Servlet深入学习，规范，理解和实现（上）

学习参考资料：
（1）Servet 3.1 final 规范；
（2）《Java Web高级编程》；
（3）《深入分析Java Web技术内幕》（第2版）；

心得：虽然现在是实际工作中很少直接使用Servlet，但了解Servlet规范中对不同组件（Servlet，Filter，Listener等等）以及Servlet容器的实现对于基于Servlet的Java EE应用的理解也是大有益处的。因此基于上面3个资料的学习所得以及我自己阅读Tomcat 8相关部分源码的一些收获在这里总结记录一下。

1. Servlet容器

Servlet 容器是 web server 或 application server 的一部分，提供基于请求/响应发送模型的网络服务，解码基于 MIME 的请求，并且格式化基于 MIME 的响应。Servlet 容器也包含了管理 Servlet 生命周期。

2. Servlet

Servlet 是基于 Java 技术的 web 组件，被容器所托管的，用于生成动态内容。像其他基于 Java 的组件技术一样，Servlet 也是基于平台无关的 Java 类格式，被编译为平台无关的字节码，可以被基于 Java 技术的 web server 动态加载并运行。

2.1 Servlet的数量

Servlet默认是线程不安全的，一个容器中只有每个servlet一个实例，但是如果实现了SingleThreadModule接口，容器将实现多个servlet实例
SingleThreadModule也不能保证线程安全，它只能保证任意两个线程不会使用同一个Servlet实例（可能由一个对象池来维护），servlet2.4已经将这个接口已经标注为已过时了；

我查看了Tomcat 8.0中StandardWrapper源码，这个类负责Servlet的创建，其中SingleThreadModule模式下创建的实例数不能超过20个，也就是同时只能支持20个线程访问这个Serlvet，因此，这种对象池的设计会进一步限制并发能力和可伸缩性。

2.2 servlet的生命周期

加载和实例化：servlet容器负责加载和实例化Servlet，在容器启动时根据设置决定是在启动时初始化（loadOnStartup大于等于0在容器启动时进行初始化，值越小优先级越高），还是延迟初始化致第一次请求前；

初始化：

init()，执行一些一次性的动作，可以通过ServletConfig配置对象，获取初始化参数，访问ServletContext上下文环境；
初始化时可能发生错误，UnavailableException和ServletException，那么servlet不应放置活动服务中，未成功初始化，destroy方法也应被调用

请求处理：

servlet容器封装Request和Response对象传给对应的servlet的service方法，对于HttpServlet，就是HttpServletRequest和HttpServletResponse；
HttpServlet中使用模板方法模式，service方法根据HTTP请求方法进一步分派到doGet，doPost等不同的方法来进行处理；

对于HTTP请求的处理，只有重写了支持HTTP方法的对应HTTP servlet方法（doGet），才可以支持，否则放回405（Method Not Allowed）。

线程不安全
servlet中默认线程不安全，单例多线程，因此对于共享的数据（静态变量，堆中的对象实例等）自己维护进行同步控制，不要在service方法或doGet等由service分派出去的方法，直接使用synchronized方法，很显然要根据业务控制同步控制块的大小进行细粒度的控制，将不影响线程安全的耗时操作移出同步控制块；

异常
请求处理时同样可能抛出异常，UnavailableException和ServletException；
UnavailableException表示不可用，永久不可用状态返回404；暂时不可用返回503（服务不可用），标注Retry-After头；

异步处理：

在Servlet中等待是一个低效的操作，因为这是阻塞操作。
异步处理请求能力，使线程可以返回到容器，从而执行更多的任务。当开始异步处理请求时，另一个线程或回调可以：（1）产生响应；或者，（2）请求分派；或者，（3）调用完成；

关键方法：

启用：让servlet支持异步支持：asyncSupported=true；

启动：AsyncContextasyncContext=req.startAsyncContext();或startAsyncContext(req,resp);

完成：asyncContext.complete();必须在startAsync调用之后，分派进行之前调用；同一个AsyncContext不能同时调用dispatch和complete

分派：asyncContext.dispatch();dispatch(Stringpath);dispatch(ServletContextcontext,Stringpath);
不能在complete之后调用；
从一个同步servlet分派到异步servlet是非法的；

