servlet 实例被创建后，容器会立即调用且仅调用一次 init(ServletConfig config) 方法。
- 作用：这是一个进行一次性初始化操作的绝佳时机，例如：
  - 建立数据库连接。
  - 加载配置文件或资源。
  - 初始化缓存。
- 容器会传入一个 ServletConfig 对象，通过它可以获取部署描述符（web.xml）中配置的初始化参数。
请求处理 (Request Handling)
- 何时发生：每当有一个客户端请求到达时，容器都会调用 service(ServletRequest, ServletResponse) 方法。
- 如何发生：
  - 容器会为每个请求创建一个新的线程（或从线程池中取一个）。
  - 该线程负责执行 service() 方法。
  - 容器会创建该请求专属的 HttpServletRequest 和 HttpServletResponse 对象，并作为参数传入。
- 核心：这是 Servlet 完成主要工作的地方。HttpServlet 的 service() 方法会自动判断请求类型（GET, POST 等），并调用对应的 doGet(), doPost() 等方法。这个阶段会被反复、并发地执行。
销毁 (Destruction)
- 何时发生：当 Web 应用被卸载或服务器关闭时，容器会调用且仅调用一次 destroy() 方法。
- 作用：用于释放 init() 方法中占用的资源，例如：
  - 关闭数据库连接。
  - 清理缓存。
  - 保存状态。
- 在 destroy() 方法执行完毕后，Servlet 实例会被标记为可回收，等待 GC 处理。

3. Servlet 的历史演进：替代 CGI

在 Servlet 出现之前，动态 Web 内容主要通过 CGI (Common Gateway Interface) 来生成。

CGI 的工作方式：
- 每当一个 Web 请求到达，Web 服务器会启动一个全新的操作系统进程来运行一个外部程序（如一个 Perl 脚本或 C 程序）。
- 这个程序处理请求，生成 HTML，然后退出。
- 服务器将程序的输出返回给浏览器。
CGI 的致命缺点：
- 性能极差：为每个请求都创建一个新进程的开销非常巨大，包括内存分配、进程调度等，导致服务器无法处理高并发。
- 资源消耗高：成百上千的并发请求意味着成百上千个进程，会迅速耗尽服务器资源。
- 非持久化：进程处理完请求就退出，无法方便地维持数据库连接池等共享资源。
Servlet 的革命性优势：
- 基于线程，而非进程：Servlet 实例在内存中是持久化的（单例）。对于每个请求，容器只需创建一个轻量的线程，而不是重量级的进程。这使得 Servlet 能够轻松处理数千个并发连接。
- 资源共享：由于所有请求都由同一个 Servlet 实例的不同线程处理，因此可以轻松共享资源，如数据库连接池。
- 平台无关性：作为 Java 技术，Servlet "一次编写，到处运行"，可以部署在任何支持 Jakarta EE 的服务器上。

因此，Servlet 凭借其卓越的性能和资源管理模型，迅速取代了 CGI，成为构建高性能、可伸缩 Web 应用的核心技术。

4. Servlet 与 Jakarta EE：Web 技术体系的基础

在 Jakarta EE 的 Web 技术栈中，Servlet 扮演着基石的角色。它位于最底层，直接与 Web 容器交互，是所有上层 Web 技术的底层支撑。

JSP 的基础：一个 JSP 文件在第一次被访问时，会被容器编译成一个 Servlet 类。后续所有对该 JSP 的访问，实际上都是在执行这个编译后的 Servlet。
JSF 的基础：JSF 框架的核心是一个名为 FacesServlet 的前端控制器 Servlet。所有对 .jsf 或 .xhtml 页面的请求都会被这个 Servlet 拦截，然后由它分发给 JSF 的生命周期处理器。
JAX-RS (REST) 的基础：大多数 JAX-RS 的实现（如 Jersey, RESTEasy）也是通过一个核心的 Servlet 来接收所有 REST API 请求，然后根据 URL 和注解将请求路由到正确的资源方法。
Spring MVC 的基础：正如你将在下一个问题中看到的，Spring MVC 的核心 DispatcherServlet 本质上就是一个标准的 Servlet。

