Web服务器的工作原理

Web服务器工作原理概述

很多时候我们都想知道,web容器或web服务器(比如Tomcat或者jboss)是怎样工作的?它们是怎样 处理来自全世界的http请求的?它们在幕后做了什么动作?Java Servlet API(例如ServletContext,ServletRequest,ServletResponse和Session这些类)在其中扮演了什么角 色?这些都是web应用开发者或者想成为web应用开发者的人必须要知道的重要问题或概念。在这篇文章里,我将会尽量给出以上某些问题的答案。请集中精 神!

文章章节:

  • 什么是web服务器、应用服务器和web容器?
  • 什么是Servlet?他们有什么作用?
  • 什么是ServletContext?它由谁创建?
  • ServletRequest和ServletResponse从哪里进入生命周期?
  • 如何管理Session?知道cookie吗?
  • 如何确保线程安全?

什么是web服务器,应用服务器和web容器?

我先讨论web服务器和应用服务器。让我在用一句话大概讲讲:

“在过去它们是有区别的,但是这两个不同的分类慢慢地合并了,而如今在大多在情况下和使用中可以把它们看成一个整体。”

在Mosaic浏览器(通常被认为是第一个图形化的web浏览器)和超链接内容的初期,演变出了“web服务器”的新概念,它通过HTTP协议来提供静态页面内容和图片服务。在那个时候,大多数内容都是静态的,并且HTTP 1.0只是一种传送文件的方式。但在不久后web服务器提供了CGI功能。这意味着我们可以为每个web请求启动一个进程来产生动态内容。现在,HTTP协议已经很成熟了并且web服务器变得更加复杂,拥有了像缓存、安全和session管理这些附加功能。随着技术的进一步成熟,我们从Kiva和NetDynamics学会了公司专属的基于Java的服务器端技术。这些技术最终全都融入到我们今天依然在大多数应用开发里使用的JSP中。

以上是关于web服务器的。现在我们来讨论应用服务器

在同一时期,应用服务器已经存在并发展很长一段时间了。一些公司为Unix开发了Tuxedo(面向事务的中间件)、TopEndEncina等 产品,这些产品都是从类似IMS和CICS的主机应用管理和监控环境衍生而来的。大部分的这些产品都指定了“封闭的”产品专用通信协议来互连胖客户机 (“fat” client)和服务器。在90年代,这些传统的应用服务器产品开始嵌入HTTP通信功能,刚开始要利用网关来实现。不久后它们之间的界线开始变得模糊 了。

同时,web服务器越来越成熟,可以处理更高的负载、更多的并发和拥有更好的特性;应用服务器开始添加越来越多的基于HTTP的通信功能。所有的这些导致了web服务器与应用服务器的界线变得更窄了。

目前,“应用服务器”和“web服务器”之间的界线已经变得模糊不清了。但是人们还把这两个术语区分开来,作为强调使用。

当有人说到“web服务器”时,你通常要把它认为是以HTTP为核心、web UI为向导的应用。当有人说到“应用服务器”时,你可能想到“高负载、企业级特性、事务和队列、多通道通信(HTTP和更多的协议)”。但现在提供这些需求的基本上都是同一个产品。

以上就是关于web服务器和应用服务器的全部内容。现在我们来看看第三个术语,即web容器。

在Java方面,web容器一般是指Servlet容器。Servlet容器是与Java Servlet交互的web容器的组件。web容器负责管理Servlet的生命周期、把URL映射到特定的Servlet、确保URL请求拥有正确的访问权限和更多类似的服务。综合来看,Servlet容器就是用来运行你的Servlet和维护它的生命周期的运行环境。

什么是Servlet?他们有什么作用?

在Java里,Servlet使你能够编写根据请求动态生成内容的服务端组件。事实上,Servlet是一个在 javax.servlet包里定义的接口。它为Servlet的生命周期声明了三个基本方法——init()、service()和 destroy()。每个Servlet都要实现这些方法(在SDK里定义或者用户定义)并在它们的生命周期的特定时间由服务器来调用这些方法。

类加载器通过懒加载(lazy-loading)或者预加载(eager loading)自动地把Servlet类加载到容器里。每个请求都拥有自己的线程,而一个Servlet对象可以同时为多个线程服务。当Servlet对象不再被使用时,它就会被JVM当做垃圾回收掉。

懒加载的Servlet

预加载的Servlet

什么是ServletContext?它由谁创建?