超时：asyncContext.setTimeout(millis);
超时之后，将不能通过asyncContext进行操作，但是可以执行其他耗时操作；
在异步周期开始后，容器启动的分派已经返回后，调用该方法抛出IllegalStateException；如果设置成0或小于0就表示notimeout；
超时表示HTTP连接已经结束，HTTP已经关闭，请求已经结束了。

启动新线程
通过AsyncCOntext.start(Runnable)方法，向线程池提交一个任务，其中可以使用AsyncContext（未超时前）；

事件监听：addListener(newAsyncListener{…})；
onComplete：完成时回调，如果进行了分派，onComplete方法将延迟到分派返回容器后进行调用；
onError：可以通过AsyncEvent.getThrowable获取异常；
onTimeout：超时进行回调；
onStartAsync：在该AsyncContext中启动一个新的异步周期（调用startAsyncContext）时，进行回调；

超时和异常处理，步骤：
（1）调用所有注册的AsyncListener实例的onTimeout/onError；
（2）如果没有任何AsyncListener调用AsyncContext.complete()或AsyncContext.dispatch()，执行一个状态码为HttpServletResponse
.SC_INTERNAL_SERVER_ERROR出错分派；
（3）如果没有找到错误页面或者错误页面没有调用AsyncContext.complete()/dispatch()，容器要调用complete方法；

终止：

servlet容器确定从服务中移除servlet时，可以通过调用destroy()方法将释放servlet占用的任何资源和保存的持久化状态等。调用destroy方法之前必须保证当前所有正在执行service方法的线程执行完成或者超时；
之后servlet实例可以被垃圾回收，当然什么时候回收并不确定，因此destroy方法是是否必要的。

2.3 Servlet（Filter）中的url-pattern

Serlvet和Filter有三种不同的匹配规则：
（1）精确匹配：/foo；
（2）路径匹配：/foo/*；
（3）后缀匹配：*.html；
Serlvet的匹配顺序是：
首先进行精确匹配；如果不存在精确匹配的进行路径匹配；最后根据后缀进行匹配；一次请求只会匹配一个Servlet；（Filter是只要匹配成功就添加到FilterChain）

PS：其他写法（/foo/，/*.html，*/foo）都不对；“/foo*”不能匹配/foo，/foox；

3. Request

3.1 HTTP协议参数

通过HttpServletRequest对象获取Http参数：
getParameter，getParameterNames，getParameterValues，getParameterMap；

这些方法从getRequestURI方法或getPathInfo方法返回的字符串值中解析，如果是POST方法，也是在第一次调用getParameter方法时候进行解码获取到参数集合当中，因此要在调用这些方法之前设置编解码方式，否则可能导致乱码；

POST表单数据也会被汇总到请求参数集合中，但要满足：
（1）Content-Type必须是application/x-www-form-urlencoded；
（2）进行getParameter调用；
如果不满足获取POST参数的条件，servlet可以通过request对象的输入流得到POST数据；相反如果满足条件，输入流中也不再可以读取POST数据（因为已经读取过了）；

3.2 文件上传

数据以multipart/form-data格式发送，servlet支持文件上传；
通过 HttpServletRequest的：
public Collection<Part> getParts()；
public Part getPart(String name)；

每个Part类代表从multipart/form-data格式的POST请求中接受的一个部分或表单项，每个Part可以通过Part.getInputStream方法访问头部，内容类型和内容；

对于表单数据的Content-Disposition，即使没有文件名，也可使用part的名称通过HttpServletRequest的getParameter和getParameterValues得到part的字符串值；

3.3 属性：

属性的作用域与请求相关；
getAttribute/getAttributeNames/setAttribute；

3.4 请求路径元素

对于这样的请求各个部分是怎样的：http://localhost:8080/example/servlets/servlet/空幻?author=空幻#success

Context Path：ServletContext关联路径，getContextPath，“/example”；
Servlet Path：getServletPath，“/servlets/servlet”，请求“/*”与“”模式匹配对应的servlet path是空字符串；
PathInfo：请求路径一部分，不属于Content Path或Servlet Path，“/空幻”，要么为null，要么为以“/”开头的字符串；
Request URI：getRequestURI，等于contetPath + servletPath + pathInfo；
QueryString：getQueryString，“author=空幻”；
Request URL：http://localhost:8080/example/servlets/servlet/空幻；

