Java Servlet 工作原理问答

导读

本文来自stackoverflow的问答，讨论了Java Servlet的工作机制，如何进行实例化、共享变量和多线程处理。

问题：Servlet是如何工作的？Servlet 如何实例化、共享变量、并进行多线程处理？

假设我有一个运行了大量 Servlet 的 web 服务器。通过 Servlet 之间传输信息得到 Servlet 上下文，并设置 session 变量。

现在，如果有两名或更多使用者向这个服务发送请求，接下来 session 变量会发生什么变化？究竟是所有用户都是用共同的变量？还是不同的用户使用的变量都不一样？如果是后者，服务器如何区分不同用户？

另一个相似的问题，如果有 *n* 名用户访问一个特定的 Servlet，那么该 Servlet 是仅在第一个用户首次访问的时候实例化，还是分别为每个用户实例化？

回答（BalusC）：

ServletContext

当 Servlet 容器（比如 Apache Tomcat）启动后，会部署和加载所有 web 应用。当web 应用被加载，Servlet 容器会创建一次 ServletContext，然后将其保存在服务器的内存中。web 应用的 web.xml 被解析，找到其中所有 servlet、filter 和 Listener 或 @WebServlet、@WebFilter 和@WebListener 注解的内容，创建一次并保存到服务器的内存中。对于所有过滤器会立即调用 init()。当 Servlet 容器停止，将卸载所有 web 应用，调用所有初始化的 Servlet 和过滤器的 destroy() 方法，最后回收 ServletContext 和所有 Servlet、Filter 与 Listener 实例。

当问题中的 Servlet 配置的 load-on-startup 或者 @WebServlet(loadOnStartup) 设置了一个大于 0 的值，则同样会在启动的时候立即调用 init() 方法。“load-on-startup”中的值表示那些 Servlet 会以相同顺序初始化。如果配置的值相同，会遵循 web.xml 中指定的顺序或 @WebServlet 类加载的顺序。另外，如果不设置 “load-on-startup” 值，init() 方法只在第一次 HTTP 请求命中问题中的 Servlet 时才被调用。

HttpServletRequest 与 HttpServletResponse

Servlet 容器附加在一个 web 服务上，这个 web 服务会在某个端口号上监听 HTTP 请求，在开发环境中这个端口通常为 8080，生产环境中通常为 80。当客户端（web 浏览器）发送了一个 HTTP 请求，Servlet 容器会创建新的 HttpServletRequest 和 HttpServletResponse 对象，传递给已创建好并且请求的 URL 匹配 url-pattern 的 Filter 和 Servlet 实例中的方法，所有工作都在同一个线程中处理。

request 对象可以访问所有该 HTTP 请求中的信息，例如 request header 和 request body。response 对象为你提供需要的控制和发送 HTTP 响应方法，例如设置 header 和 body（通常会带有 JSP 文件中的 HTML 内容）。提交并完成HTTP 响应后，将回收 request 和 response 对象。

HttpSession

当用户第一次访问该 web 应用时，会通过 request.getSession() 第一次获得 HttpSession。之后 Servlet 容器将会创建 HttpSession，生成一个唯一的 ID（可以通过 session.getId() 获取）并储存在服务器内存中。然后 Servlet 容器在该次 HTTP 响应的 Set-Cookie 头部设置一个 Cookie，以 JSESSIONID 作为 Cookie 名字，那个唯一的 session ID 作为 Cookie 的值。

按照 HTTP cookie 规则（正常 web 浏览器和 web 服务端必须遵循的标准），当 cookie 有效时，要求客户端（浏览器）在后续请求的 Cookie 头中返回这个 cookie。使用浏览器内置的 HTTP 流量监控器，你可以查看它们（在 Chrome、Firefox23+、IE9+ 中按 F12，然后查看 Net/Network 标签）。Servlet 容器将会确定每个进入的 HTTP 请求的 Cookie 头中是否存在名为JSESSIONID 的 cookie，然后用它的值（session ID）从服务端内存中找到关联的 HttpSession。

你可以在 web.xml 中设置 session-timeout ，默认值为 30 分钟。超时到达之前 HttpSession 会一直存活。所以当客户端不再访问该 web 应用超过 30 分钟后，Servlet 容器就会回收这个 session。后续每个请求，即使指定 cookie 名称也不能再访问到相同的 session。Servlet 容器会创建一个新的 Cookie。

另一方面，客户端上的 session cookie 有一个默认存活时间，该事件和该浏览器实例运行时间一样长。所以，当客户端关闭该浏览器实例（所有标签和窗口）后，这个 session 就会被客户端回收。新浏览器实例不再发送与该 session 关联的 cookie。一个新的 request.getSession() 将会返回新的 HttpSession 并设置一个拥有新 session ID 的 cookie。

概述

ServletContext 与 web 应用存活时间一样长。它被所有 session 中的所有请求共享。
只要客户端一直与相同浏览器实例的web应用交互并且没有超时，HttpSession就会存在。
HttpServletRequest 和 HttpServletResponse 的存活时间为客户端发送完成到完整的响应（web 页面）到达的这段时间。不会被其他地方共享。
所有 Servlet、Filter 和 Listener 对象在 web 应用运行时都是活跃的。它们被所有 session 中的请求共享。
你设置在 HttpServletRequest、HttpServletResponse 和 HttpSession 中的所有属性在问题中的对象存活时都会一直保持存活。

线程安全

即便如此，你最关心的可能是线程安全。你现在应该学习到 Servlet 和 filter 被所有请求共享。那是 Java 的一个优点，使得多个不同线程（读取 HTTP 请求）可以使用同一个实例。否则为每个请求重新创建线程的开销实在过于昂贵。

但你应该也意识到永远不要将任何 request 或 session 域中的数据赋值给 servlet 或 filter 的实例变量。它将会被所有其他 session 中的所有请求共享。那是非线程安全的！下面的示例对这种情况进行了展示：

public class ExampleServlet extends HttpServlet {

    private Object thisIsNOTThreadSafe;

    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.
    }
}

请参考：