结论：无论你使用哪种上层 Java Web 框架，最终处理 HTTP 请求的入口点几乎总是 Servlet。理解 Servlet 是理解整个 Java Web 工作原理的关键。

5. Servlet 规范发展：从 2.x 到 6.0 的主要变化

Servlet 规范的演进反映了 Java Web 开发模式的变迁。

Servlet 2.x (XML 配置时代)：
- 配置方式：所有 Servlet、Filter、Listener 的配置都必须在部署描述符文件 web.xml 中完成。
- 缺点：当项目变大时，web.xml 会变得异常臃肿和难以维护。
Servlet 3.0 (注解与异步时代 - 革命性变革)：
- 配置方式：引入了注解（如 @WebServlet, @WebFilter, @WebListener），使得配置可以直接写在 Java 类中，web.xml 变为可选。
- 主要功能：
  - 异步处理：允许将耗时的请求（如 I/O 操作）移交给一个后台线程处理，从而释放容器的主线程去接收更多请求，极大地提升了应用的吞吐量。
  - 动态配置：允许通过代码动态地添加 Servlet 和 Filter。
Servlet 3.1 & 4.0 (现代化与 HTTP/2)：
- 主要功能 (3.1)：引入了非阻塞 I/O，允许在读写数据时也不阻塞线程，是异步处理的进一步增强。
- 主要功能 (4.0)：最核心的更新是支持 HTTP/2，包括服务器推送（Server Push）等新特性。
Servlet 5.0 (Jakarta EE 时代)：
- 核心变化：命名空间从 javax.servlet.* 变更为 jakarta.servlet.*。这是由于 Java EE 迁移到 Eclipse 基金会后，Oracle 不允许其继续使用 javax 商标。这是一个重大的破坏性变更，所有代码都需要修改 import 语句。
- 功能：在功能上与 4.0 基本保持一致，主要目标是完成迁移。
Servlet 6.0 (精简与未来)：
- 核心变化：移除了许多已废弃的功能，例如 EJB 和安全相关的旧 API，使得整个规范更加精简和现代化。
- 目标：更好地适应云原生和微服务环境，为未来的发展扫清障碍。

6. Servlet 与现代框架：Spring MVC 的基石

现代 Web 框架（如 Spring MVC）并没有抛弃 Servlet，而是巧妙地建立在 Servlet 之上，提供了一个更高层次的抽象，让开发者可以更专注于业务逻辑。

以 Spring MVC 为例，其工作流程完美地诠释了这种关系：

前端控制器模式 (Front Controller Pattern)：Spring MVC 的核心是一个名为 DispatcherServlet 的类。它本身就是一个实现了标准 jakarta.servlet.http.HttpServlet 接口的 Servlet。
配置：在应用启动时，Web 容器（如 Tomcat）会加载并初始化这个 DispatcherServlet，并让它拦截所有（或指定的）Web 请求。
请求处理流程：
- 一个 HTTP 请求（如 GET /users/123）到达 Tomcat。
- Tomcat 发现这个请求的 URL 模式被 DispatcherServlet 注册了，于是将 HttpServletRequest 和 HttpServletResponse 对象传递给 DispatcherServlet 的 service() 方法。
- DispatcherServlet 接管请求后，不再需要开发者直接处理底层的 Request/Response 对象。它会查询其内部的处理器映射（HandlerMapping），找到能够处理 /users/123 这个路径的、由开发者编写的 @Controller 类中的某个方法。
- DispatcherServlet 调用该方法，并将请求参数自动绑定到方法的参数上。
- 开发者的方法返回一个模型和视图名。
- DispatcherServlet 根据视图名找到对应的视图（如一个 JSP 文件），渲染模型数据，并将最终的 HTML 写入 HttpServletResponse。