路径转换方法

ServletContext.getRealPath；
HttpServletRequest.getPathTranslated；
比如：
（1）“http://localhost:8080/s/request/pathinfo”, 在我的机器上`getPathTranslated()返回“/home/yjh/wks/workspace/ServletTest/target/servletTest/pathinfo”；
其中”/request”是serlvet path，“servletTest”是项目根目录名；这两个方法都是基于项目根目录返回的；

3.5 Servlet 3.1新特性，非阻塞I/O

非阻塞I/O只能用在Serlvet和Filter的异步请求处理和升级处理中； 否则设置时抛出IllegalStateException；

Request——ServletInputStream——ReadListener；
Response——ServletOutputStream——WriterListener；

ReadListener：
（1）onDataAvailable：当可以从传入请求流中读取数据，onDataAvailable将被调用，和ServletInputStream.isReady相关；
（2）onAllDataRead：读取完成ServletRequest的所有数据时调用onAllDataRead方法，和ServletInputStream.isFinished()相关；
（3）onError(Throwable)；

3.6 请求数据编码

getParameter等参数获取方法会将参数部分从流中读取出来，因此一定要在getParameter调用前设置编解码方式：

Request：
setCharacterEncoding()；

Response：
setCharacterEncoding()；
setHead()；
setContentType()；

下面在Response总结中会进一步说明编码和响应及其缓冲区之间的关系.

3.7 Request 对象的生命周期

每个Request对象在Servlet的service（这就包括JSP的表达式，脚本，声明），Filter的doFilter的作用域中有效；

启用了异步处理后，request对象将到AsyncContext的complete调用时；

4. ServletContext接口

每个基于Servlet的Web应用都有自己的ServletContext保存和维护自己的上下文信息，包括：初始化参数，Servlet，Filter，Listener配置，容器属性等等。

4.1 配置

主要有3种方式：
（1）Web.xml部署描述符；
（2）注解；
（3）通过ServletContextListener/ServletContainerInitializer使用Servlet/Filter的Registration配置；

4.2 上下文属性

容器也有自己的属性，这里提一下是因为这涉及到：
（1）EL表达式的隐式变量及作用域：applicationScope包含所有绑定到ServletContext的特性；EL表达式中变量的作用域也是一层层查找的，最后一层查找范围就是ServletContext的特性；
（2）同样JSP中的隐式变量application也是ServletContext实例；

4.3 资源

获取Web应用下的资源：
getResource和getResourceAsStream；
传入path，必须要以“/”开头，相对与两个目录：上下文的根目录和web应用的WEB-INF/lib中的JAR文件中的META-INF/resources目录。依次查找这两个地方；

这两个方法不能获取动态内容，比如jsp，获取的是jsp文件源码而不是处理后的响应；

4.4 临时工作目录

Servlet容器必须为每一个servlet上下文提供一个私有的临时目录，并将通过javax.servlet.context.tempdir上下文属性使其可用，该属性关联的是java.io.File。
这个目录也是Multipart处理中临时目录的默认目录，并且location如果是相对路径也是基于它的。

5. Response

Response的getWriter和getOutputStream在同一次请求中不能同时被调用。调用了一个之后在调用另一个会抛出IllegalStateException；

5.1 缓冲

获取和设置缓冲区大小：getBufferSize和setBufferSize，不能在缓冲区写入内容之后设置缓冲区大小调用setBufferSize；

PS：tomcat 8中缓冲区大小为8192

是否提交到客户端：isCommitted；

刷新缓冲区：flushBuffer，也可以通过getWriter/getOutputStream调用输出流的flush；

重置缓冲区：reset和resetBuffer，不能在响应提交后调用，否则抛出IllegalStateException，响应及关联的缓冲区不变；

PS:一般并不需要进行手动刷新缓冲区,service方法结束或请求处理完成后,容器会自动刷新缓冲区.但如果使用异步处理分派的话,Response的生命周期其实已经延伸到了开始异步的service方法之外了,这样如果你想要在service方法返回前提交响应则可以手动刷新缓冲区,否则只能等到异步完成/超时请求处理结束或者缓冲区满了才能提交到客户端了.

