Java Servlet技术

Stephanie Bodoff

当Web刚开始被用来传送服务时，服务提供者就已经意识到了动态内容的需要。Applet是为了实现这个目标的一种最早的尝试，它主要关注使用客户端平台来交付动态用户体验。与此同时，开发人员也在研究如何使用服务器平台实现这个目标。开始的时候，公共网关接口（Common Gateway Interface ，CGI）脚本是生成动态内容的主要技术。虽然使用得非常广泛，但CGI脚本技术有很多的缺陷，这包括平台相关性和缺乏可扩展性。为了避免这些局限性，Java Servlet技术因应而生，它能够以一种可移植的方法来提供动态的、面向用户的内容。

什么是Servlet?

一个servlet就是Java编程语言中的一个类，它被用来扩展服务器的性能，服务器上驻留着可以通过“请求-响应”编程模型来访问的应用程序。虽然servlet可以对任何类型的请求产生响应，但通常只用来扩展Web服务器的应用程序。Java Servlet技术为这些应用程序定义了一个特定于HTTP的 servlet类。

javax.servlet和javax.servlet.http包为编写servlet提供了接口和类。所有的servlet都必须实现Servlet接口，该接口定义了生命周期方法。

当实现一个通用的服务时，您可以使用或扩展由Java Servlet API提供的GenericServlet类。HttpServlet类提供了一些方法，诸如doGet和doPost，以用于处理特定于HTTP的服务。

本章主要讲述如何编写对HTTP请求产生响应的servlet。这里假设您已经了解了一些HTTP协议的基础知识。如果对这些协议不熟悉的话，您可以从HTTP概述中对HTTP协议有一个初步的了解。

Servlet示例

本章使用Duke's Bookstore应用程序来说明与servlet编程相关的任务。表14－1列出了解决每个书店功能的servlet。每个编程任务用一个或多个servlet来说明。例如，BookDetailsServlet说明如何处理HTTP GET请求，BookDetailsServlet和CatalogServlet显示如何构建响应，而CatalogServlet 则说明如何跟踪会话信息。

表14－1 Duke's Bookstore Servlet例子 

这些书店应用程序的数据保存在数据库中，并通过帮助类database.BookDB进行存储。database包也包括BookDetails类，一个BookDetails类用来代表一种书。购物车和购物车项用cart.ShoppingCart 和cart.ShoppingCartItem来分别表示。

书店应用程序的源代码放在<JWSDP_HOME>/docs/tutorial/examples/web/bookstore1目录中，这个目录是在对指南包进行解压缩时创建的。

要构建、安装和运行这个实例，需完成以下步骤：

1.     在终端窗口中，转到<JWSDP_HOME>/docs/tutorial/examples/web/bookstore1。

2.     运行build。 build目标将产生任何必要的编码并且将文件直接拷贝到<JWSDP_HOME>/docs/tutorial/examples/web/bookstore1/build 。

3.     确认Tomcat已经开始执行。

4.     运行ant install 。install 目标通知Tomcat 已经有了新的上下文 。

5.     启动PointBase公司的数据库服务器，并且在没完全准备好的情况下仍然指向数据库（见从Web应用中访问数据库）。.

6.     打开书店的URL http://localhost:8080/bookstore1/enter以运行该应用程序。

要部署该应用程序，要完成以下步骤：

1.     运行ant package。这个包任务是创建一个WAR 文件，该文件包含WEB-INF/classes中的应用程序类 和META-INF中的context.xml 文件。

2.     确认Tomcat已经开始执行。

3.     运行ant deploy。Deploy目标将WAR拷贝到Tomcat，并且通知已经有了新的上下文。

故障排除   

一般的问题和其解决方案列举了Web客户端为什么会失败的一些原因。另外，Duke书店返回了以下异常：

·       BookNotFoundException——如果一本书不能在书店的数据库中找到，则返回该异常。如果用户没有运行ant create-book-db来加载书店数据库中的数据、或没有运行数据库服务器、或数据库已经崩溃，这些都将产生该异常。

·       BooksNotFoundException——如果书店的数据不能被获取，则返回该异常。如果用户没有运行ant create-book-db来加载书店数据库中的数据、或没有运行数据库服务器、或数据库已经崩溃，这些都将产生该异常。

