Servlet 深度解析：生命周期、请求响应与状态管理

发布于：2025-05-17 ⋅ 阅读:(19) ⋅ 点赞:(0)

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
    @Override
    public 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）
    @Override
    protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) 
            throws ServletException, IOException {
        System.out.println("处理请求...");
        super.service(req, resp);
    }
    
    // 销毁阶段
    @Override
    public void destroy() {
        System.out.println("Servlet销毁...");
        // 释放资源
    }
}
1.1.1 初始化阶段

  • 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）

  • 执行方法：init()方法，仅执行一次

  • 常见用途：

    • 加载配置文件

    • 建立数据库连接池

    • 初始化全局变量

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

  • 触发时机：每次客户端请求该Servlet时

  • 执行方法：service()方法，对于HTTP请求，通常分派到doGet()、doPost()等方法

  • 特点：

    • 多线程环境下运行（需注意线程安全问题）

    • 每次请求都会创建新的请求和响应对象

1.1.3 销毁阶段

  • 触发时机：容器关闭或应用卸载时

  • 执行方法：destroy()方法，仅执行一次

  • 常见用途：

    • 释放数据库连接

    • 保存状态信息

    • 关闭文件流等资源

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
    
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) {
        count++;
        // 这里会出现竞态条件
    }
}

解决方案：

  1. 使用局部变量而非实例变量

  2. 对共享资源加锁（synchronized）

  3. 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URL
    String uri = request.getRequestURI();
    StringBuffer url = request.getRequestURL();
    
    // 获取Cookie
    Cookie[] cookies = request.getCookies();
    
    // 获取Session
    HttpSession session = request.getSession();
}

重要方法：

  • 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Cookie
    Cookie cookie = new Cookie("user", "admin");
    response.addCookie(cookie);
}

2.3 请求转发与重定向

请求转发（Forward）：

  • 服务器端行为

  • 客户端不知情

  • URL不变

  • 共享request对象

request.getRequestDispatcher("/target").forward(request, response);

重定向（Redirect）：

  • 客户端行为

  • 服务器返回302状态码和新URL

  • 浏览器发起新请求

  • URL改变

  • 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：

  1. 首次创建Session时，服务器会生成唯一JSESSIONID

  2. 通过Cookie将JSESSIONID返回给浏览器

  3. 后续请求浏览器会携带JSESSIONID

  4. 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

  1. 线程安全：

    • 避免使用实例变量

    • 如需共享资源，使用同步或线程安全类

  2. 资源管理：

    • 在init()中初始化资源

    • 在destroy()中释放资源

    • 使用try-with-resources确保资源关闭

  3. 编码规范：

    • 始终设置内容类型和字符编码

    • 合理使用MVC模式，Servlet作为控制器

  4. 性能优化：

    • 合理使用Servlet缓存

    • 避免在Servlet中进行复杂业务逻辑

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：

  1. 生成唯一Token存入Session

  2. 表单中包含该Token

  3. 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！

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