5.2 重定向和设置Error

sendRedirect和sendError；
这两方法有一些相似性：
（1）如果在调用前已有响应提交到客户端，调用它们将抛出IllegalStateException；
（2）如果没有响应提交，sendRedirect和sendError将重置缓冲区，舍弃原来缓冲区中的旧数据，Servlet中之后的输出也是无效的（将被忽略）；

5.3 Response编码和国际化

同样需要在响应未提交或resp.getWriter()之前进行设置，否则将无效（面向字符的输出已经设置默认编码）；

国际化配置
在部署描述符中配置，如果没有配置将使用容器依赖的mapping等配置：

    <locale-encoding-mapping-list>        <locale-encoding-mapping>            <locale>zh_CN</locale>            <encoding>UTF8</encoding>        </locale-encoding-mapping>    </locale-encoding-mapping-list>

setLocale也可以设置编码，在setContentType和setCharacterEncoding之前，调用setLocale设置编码，使用上面配置中的编码；但是这并不会设置HTTP响应头的content-type等头，因此浏览器/客户端将使用默认的解码方式来解码这可能导致乱码；

PS：setLocale将通过Content-Language响应头来传递；但是编码方式如果没有指定Content-Type，是不能通过HTTP header传递的；

因此，应该在getWriter方法被调用或响应被提交之前通过setContentType或setCharacterEncoding或addHeader设置编码方式，否则将使用默认编码：ISO-8859-1；

setCharacterEncoding：这个方法可以覆盖setLocale和setContentType设置的编码方式，但不会设置Content-Type头；

setLocale，setCaracterEncoding和setContentType都可以设置编码方式，但是要通过setContentType和addHeader设置Content-Type响应头，并且它们都要在getWriter调用前或响应提交前设置；

5.4 结束响应对象

以下时间表明servlet满足了请求且响应对象即将关闭“
（1）servlet的service方法终止；
（2）响应的setContentLength或setContentLong制定了大于零的内容量，且已经写入到响应；
（3）sendError方法或sendRedirect方法已调用；
（4）AsyncContext的compelete方法已调用；

setContentLength和setContentLengthLong方法一般有Web容器在响应完成后负责调用，后者是Servlet3.1的新方法；

5.5 Response生命周期

和Request相似，在servlet的service方法和Filter的doFilter方法内有效，如果启动异步处理，直到complete方法被调用有效。

6. Filter

6.1 对Filter的理解

Filter和Servlet/其他Web资源（包括静态资源）组合起来使用，实现了一个职责链模式的请求处理调用栈，Servlet/Web资源是最后一个“入栈的节点”（当然Filter可以阻止请求到达Servlet/Web资源，）。Filter可以在servlet调用前和调用后进行一些额外的处理过程（比如，验证，日志，压缩等等）。

FilterChain.doFilter(req, resp)调用前后，正分别是调用栈“入栈”和“出栈”之时，做相应的处理。

每个Filter配置对应的每个JVM的容器仅实例化一个实例。

6.2 Filter的生命周期

（1）init()/init(FilterConfig filterConfig)：和Servlet一样可能抛出UnavaliableException（暂时不可用/永久不可用）；init()方法总是在应用程序启动时调用（ServletContextListener初始化之后，Servlet初始化之前）；
（2）doFilter()：服务中，处理传入请求和返回响应：可以进行检查请求头，修改请求头/数据，修改响应头等等；

Filter可以调用chain.doFilter()方法调用过滤器链中下一个实体；也可以不调用来阻止请求；

doFilter过程中也可能抛出UnavailableException，容器负责停止处理剩下的过滤器链，若不是永久不可用，可以选择稍后重试整个链。

（3）destroy()：容器把服务中的Filter实例移除前，先调用它的destroy方法，进行释放资源等清理工作；

6.3 Filter的类型

Servlet容器中，存在多种分派方式，Servlet2.4之后，可以对不同的请求分派进行过滤：
（1）普通请求；
（2）转发请求：RequestDispatcher.forward()或<jsp:forward>触发的请求，这种转发，本质上是服务器应用内部的方法调用；
（3）包含请求：RequestDispatcher.include()或<jsp:include>，注意这种是包含输出和<%@ inlcude %>静态导入的区别；
（4）错误资源请求：发生异常，请求错误页面；
（5）异步请求：如果要结合异步处理的Servlet使用，Filter同样也要开启支持异步处理。这里异步请求指的是有AsyncContext派发的请求，实现异步过滤器要注意可能被单个异步请求调用多次（潜在的多个不同线程）；