·       UnavailableException——如果servlet不能获取到用来表示书店的Web上下文属性，则返回该异常。如果您没有拷贝指向（PointBase）的客户端库<PB_HOME>/lib/pbclient45.jar to <JWSDP_HOME>/common/lib、或者如果指向的（PiontBase）服务器没有运行、或用户没有定义Tomcat中用来引用指向数据库（PointBase）的数据源，这都将产生该异常。

因为指定了一个错误页，用户将看到这样的一个消息The application is unavailable. Please try later. 如果指定了一个正确页，Web容器将产生一个包含A Servlet Exception Has Occurred消息的默认页和一个用来帮助诊断异常产生原因的栈。如果使用errorpage.html，用户可以了解Web容器决定异常产生原因的日志。Web日志位于<JWSDP_HOME>/logs目录中，由jwsdp_log.<date>.txt来命名。

Servlet的生命周期

一个servlet的生命周期由部署servlet的容器来控制。当一个请求映射到一个servlet时，该容器执行下列步骤。

1.     如果一个servlet的实例并不存在，Web容器

a.   加载servlet类。

b.   创建一个servlet类的实例。

c.   调用init初始化servlet实例。该初始化过程将在初始化servlet中讲述。

2.     调用service方法，传递一个请求和响应对象。服务方法将在编写服务方法中讲述。

如果该容器要移除这个servlet，可调用servlet的destroy方法来结束该servlet。结束过程将在结束Serlvet中讨论。

处理Servlet生命周期事件  

在servlet的生命周期中，用户可以通过定义监听器对象对事件进行检测和产生反应。当生命周期事件发生时，调用该对象的方法。要使用这些监听器对象，用户必须定义监听器类，并且指定相应的监听器类。

定义监听器类   

您可以将监听器类定义为一个listener接口的实现。Servlet生命周期事件列出了可以检测的事件和相应的必须实现的接口。当调用一个监听器方法时，需向该方法传递一个包含事件适当信息的事件。例如，向HttpSessionListener接口中的方法传递的是一个HttpSessionEvent事件，这个事件包含了一个HttpSession。

表14－2Servle生命周期事件

listeners.ContextListener类负责创建和移除在Duke书店应用程序中使用的数据库助手和计数器对象。方法从ServletContextEvent中获取Web上下文对象，进而存储（和移除）作为servlet上下文属性的对象。

import database.BookDB;
import javax.servlet.*;
import util.Counter;

  public final class ContextListener
  implements ServletContextListener {
  private ServletContext context = null;
 public void contextInitialized(ServletContextEvent event) {
    context = event.getServletContext();
    try {
      BookDB bookDB = new BookDB();
      context.setAttribute("bookDB", bookDB);
    } catch (Exception ex) {
      System.out.println(
        "Couldn't create database: "
        + ex.getMessage());
    }
    Counter counter = new Counter();
    context.setAttribute("hitCounter", counter);
    context.log("Created hitCounter"
      + counter.getCounter());
    counter = new Counter();
    context.setAttribute("orderCounter", counter);
    context.log("Created orderCounter"
      + counter.getCounter());
  }

    public void contextDestroyed(ServletContextEvent event) {
    context = event.getServletContext();
    BookDB bookDB = context.getAttribute(
      "bookDB");
    bookDB.remove();
    context.removeAttribute("bookDB");
    context.removeAttribute("hitCounter");
    context.removeAttribute("orderCounter");
  }
}

指定事件监听器类    

为了指定一个事件监听器类，用户要为Web应用部署描述符添加一个listener元素。以下就是Duke书店应用程序的一个listener元素。

<listener>
  <listener-class>listeners.ContextListener</listener-class>
</listener>

处理错误  

当servlet执行时，可能产生许多异常。而当异常产生时，Web容器将产生一个包含A Servlet Exception Has Occurred消息的缺省页。但是，用户也可返回一个容器，该容器应包含为给定异常指定的错误页。为了指定这样一个页，用户要为Web应用添加部署描述符添加一个error-page元素。这些元素将Duke书店应用程序返回的异常映射到errorpage.html：

