HTTP&Tomcat&Servlet

1. Web概述

整个Web的访问过程就如下图所示:

(1)浏览器发送一个请求到服务端，去请求所需要的相关资源; (2)资源分为动态资源和静态资源,动态资源可以是使用Java代码按照Servlet和JSP的规范编写的内容; (3)在Java代码可以进行业务处理也可以从数据库中读取数据; (4)拿到数据后，把数据交给HTML页面进行展示,再结合CSS和JavaScript使展示效果更好; (5)服务端将静态资源响应给浏览器; (6)浏览器将这些资源进行解析; (7)解析后将效果展示在浏览器，用户就可以看到最终的结果。在整个Web的访问过程中，会设计到很多技术，这些技术有已经学习过的，也有还未涉及到的内容，都有哪些还没有涉及到呢?

HTTP协议

HTTP协议:主要定义通信规则
浏览器发送请求给服务器，服务器响应数据给浏览器，这整个过程都需要遵守一定的规则，之前大家学习过TCP、UDP，这些都属于规则，这里我们需要使用的是HTTP协议，这也是一种规则。

Web服务器

Web服务器:负责解析 HTTP 协议，解析请求数据，并发送响应数据
浏览器按照HTTP协议发送请求和数据，后台就需要一个Web服务器软件来根据HTTP协议解析请求和数据，然后把处理结果再按照HTTP协议发送给浏览器
Web服务器软件有很多，我们课程中将学习的是目前最为常用的Tomcat服务器

到这为止，关于JavaWeb中用到的技术栈我们就介绍完了，这里面就只有HTTP协议、Servlet、JSP以及Tomcat这些知识是没有学习过的，所以整个Web核心主要就是来学习这些技术。

2. HTTP

HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议，规定了浏览器和服务器之间数据传输的规则。

HTTP协议特点

HTTP协议有它自己的一些特点，分别是:

基于TCP协议: 面向连接，安全
TCP是一种面向连接的(建立连接之前是需要经过三次握手)、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，在数据传输方面更安全。
基于请求-响应模型的:一次请求对应一次响应
请求和响应是一一对应关系
HTTP协议是无状态协议:对于事物处理没有记忆能力。每次请求-响应都是独立的
无状态指的是客户端发送HTTP请求给服务端之后，服务端根据请求响应数据，响应完后，不会记录任何信息。这种特性有优点也有缺点，
- 缺点:多次请求间不能共享数据
- 优点:速度快
请求之间无法共享数据会引发的问题，如:
- 京东购物，加入购物车和去购物车结算是两次请求，
- HTTP协议的无状态特性，加入购物车请求响应结束后，并未记录加入购物车是何商品
- 发起去购物车结算的请求后，因为无法获取哪些商品加入了购物车，会导致此次请求无法正确展示数据
具体使用的时候，我们发现京东是可以正常展示数据的，原因是Java早已考虑到这个问题，并提出了使用会话技术(Cookie、Session)来解决这个问题。具体如何来做，我们后面会详细讲到。刚才提到HTTP协议是规定了请求和响应数据的格式，那具体的格式是什么呢?