在部署描述符中，通过<dispatcher>元素中可以选择Filter支持的请求类型。

6.4 Filter的配置

初始化参数的设置；
同样Filter也可以通过编程，注解和XML三种方式配置；

到Serlvet 3.1，注解配置Filter不能保证设置顺序。

Filter的顺序：
（1）基本顺序：
首先，<url-pattern>匹配，按照Filter在部署描述符中出现的顺序匹配过滤器映射；
其次再按照<serlvet-name>出现的顺序匹配；
（2）编程设置Filter顺序：

    registration.addMappingForUrlPatterns(null, false, "/foo", "bar/*");

第二个参数表示是否在部署描述符之后的Filter之后；

6.5 Servlet，Filter和UnavailableException

UnavailableException表示Servlet或Filter不可用，这种情况一般Servlet容器负责处理，重试或者返回响应；
UnavailableException的分为两种：
（1）永久不可用：比如servlet配置不正确或者Filter状态异常。
（2）暂时不可用：可能由于一些system-wide的问题导致请求无法处理，比如第三方服务不可用，内存和磁盘不足等等；可以在稍后重试；

7. Servlet及其容器的工作原理（Tomcat 8.0为例）

Tomcat分为4层结构：Container容器->Engine容器->Host容器->Servlet容器；

一个请求，根据它的URL，Tomcat将根据它的Host，Context一层层将其转发到合适的Servlet（对于很多MVC是映射到一个Servlet，在根据之后的pathinfo解析分派到对应的处理函数）。

一个Context对应一个Web工程：

    <Context path="/projectOne" docBase="/home/xxx/xxx" reloadable="true" />

7.1 Servlet容器的启动

这里的config也是通过Tomcat.addWebApp的重载版本中调用构造器创建的，传入该方法进行设置；contextPath和docBase分别对应Web应用的访问路径和物理路径。
（1）新增Web应用，设置访问路径，工作目录监听器，创建注入ContextConfig对象；

    public Context addWebapp(Host host, String contextPath, String docBase, ContextConfig config) {        silence(host, contextPath);        Context ctx = createContext(host, contextPath);        //设置访问路径        ctx.setPath(contextPath);        //设置物理工作目录         ctx.setDocBase(docBase);        //添加监听器        ctx.addLifecycleListener(new DefaultWebXmlListener());        ctx.setConfigFile(getWebappConfigFile(docBase, contextPath));        //ContextConfig也同样实现了监听接口        ctx.addLifecycleListener(config);        // prevent it from looking ( if it finds one - it'll have dup error )        config.setDefaultWebXml(noDefaultWebXmlPath());        //将Servlet容器（Context）添加到Host下        if (host == null) {            getHost().addChild(ctx);        } else {            host.addChild(ctx);        }        return ctx;    }

（2）Tomcat启动Tomcat.start()：
Tomcat中启动中使用了观察者设计模式，所有容器实现了LifeCycle接口（也就是Observable），所有修改和状态变化由容器通知已注册的Observer（Listener）。

（3）Context容器初始化：
当Context容器初始化状态为init时，ContextConfig实现了LifeCycleListener接口，之前在addWebApp()已经将其注册到了Context中，这时会被调用。ContextConfig负责整个Web应用配置文件的解析工作，在ContextConfig.init()方法中（包括/conf目录下的context.xml，默认HOST配置文件/server.xml，Context自身的配置文件）。

（4）配置文件解析完成后调用Context.startInternal：这个方法十分重要，包含很多工作，之后要涉及的比如Web应用初始化，servlet的创建初始化（loadOnStartup的），Filter的创建和初始化等等都是这个方法子环节：

创建读取资源文件的对象；
创建ClassLoader对象（WepAppClassLoader，加载Web应用目录lib下的jar包中的类，不同Web应用这里相互隔离）；
设置应用的工作目录‘；
启动相关的辅助类（logger，realm，resources等）；
修改启动状态，通知感兴趣的观察者；
子容器的初始化；
获取ServletContext并设置必要的参数；
创建并初始化Filter；
初始化LoadOnStartup的Servlet；