<error-page>
  <exception-type>
    exception.BookNotFoundException
  </exception-type>
  <location>/errorpage.html</location>
</error-page>
<error-page>
  <exception-type>
    exception.BooksNotFoundException
  </exception-type>
  <location>/errorpage.html</location>
</error-page>
<error-page>
  <exception-type>exception.OrderException</exception-type>
  <location>/errorpage.html</location> </error-page>

共享信息 

像大多数对象一样，Web组件通常与其他一些对象协同工作，以完成任务。要做到这一点，可以有多种方法。Web组件可以使用私有的helper（助手）对象（例如，JavaBeans组件），也可以共享那些有公共作用域属性的对象，它们可以使用数据库，还可以调用其他的Web资源。Java Servlet技术机制允许一个Web组件调用其他的Web资源，这在调用其他Web资源中有描述。

使用作用域对象

几个协作的Web组件通过一些对象来共享信息，这些对象是作为四个作用域对象的属性来维护的。这些属性可以通过表示域的类的[get|set]Attribute方法访问。表14－3列出了这个作用域对象。

表14-3 作用域对象

图14－1显示了Duke书店应用程序维护的作用域属性。

图14-1 Duke书店作用域属性

控制对共享资源的并发访问

在多线程的服务器中，可能出现对共享资源的并发访问。除了作用域对象属性外，共享资源还包括存储器中的数据（如实例和类变量）、外部对象（如文件）、数据库连接和网络连接。并发访问可出现在多个情况下。

·  多个Web组件访问存储在Web上下文中的对象。t

·  多个Web组件访问存储在会话中的对象。

·  一个Web组件中的多个线程访问实例变量。一个Web容器一般为每个请求创建一个线程来处理。如果用户确认一个servlet实例每次只处理一个请求，servlet就能实现SingleThreadModel 接口。如果servlet实现了这个接口，用户就能确保servlet的服务方法中不可能有两个线程并发执行。Web容器可通过同步访问一个servlet的单独实例、或者通过维护一个Web组件池为每个实例调用一个新的请求来实现。这个接口并不能防止Web组件访问共享资源（如静态类变量、外部对象）导致的同步问题

当资源可以并发访问时，使用资源也就可以用不一致的方式。为了防止这样的情况发生，用户必须使用在Java指导中的线程单元中描述的同步机制来控制访问。

在以前的部分中，我们说明了被多个servlet共享的5个作用域属性： bookDB, cart, currency, hitCounter和orderCounter。bookDB属性将在下一节中讨论。cart, currency和counter可以被多线程的servlet设置和读。使用同步方法来控制访问以防止这些对象的使用不一致。例如，下面是一个util.Counter类：

public class Counter {
  private int counter;
  public Counter() {
    counter = 0;
  }
  public synchronized int getCounter() {
    return counter;   }
  public synchronized int setCounter(int c) {
    counter = c;     return counter;
  }
  public synchronized int incCounter() {
    return(++counter);
  }
}

访问数据库

在Web组件之间共享，并且在对一个Web应用被调用的间隙内维持的数据通常是由一个数据库来维护的。Web组件使用JDBC 2.0 API来访问关系数据库。书店应用程序的数据由数据库来维护，并通过助手类database.BookDB访问。例如，当用户购买书后，ReceiptServlet调用BookDB.buyBooks方法来更新书的清单。buyBooks方法为每本包含在购物车中的书调用buyBook。为了确保命令被完全执行，buyBook的调用程序将被包装在一个单独的JDBC事务处理中。通过[get|release]Connection方法可以使共享数据库连接同步使用。

public void buyBooks(ShoppingCart cart) throws OrderException {
  Collection items = cart.getItems();  
 Iterator i = items.iterator();
  try {
    getConnection();
    con.setAutoCommit(false);
    while (i.hasNext()) {
      ShoppingCartItem sci = (ShoppingCartItem)i.next();
      BookDetails bd = (BookDetails)sci.getItem();
      String id = bd.getBookId();
      int quantity = sci.getQuantity();
      buyBook(id, quantity);
    }
    con.commit();
    con.setAutoCommit(true);
    releaseConnection();
  } catch (Exception ex) {
    try {
    con.rollback();
    releaseConnection();
    throw new OrderException("Transaction failed: " +
      ex.getMessage());
    } catch (SQLException sqx) {
      releaseConnection();
      throw new OrderException("Rollback failed: " +
        sqx.getMessage());
    }
  }
}