2.1 请求数据格式

请求数据总共分为三部分内容，分别是请求行、请求头、请求体

请求行: HTTP请求中的第一行数据，请求行包含三块内容，分别是 GET[请求方式] /[请求URL路径] HTTP/1.1[HTTP协议及版本]
请求方式有七种,最常用的是GET和POST
请求头: 第二行开始，格式为key: value形式
请求头中会包含若干个属性，常见的HTTP请求头有:
```
Host: 表示请求的主机名
User-Agent: 浏览器版本,例如Chrome浏览器的标识类似Mozilla/5.0 ...Chrome/79，IE浏览器的标识类似Mozilla/5.0 (Windows NT ...)like Gecko；
Accept：表示浏览器能接收的资源类型，如text/*，image/*或者*/*表示所有；
Accept-Language：表示浏览器偏好的语言，服务器可以据此返回不同语言的网页；
Accept-Encoding：表示浏览器可以支持的压缩类型，例如gzip, deflate等。
```
==这些数据有什么用处?==
举例说明:服务端可以根据请求头中的内容来获取客户端的相关信息，有了这些信息服务端就可以处理不同的业务需求，比如:
- 不同浏览器解析HTML和CSS标签的结果会有不一致，所以就会导致相同的代码在不同的浏览器会出现不同的效果
- 服务端根据客户端请求头中的数据获取到客户端的浏览器类型，就可以根据不同的浏览器设置不同的代码来达到一致的效果
- 这就是我们常说的浏览器兼容问题
请求体: POST请求的最后一部分，存储请求参数

如上图红线框的内容就是请求体的内容，请求体和请求头之间是有一个空行隔开。此时浏览器发送的是POST请求，为什么不能使用GET呢?这时就需要回顾GET和POST两个请求之间的区别了:

GET请求请求参数在请求行中，没有请求体，POST请求请求参数在请求体中
GET请求请求参数大小有限制，POST没有

2.3 小结

请求数据中包含三部分内容，分别是请求行、请求头和请求体
POST请求数据在请求体中，GET请求数据在请求行上

2.2 响应数据格式

响应数据总共分为三部分内容，分别是响应行、响应头、响应体

响应行：响应数据的第一行,响应行包含三块内容，分别是 HTTP/1.1[HTTP协议及版本] 200[响应状态码] ok[状态码的描述]

响应头：第二行开始，格式为key：value形式

响应头中会包含若干个属性，常见的HTTP响应头有:

Content-Type：表示该响应内容的类型，例如text/html，image/jpeg；
Content-Length：表示该响应内容的长度（字节数）；
Content-Encoding：表示该响应压缩算法，例如gzip；
Cache-Control：指示客户端应如何缓存，例如max-age=300表示可以最多缓存300秒

响应体：最后一部分。存放响应数据
上图中...这部分内容就是响应体，它和响应头之间有一个空行隔开。

2.2.1 响应状态码

2.2.1.1 状态码大类

状态码分类	说明
1xx	响应中——临时状态码，表示请求已经接受，告诉客户端应该继续请求或者如果它已经完成则忽略它
2xx	成功——表示请求已经被成功接收，处理已完成
3xx	重定向——重定向到其它地方：它让客户端再发起一个请求以完成整个处理。
4xx	客户端错误——处理发生错误，责任在客户端，如：客户端的请求一个不存在的资源，客户端未被授权，禁止访问等
5xx	服务器端错误——处理发生错误，责任在服务端，如：服务端抛出异常，路由出错，HTTP版本不支持等

状态码大全：https://cloud.tencent.com/developer/chapter/13553

2.2.1.2 常见的响应状态码

状态码	英文描述	解释
200	`OK`	客户端请求成功，即处理成功，这是我们最想看到的状态码
302	`Found`	指示所请求的资源已移动到由`Location`响应头给定的 URL，浏览器会自动重新访问到这个页面
304	`Not Modified`	告诉客户端，你请求的资源至上次取得后，服务端并未更改，你直接用你本地缓存吧。隐式重定向
400	`Bad Request`	客户端请求有语法错误，不能被服务器所理解
403	`Forbidden`	服务器收到请求，但是拒绝提供服务，比如：没有权限访问相关资源
404	`Not Found`	请求资源不存在，一般是URL输入有误，或者网站资源被删除了
428	`Precondition Required`	服务器要求有条件的请求，告诉客户端要想访问该资源，必须携带特定的请求头
429	`Too Many Requests`	太多请求，可以限制客户端请求某个资源的数量，配合 Retry-After(多长时间后可以请求)响应头一起使用
431	`Request Header Fields Too Large`	请求头太大，服务器不愿意处理请求，因为它的头部字段太大。请求可以在减少请求头域的大小后重新提交。
405	`Method Not Allowed`	请求方式有误，比如应该用GET请求方式的资源，用了POST
500	`Internal Server Error`	服务器发生不可预期的错误。服务器出异常了，赶紧看日志去吧
503	`Service Unavailable`	服务器尚未准备好处理请求，服务器刚刚启动，还未初始化好
511	`Network Authentication Required`	客户端需要进行身份验证才能获得网络访问权限