（5）Web应用初始化：
在上面说过Context.startInternal方法中会“修改启动状态，通知感兴趣的观察者”，查看该方法源码可以发现：

    fireLifecycleEvent(Lifecycle.CONFIGURE_START_EVENT, null);

这个方法通知注册对于CONFIGURE_START_EVENT感兴趣的监听器，就包括ContextConfig，这时ContextConfig调用configureStart方法开始Web应用的初始化工作，主要的工作就是web.xml文件的解析（包括全局的web.xml，应用自己的web.xml，jar包中META-INF/web-fragment.xml，注解的读取，解析，合并）。

这些web.xml部署描述符和注解是依据Serlvet规范的，WebXml对象将它们抽象组装成StandardWapper，Tomcat容器内部的表示方法，而不是直接强耦合于Serlvet规范。

这个过程将我们熟悉的Serlvet，Filter，Multipart配置抽象包装成StandardWrapper对象，作为子容器添加到Context中，Context容器是真正运行Servlet的Servlet容器，一个Web应用一个Context容器。

7.2 创建Servlet实例

这个工作是在Context.startInternal()中开始的：

    if (ok) {        if (!loadOnStartup(findChildren())) {            log.error(sm.getString("standardContext.servletFail"));            ok = false;        }    }

在StandardContext.loadOnStartup对loadOnstartup值大于等于0的StandardWrapper调用其load方法，开始创建和初始化Servlet对象。

/conf/web.xml全局的部署描述符中定义两个Servlet：
org.apache.catalina.servlets.DefaultServlet和org.apache.jasper.servlet.JspServlet（loadOnStartup分别是1和3）；根据/conf/web.xml总的定义我们可以知道它们分别是处理静态资源和jsp文件请求的Servlet。

7.2.1 创建Servlet对象：Servlet创建中的单例模式（synchronized+反射创建）

之前在介绍Servlet规范时，我们提及了Servlet是单例的，这里就看看Tomcat是怎样支持这一规范要求的。

首先，根据前面的知识，已经知道我们在部署描述符中定义的每个Servlet会被解析组装成对应一个StandardWrapper对象，也正是这个对象负责创建Servlet；创建就在StandardWrapper.loadServlet方法中，下面来看看这个方法的一些关键步骤：

（1）基于synchronized同步控制，保证create-if-not的原子性/内存可见性：

    public synchronized Servlet loadServlet() throws ServletException

这里到没有DCL，静态内部类，枚举等丰富多彩的单例模式实现方法，其中也没有什么比较特别耗时的操作；但是这也说明了Serlvet使用LoadOnStartup可以避免在Web应用运行的时候因为创建Servlet的一些同步开销。

（2）如果单例已存在，直接返回：

// Nothing to do if we already have an          instance or an instance pool        if (!singleThreadModel && (instance != null))            return instance;

singleThreadModel（以下简称STM）前面已经说过使用对象池来保证不会有两个线程使用同一个Servlet实例（但这不是一个好办法）。

（3）获取InstatnceManager实例：

    InstanceManager instanceManager = ((StandardContext)getParent()).getInstanceManager();

（4）InstanceManager通过反射创建servlet实例：

            try {                servlet = (Servlet) instanceManager.newInstance(servletClass);            } catch (ClassCastException e) {                /* 略 */            } catch (Throwable e) {                /* 略 */            }

（5）开始初始化Servlet，初始化完成后通知执行回调：

    initServlet(servlet);    fireContainerEvent("load", this);

7.2.2 初始化Servlet

在上面一小节的StandardWrapper.loadServlet的结尾开始进行Servlet的初始化工作（根据StandardWrapper的源码，initServlet方法一般会在loadServlet调用后，检查如果没有完成初始化就进行调用，因为loadServlet可能因为一些异常，比如UnavailableException等原因中途退出而没有完成初始化）。

initServlet方法中有大量的回调事件通知：

    InstanceEvent.BEFORE_INIT_EVENT    /* servlet.init(facade)*/    InstanceEvent.AFTER_INIT_EVENT

（1）基于synchronized关键字的同步控制：

    private synchronized void initServlet(Servlet servlet)            throws ServletException

（2）如果已经初始化过了或者不是STM模式直接返回：

    if (instanceInitialized && !singleThreadModel) return;