初始化Servlet

在Web容器加载和实例化servlet类之后、servlet实例传递来自客户端的请求之前，Web容器对servlet进行初始化。用户可以自定义这个初始化过程，以允许servlet读持久的配置数据、初始化资源，并且忽略Servlet接口的init方法以执行任何其它的一次性的活动。servlet必须使用UnavailableException来完成初始化过程。

所有的访问书店数据库的servlet（BookStoreServlet, CatalogServlet, BookDetailsServlet, 和 ShowCartServlet）在它们的init方法中初始化一个变量，指向用Web上下文监听器创建的数据库助手对象。

public class CatalogServlet extends HttpServlet {
 private BookDB bookDB;
 public void init() throws ServletException {
   bookDB = (BookDB)getServletContext().
     getAttribute("bookDB");
   if (bookDB == null) throw new
     UnavailableException("Couldn't get database.");
 }
}

编写服务方法

servlet提供的服务实现在GenericServlet的service方法、HttpServlet的doMethod方法（在该方法中，Method可以带Get、Delete、Options、Post、Put、Trace的值），或者是任何其他的由实现了Servlet接口的类定义的协议指定（protocol-specific）的方法中。在这一章剩下的部分中，服务方法这个术语将用于在一个向客户端提供服务的servlet类中定义的任何方法。

服务方法的一般模式是从请求中提取信息、访问外部资源并且基于这些信息填充响应。

对于HTTPservlet来说，填充响应的正确过程是：首先填充响应头，然后从响应中获取一个输出流，最后编写输出流的所有主体内容。响应头必须在PrintWriter或ServletOutputStream被获取到之前设置好，因为HTTP协议希望获得主体内容前的所有头的信息。下两节将描述如何从请求中获得信息和产生响应。

从请求中获得信息

一个请求包含客户端和servlet之间传递的数据。所有请求都实现了ServletRequest接口，该接口为访问一下的信息定义了方法：

·  参数，通常用来在客户端和servlet之间传送信息

·  对象属性（Object-valued attribute），通常用来在servlet容器与servlet之间或在协作的servlet之间传递信息

·  有关协议的信息，用来在请求、客户端和涉及到该请求中的服务器之间的通信。

·  有关地区化的信息。

例如，在CatalogServlet中，顾客希望购买的书的标识符作为参数包含在请求中。下面的这段代码说明了如何使用getParameter方法提取标识符。

String bookId = request.getParameter("Add");
if (bookId != null) {
  BookDetails book = bookDB.getBookDetails(bookId);

用户也可以从请求中获取一个输入流，并对数据进行手工解析。要读字符数据，可以使用由请求的getReader方法返回的 BufferedReader对象来完成。而要读二进制数据，可以使用getInputStream 返回的ServletInputStream。

HTTP serlvet通过HTTP请求对象传递，HttpServletRequest包含了请URL、HTTP头、查询字符串等等。

一个HTTP请求URL包含以下几部分：

http://[host]:[port][request path]?[query string]

请求路径由以下元素组成：

·  上下文路径：向前的斜线/和servlet的Web应用的上下文根的拼接。

·  servlet路径：与激活该请求的组件别名相应的路径部分，由向前的斜线/开始。

·  路径信息：请求路径的部分，不是上下文路径或者servlet路径的部分。

如果上下文路径是/catalog和表14-4列举出的别名，表14-5给出了一些实例，说明如何分解URL。

表14-4别名 

表 14-5 请求路径元素

查询字符串由参数和值的集合组成。每个参数都是从请求中用getParameter方法获取得到的。这里有两种方法产生查询字符串：

·  一个查询字符串能在Web页中明确地显示出来。例如，一个HTML页由CatalogServlet产生，该HTML页包含了<a href="/bookstore1/catalog?Add=101">Add To Cart</a>。 CatalogServlet 将命名为Add的参数提出，如下：

·  当一个表单与一个GET HTTP方法一起被提交时， 在URL上附加一个查询字符串。在Duke书店应用程序中，首先CashierServlet产生了一个表单，然后在表单中输入一个用户名，该表单附加在映射到ReceiptServlet的URL上，最后ReceiptServlet使用getParameter方法提取用户名。