关于响应状态码，我们先主要认识三个状态码，其余的等后期用到了再去掌握:

200 ok 客户端请求成功
404 Not Found 请求资源不存在
500 Internal Server Error 服务端发生不可预期的错误

2.2.3 小结

响应数据中包含三部分内容，分别是响应行、响应头和响应体
掌握200，404，500这三个响应状态码所代表含义，分布是成功、所访问资源不存在和服务的错误

2.3 案例

使用Java代码实现模拟Web服务器

package com.example;

import java.io.*;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.nio.file.Files;
/*
    自定义服务器
 */
public class Server {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        ServerSocket ss = new ServerSocket(8080); // 监听指定端口
        System.out.println("server is running...");
        while (true){
            Socket sock = ss.accept();
            System.out.println("connected from " + sock.getRemoteSocketAddress());
            Thread t = new Handler(sock);
            t.start();
        }
    }
}

class Handler extends Thread {
    Socket sock;

    public Handler(Socket sock) {
        this.sock = sock;
    }

    public void run() {
        try (InputStream input = this.sock.getInputStream()) {
            try (OutputStream output = this.sock.getOutputStream()) {
                handle(input, output);
            }
        } catch (Exception e) {
            try {
                this.sock.close();
            } catch (IOException ioe) {
            }
            System.out.println("client disconnected.");
        }
    }

    private void handle(InputStream input, OutputStream output) throws IOException {
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input, StandardCharsets.UTF_8));
        BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(output, StandardCharsets.UTF_8));
        // 读取HTTP请求:
        boolean requestOk = false;
        String first = reader.readLine();
        if (first.startsWith("GET / HTTP/1.")) {
            requestOk = true;
        }
        for (;;) {
            String header = reader.readLine();
            if (header.isEmpty()) { // 读取到空行时, HTTP Header读取完毕
                break;
            }
            System.out.println(header);
        }
        System.out.println(requestOk ? "Response OK" : "Response Error");
        if (!requestOk) {
            // 发送错误响应:
            writer.write("HTTP/1.0 404 Not Found\r\n");
            writer.write("Content-Length: 0\r\n");
            writer.write("\r\n");
            writer.flush();
        } else {
            // 发送成功响应:

            //读取html文件，转换为字符串
            BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader("http/html/a.html"));
            StringBuilder data = new StringBuilder();
            String line = null;
            while ((line = br.readLine()) != null){
                data.append(line);
            }
            br.close();
            int length = data.toString().getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length;

            writer.write("HTTP/1.1 200 OK\r\n");
            writer.write("Connection: keep-alive\r\n");
            writer.write("Content-Type: text/html\r\n");
            writer.write("Content-Length: " + length + "\r\n");
            writer.write("\r\n"); // 空行标识Header和Body的分隔
            writer.write(data.toString());
            writer.flush();
        }
    }
}

上面代码，阅读理解即可，主要通过上述代码，让大家了解到服务器可以使用java完成编写，是可以接受页面发送的请求和响应数据给前端浏览器的，真正用到的Web服务器，我们不会自己写，都是使用目前比较流行的web服务器，比如Tomca

3. Tomcat

Tomcat服务器是一个应用程序（软件），对HTTP协议的操作进行封装，使得程序员不必直接对协议进行操作，让Web开发更加便捷。主要功能是"提供网上信息浏览服务"。

Tomcat服务器是安装在服务器端的一款软件，将来我们把自己写的Web项目部署到Tomcat服务器软件中，当Tomcat服务器软件启动后，部署在Tomcat服务器软件中的页面就可以直接通过浏览器来访问了。