（3）将StandardWrapper包装成StandardWrapperFacade作为ServletConfig传给Servlet，调用Servlet.init(facade)：

            if( Globals.IS_SECURITY_ENABLED) {                /* 略：SecurityUtil.doAsPrivilege方法调用 */            } else {                servlet.init(facade);            }            instanceInitialized = true;

（4）GenericServlet（HttpServlet，JspServlet基类）的init注入保存了ServletConfig对象。
如果Servlet是JspServlet，需要编译这个JSP文件为类，并初始化这个类。

7.3 Serlvet核心结构和门面设计模式

Servet直接相关的几个类：ServletConfig，ServletReuqest，ServletResponse。

Tomcat容器中使用内部的表示方法，通过门面设计模式将Facade对象传递给Servlet：

从这个类图中，我们可以看到ServletConfig和ServletContext与Servlet的关系，以及Tomcat对它们的实现：
（1）一个ServletContext对应多个Servlet，Tomcat中的实现类型是ApplicationContext，ApplicationContextFacade是它的门面类；
（2）一个ServletConfig对应一个Servlet，Tomcat中的实现类型是StandardWrapper，StandardWrapperFacade是其门面类；
（3）ServletConfig是Servlet配置集合，ServletContext是容器内所有Servlet的“交易环境”；
（4）Servlet桶构init方法获取ServletConfig（实际上是StandardWrapperFacade对象）；
（5）ApplicationContext和StandardWrapper都是在StandardContext中创建的。

Request和Response：

Tomcat同样使用内部表示<—>门面类<—>传入Servlet；

（1）Tomcat接收到请求后创建org.apache.coyote.Request和org.apache.coyote.Resposne，这两个类是轻量级的类，对象很小；这是有Tomcat内部工作线程创建的；
（2）将org.apache.coyote.Request和org.apache.coyote.Resposne传递给用户线程，创建org.apache.catalina.connector.Request和org.apache.catalina.connector.Resposne，这两个对象一直整个Servlet容器直到要传给Servlet；
（3）创建门面类RequestFacade和ResponseFacade给Servlet；

7.3 请求和映射/分派

Tomcat8通过org.apache.catalina.mapper（和Tomcat7位置有差别）保存容器中所有子容器的信息，在org.apache.catalina.connector.Request进入Container容器前，Mapper会根据这次请求的hostname和contextPath将host和context容器设置到Request的mappingData属性中。

这里同样使用观察者模式，MappingListener注册到Engine，Host各级容器上，容器状态发生变化就通知它变化更新到Mapper中。

根据Mapper可以确定将请求分派到哪个Host和哪个Servlet容器上以及哪个Servlet上，在传到Servlet前，通过Filter链并在这个过程中调用可能的Listener，最终执行Servlet的service方法。

7.4 Listener的体系结构和创建

Servlet规范中定义了很多监听器，基于观察者模式将主要流程的控制/管理和事件的响应处理分离。主要分为两类：
（1）LifeCycleListener：ServletContextListener，HttpSessionListener；监听目标对象的创建和销毁事件；
（2）EventListener：ServletContextAttributeListener，ServletRequestAttributeListener，ServletRequestListener，HttpSessionAttributeListener等等；

PS：ServletContextListeer在容器启动之后不能在添加新的，因为容器启动这个事件不会再次发生；我们可以在ServletContainerInitializer中创建配置它。

Listener的创建

再次回到StandardContext.startInternal方法中：

    if (ok) {        if (!listenerStart()) {           log.error(sm.getString("standardContext.listenerFail"));           ok = false;        }    }

这里的关键还是listenerStart方法，该方法在StandardContext.filterStart之前，我们来看一看这个方法的关键步骤：
（1）反射创建所有Listener：

// Instantiate the required listenersString listeners[] = findApplicationListeners();Object results[] = new Object[listeners.length];boolean ok = true;for (int i = 0; i < results.length; i++) {    /* 略 */    try {        String listener = listeners[i];        results[i] = getInstanceManager().newInstance(listener);    } catch (Throwable t) {        /* 略 */        ok = false;    }}