当Servlet容器启动时,它会部署并加载所有的web应用。当web应用被加载时,Servlet容器会一次性为每个应用创建Servlet上下文(ServletContext)并 把它保存在内存里。Servlet容器会处理web应用的web.xml文件,并且一次性创建在web.xml里定义的Servlet、Filter和 Listener,同样也会把它们保存在内存里。当Servlet容器关闭时,它会卸载所有的web应用和ServletContext,所有的 Servlet、Filter和Listner实例都会被销毁。

从Java文档可知,ServletContext定义了一组方法,Servlet使用这些方法来与它的Servlet容器进行通信。例如,用来获取文件的MIME类型、转发请求或者编写日志文件。在web应用的部署文件(deployment descriptor)标明“分布式”的情况下,web应用的每一个虚拟机都拥有一个上下文实例。在这种情况下,不能把Servlet上下文当做共享全局信息的变量(因为它的信息已经不具有全局性了)。可以使用外部资源来代替,比如数据库。

ServletRequest和ServletResponse从哪里进入生命周期?

Servlet容器包含在web服务器中,web服务器监听来自特定端口的HTTP请求,这个端口通常是80。当客户端(使用web浏览器的用户)发送一个HTTP请求时,Servlet容器会创建新的HttpServletRequest和HttpServletResponse对象,并且把它们传递给已经创建的Filter和URL模式与请求URL匹配的Servlet实例的方法,所有的这些都使用同一个线程。

request对象提供了获取HTTP请求的所有信息的入口,比如请求头和请求实体。response对象提供了控制和发送HTTP响应的便利方 法,比如设置响应头和响应实体(通常是JSP生成的HTML内容)。当HTTP响应被提交并结束后,request和response对象都会被销毁。

如何管理Session?知道cookie吗?

当客户端第一次访问web应用或者第一次使用request.getSession()获取HttpSession时,Servlet容器会创建 Session,生成一个long类型的唯一ID(你可以使用session.getId()获取它)并把它保存在服务器的内存里。Servlet容器同 样会在HTTP响应里设置一个Cookie,cookie的名是JSESSIONID并且cookie的值是session的唯一ID。

根据HTTP cookie规范(正 规的web浏览器和web服务器必须遵守的约定),在cookie的有效期间,客户端(web浏览器)之后的请求都要把这个cookie返回给服务器。 Servlet容器会利用带有名为JSESSIONID的cookie检测每一个到来的HTTP请求头,并使用cookie的值从服务器内容里获取相关的 HttpSession。

HttpSession会一直存活着,除非超过一段时间没使用。你可以在web.xml里设定这个时间段,默认时间段是30分钟。因此,如果客户端已经超过30分钟没有访问web应用的话,Servlet容器就会销毁Session。之后的每一个请求,即使带有特定的cookie,都再也不会访问到同一个Session了。servletcontainer会创建一个新的Session。

现有的Session

新的Session

另外,在客户端的session cookie拥有一个默认的存活时间,这个时间与浏览器的运行时间相同。因 此,当用户关闭浏览器后(所有的标签或者窗口),客户端的Session就会被销毁。重新打开浏览器后,与之前的Session关联的cookie就再也 不会被发送出去了。再次使用request.getSession()会返回一个全新的HttpSession并且使用一个全新的session ID来设置cookie。

如何确保线程安全?

你现在应该已经知道所有的请求都在共享Servlet和Filter。这是Java的一个很棒的特性,它是多线程的并且不同的线程(即HTTP请求)可以使用同一个实例。否则,对每一个请求都重新创建一个实体会耗费很多的资源。

你同样要知道,你不应该使用Servlet或者Filter的实例变量来存放任何的请求或者会话范围内的数据。这些数据会被其他Session的所有请求共享。这是非线程安全的!下面的例子说明了这个问题:

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.
    }
}

不要这样做,这会导致软件出bug。

所有的话题已经讲完了。

原文发布于微信公众号 - java一日一条(mjx_java)

原文发表时间:2015-05-12

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