Tomcat是用Java语言开发的，提供源码和Jar包，有空可以阅读源码了解其中原理。

3.1 Tomcat 安装

此教程跳过，更多信息访问Tomcat的官网open in new window

3.2 IDEA使用Tomcat

在IDEA中集成使用Tomcat有两种方式，分别是集成本地Tomcat和Tomcat Maven插件

3.2.1 集成本地Tomca

使用IDEA创建Web项目，打开项目配置面板
指定本地Tomcat的具体路径
修改Tomcat的名称，此步骤可以不改，HTTP port中的端口也可以进行修改，比如把8080改成80
将开发项目部署项目到Tomcat中
当项目部署完成，你就可以在Tomcat->webapps目录下看到你当前的项目了
部署成功后，就可以启动项目，在浏览器访问。

3.2.2 Tomcat Maven插件

在IDEA中使用本地Tomcat进行项目部署，相对来说步骤比较繁琐，所以我们需要一种更简便的方式来替换它，那就是直接使用Maven中的Tomcat插件来部署项目，具体的实现步骤，只需要两步，分别是:

在pom.xml中添加Tomcat插件

<build>
    <plugins>
    	<!--Tomcat插件 -->
        <plugin>
            <groupId>org.apache.tomcat.maven</groupId>
            <artifactId>tomcat7-maven-plugin</artifactId>
            <version>2.2</version>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

使用Maven Helper(如果没安装插件自行安装)插件快速启动项目，选中项目，右键-->Run Maven --> tomcat7:run
也可以直接在右侧maven,面板上选择tomcat7，插件启动项目。

注意

Maven Tomcat插件目前只有Tomcat7版本，没有更高的版本可以使用

使用Maven Tomcat插件，要想修改Tomcat的端口和访问路径，可以直接修改pom.xml

<build>
    <plugins>
    	<!--Tomcat插件 -->
        <plugin>
            <groupId>org.apache.tomcat.maven</groupId>
            <artifactId>tomcat7-maven-plugin</artifactId>
            <version>2.2</version>
            <configuration>
            	<port>80</port><!--访问端口号 -->
                <!--项目访问路径
					未配置访问路径: http://localhost:80/tomcat-demo2/a.html
					配置/后访问路径: http://localhost:80/a.html
					如果配置成 /hello,访问路径会变成什么?
						答案: http://localhost:80/hello/a.html
				-->
                <path>/</path>
            </configuration>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

4. Servlet

Servlet是JavaWeb最为核心的内容，它是Java提供的一门==动态==web资源开发技术。

在Java开发中Servlet是一个接口，具体对象创建和方法调用，Tomcat内部通过反射实现了

4.1 快速入门

需求：编写一个Servlet类，并使用IDEA中Tomcat插件进行部署，最终通过浏览器访问所编写的Servlet程序。

具体的实现步骤为:

创建Web项目web-demo，导入Servlet依赖坐标

<dependencies>
        <dependency>
            <groupId>javax.servlet</groupId>
            <artifactId>javax.servlet-api</artifactId>
            <version>4.0.1</version>
            <scope>provided</scope>
            <!--
            provided指的是在编译和测试过程中有效,最后生成的war包时不会加入
            因为Tomcat的lib目录中已经有servlet-api这个jar包，如果在生成war包的时候生效就会和Tomcat中的jar包冲突，导致报错
						会出现Servlet java.lang.ClassCastException，转换异常
            -->
        </dependency>
    </dependencies>

创建:定义一个类，实现Servlet接口，并重写接口中所有方法，并在service方法中输入一句话

@WebServlet("/demo1")
public class ServletDemo01 implements Servlet {
    @Override
    public void init(ServletConfig servletConfig) throws ServletException {
        System.out.println("init");
    }
    @Override
    public ServletConfig getServletConfig() {
        return null;
    }
    @Override
    public void service(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse) throws ServletException, IOException {
        System.out.println("service");
    }
    @Override
    public String getServletInfo() {
        return null;
    }
    @Override
    public void destroy() {
        System.out.println("destroy");
    }
}

配置:在该类上使用@WebServlet注解，配置该Servlet的访问路径
@WebServlet("/demo01")
访问:启动Tomcat,浏览器中输入URL地址访问该Servlet
浏览器访问后，在控制台会打印service 说明servlet程序已经成功运行。

4.2 执行流程

Servlet程序已经能正常运行，但是我们需要思考个问题: 我们并没有创建ServletDemo1类的对象，也没有调用对象中的service方法，为什么在控制台就能够输出

System.out.println("service");呢？

由此我们展开了对Tomcat和Servlet执行流程分析

流程分析

浏览器发出http://localhost:8080/web-demo/demo1请求，从请求中可以解析出三部分内容，分别是localhost:8080、web-demo、demo1
- 根据localhost:8080可以找到要访问的Tomcat Web服务器
- 根据web-demo可以找到部署在Tomcat服务器上的web-demo项目
- 根据demo1可以找到要访问的是项目中的哪个Servlet类，根据@WebServlet后面的值进行匹配
找到ServletDemo1这个类后，Tomcat Web服务器就会为ServletDemo1这个类创建一个对象，然后调用对象中的service方法
- ServletDemo1实现了Servlet接口，所以类中必然会重写service方法供Tomcat Web服务器进行调用
- service方法中有ServletRequest和ServletResponse两个参数，ServletRequest封装的是请求数据，ServletResponse封装的是响应数据，后期我们可以通过这两个参数实现前后端的数据交互

小结

介绍完Servlet的执行流程，我们需要掌握两个问题：

Servlet由谁创建?Servlet方法由谁调用?

Servlet由web服务器创建，Servlet方法由web服务器调用

服务器怎么知道Servlet中一定有service方法?

因为我们自定义的Servlet,必须实现Servlet接口并复写其方法，而Servlet接口中有service方法

4.3 Servlet生命周期

介绍完Servlet的执行流程后，我们知道Servlet是由Tomcat Web服务器帮我们创建的。

Tomcat什么时候创建的Servlet对象?

要想回答上述问题，我们就需要对Servlet的生命周期进行一个学习。

生命周期: 对象的生命周期指一个对象从被创建到被销毁的整个过程。
Servlet运行在Servlet容器(web服务器)中，其生命周期由容器来管理，分为4个阶段：
1. **加载和实例化：**默认情况下，当Servlet第一次被访问时，由容器创建Servlet对象
```
默认情况，Servlet会在第一次访问被容器创建，但是如果创建Servlet比较耗时的话，那么第一个访问的人等待的时间就比较长，用户的体验就比较差，那么我们能不能把Servlet的创建放到服务器启动的时候来创建，具体如何来配置?

@WebServlet(urlPatterns = "/demo1",loadOnStartup = 1)
loadOnstartup的取值有两类情况
	（1）负整数:第一次访问时创建Servlet对象
	（2）0或正整数:服务器启动时创建Servlet对象，数字越小优先级越高
```
2. 初始化:在Servlet实例化之后，容器将调用Servlet的init()方法初始化这个对象，完成一些如加载配置文件、创建连接等初始化的工作。该方法只调用一次
3. **请求处理:每次请求Servlet时，Servlet容器都会调用Servlet的service()**方法对请求进行处理。
4. **服务终止:当需要释放内存或者容器关闭时，容器就会调用Servlet实例的destroy()**方法完成资源的释放。在destroy()方法调用之后，容器会释放这个Servlet实例，该实例随后会被Java的垃圾收集器所回收。

4.4 Servlet方法介绍

初始化方法，在Servlet被创建时执行，只执行一次

void init(ServletConfig config)

提供服务方法，每次Servlet被访问，都会调用该方法

void service(ServletRequest req, ServletResponse res)

销毁方法，当Servlet被销毁时，调用该方法。在内存释放或服务器关闭时销毁Servlet

void destroy()

剩下的两个方法是:

获取Servlet信息

String getServletInfo() 
//该方法用来返回Servlet的相关信息，没有什么太大的用处，一般我们返回一个空字符串即可
public String getServletInfo() {
    return "";
}

获取ServletConfig对象

ServletConfig getServletConfig()

ServletConfig对象，在init方法的参数中有，而Tomcat Web服务器在创建Servlet对象的时候会调用init方法，必定会传入一个ServletConfig对象，我们只需要将服务器传过来的ServletConfig进行返回即可。

4.5 urlPattern配置

Servlet类编写好后，要想被访问到，就需要配置其访问路径（==urlPattern==）


//@WebServlet(urlPatterns = {"/test1","/test2"})       //配置多个访问路径
//@WebServlet("/user/test")     //精确匹配
//@WebServlet(urlPatterns = "/user/*")    //目录匹配
//@WebServlet(urlPatterns = "*.do")       //扩展名匹配
@WebServlet(urlPatterns = "/")          //任意匹配
public class ServletDemo04urlPatterns extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        System.out.println("doGet...");
    }
    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        this.doGet(request, response);
    }
}

注意：

如果路径配置的不是扩展名，那么在路径的前面就必须要加/否则会报错
如果路径配置的是*.do,那么在*.do的前面不能加/,否则会报错

/和/*的区别

当我们的项目中的Servlet配置了 "/",会覆盖掉tomcat中的DefaultServlet,当其他的url-pattern都匹配不上时都会走这个Servlet
当我们的项目中配置了"/*",意味着匹配任意访问路径
DefaultServlet是用来处理静态资源，如果配置了"/"会把默认的覆盖掉，就会引发请求静态资源的时候没有走默认的而是走了自定义的Servlet类，最终导致静态资源不能被访问

总结

urlPattern总共有四种配置方式，分别是精确匹配、目录匹配、扩展名匹配、任意匹配
五种配置的优先级为精确匹配 > 目录匹配> 扩展名匹配 > /* > / ,无需记，以最终运行结果为准。

4.6 XML配置路径

在早期的Servlet版本中3.0之前，Servlet只支持XML配置文件的配置方法。

对于XML的配置步骤有两步:

编写Servlet类

public class ServletDemo05 extends HttpServlet {
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        System.out.println("XML配置路径...");
    }

    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        this.doGet(request, response);
    }
}

在web.xml中配置该Servlet

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee/web-app_4_0.xsd"
         version="4.0">
    <servlet>
        <!-- servlet的名称，名字任意-->
        <servlet-name>demo5</servlet-name>
<!--        全类名-->
        <servlet-class>com.example.ServletDemo05</servlet-class>
    </servlet>
    <!-- 
        Servlet 访问路径
    -->
    <servlet-mapping>
        <servlet-name>demo5</servlet-name>
        <url-pattern>/demo5</url-pattern>
    </servlet-mapping>
</web-app>

这种配置方式和注解比起来，确认麻烦很多，所以在Servlet3.x以后大家一般使用注解来开发。

# HTTP&Tomcat&Servlet

# 1. Web概述

# 2. HTTP

# 2.1 请求数据格式

# 2.3 小结

# 2.2 响应数据格式

# 2.2.1 响应状态码

# 2.2.1.1 状态码大类

# 2.2.1.2 常见的响应状态码

# 2.2.3 小结

# 2.3 案例

# 3. Tomcat

# 3.1 Tomcat 安装

# 3.2 IDEA使用Tomcat

# 3.2.1 集成本地Tomca

# 3.2.2 Tomcat Maven插件

# 4. Servlet

# 4.1 快速入门

# 4.2 执行流程

# 4.3 Servlet生命周期

# 4.4 Servlet方法介绍

# 4.5 urlPattern配置

# 4.6 XML配置路径