（2）将监听器整理为eventListeners和lifecycleListeners两类：

// Sort listeners in two arraysArrayList<Object> eventListeners = new ArrayList<>();ArrayList<Object> lifecycleListeners = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < results.length; i++) {    if ((results[i] instanceof ServletContextAttributeListener)        || (results[i] instanceof ServletRequestAttributeListener)        || (results[i] instanceof ServletRequestListener)        || (results[i] instanceof HttpSessionIdListener)        || (results[i] instanceof HttpSessionAttributeListener)) {        eventListeners.add(results[i]);    }    if ((results[i] instanceof ServletContextListener)        || (results[i] instanceof HttpSessionListener)) {        lifecycleListeners.add(results[i]);    }}

（3）将Intializers或其他通过编程方式添加的监听添加到位：
这里就不一定是反射创建的了，在ServletContainerInitializer.onStratup中我们可以通过构造器来创建指定的listener；

// Listener instances may have been added directly to this Context by        // ServletContextInitializers and other code via the pluggability APIs.        // Put them these listeners after the ones defined in web.xml and/or        // annotations then overwrite the list of instances with the new, full        // list.        for (Object eventListener: getApplicationEventListeners()) {            eventListeners.add(eventListener);        }        setApplicationEventListeners(eventListeners.toArray());        for (Object lifecycleListener: getApplicationLifecycleListeners()) {            lifecycleListeners.add(lifecycleListener);            if (lifecycleListener instanceof ServletContextListener) {                noPluggabilityListeners.add(lifecycleListener);            }        }        setApplicationLifecycleListeners(lifecycleListeners.toArray());

（4）调用ServletContextListener的contextInitialized；

7.5 Filter的创建，初始化和使用

Filter的创建

回到StandardContext.startInternal方法中：

        // Configure and call application filters        if (ok) {            if (!filterStart()) {                log.error(sm.getString("standardContext.filterFail"));                ok = false;            }        }

StandardContext.filterStart中将根据配置创建所有的ApplicationFilterConfig以及根据FilterClass反射创建爱Filter实例，实际上还是通过（synchronized+反射创建保证单例），该方法在StandardContext.loadOnStartup之前调用。

Filter链的结构和调用过程

上面我们根据Servlet规范介绍了Filter的基本情况。这里结合Tomcat 8具体介绍下Filter的创建，初始和相关细节。

Tomcat容器主要通过ApplicationFilterChain管理和执行过滤器链。它通过一个数组保存所有Filter的FilterConfig对象，在Tomcat中是ApplicationFilterConfig（每个FilterConfig包含一个Filter引用）。

    private ApplicationFilterConfig[] filters =        new ApplicationFilterConfig[0];

该数组是一个大小动态增长的数组（每次增长10）。处理请求时通过ApplicationFilterChain.doFilter该方法会调用数组中每个Filter.doFilter。

7.6 Initializer，Listener，Filter，Servlet的创建/初始化，销毁顺序

Listener，Filter，Servlet的创建和初始化上面已经结合Tomcat 8的实现进行了总结说明。它们都是在StandardContext.startInternal这一生命周期方法中进行的。加上Initializer顺序依次是：
Initaializer—>Listener—>Filter—>Servlet（loadOnstart）；

因为前面没有提及Intializer的相关知识，我们在这里介绍下：
ServletContainInitalizer是Java EE 6中Servlet 3.0的新增接口；它的onStartup方法是一个web应用中我们的代码可以控制到的最早时间点。

它不需要通过web.xml部署描述符来定义，需要在/META-INF/services/javax.servlet.ServletContainerInitializer中列出具体的实现，Servlet容器在启动时会自动扫描加载它们并调用onStartUp方法。但是文件不能放在WAR文件的/META-INF/services中，而是需要放在JAR文件的/META-INF/services中，这样就很不方便。如果你使用Spring的话，Spring Framework提供了一个桥接口，在Spring中SpringServletContainerInitializer类实现了ServletContainerInitializer接口，Spring的JAR中列出了SpringServletContainerInitializer，如下。在SpringServletContainerInitializer中会扫描所有WebApplicationInitializer的实现，调用它们的onStartUp方法，因此我们不必在劳神费心了。

Initializer的调用

StandardContext.startInternal中在lislistener，filter，servlet（loadOnStartup）之前对所有的ServletContainerInitializers进行调用：

// Call ServletContainerInitializersfor (Map.Entry<ServletContainerInitializer, Set<Class<?>>> entry :    initializers.entrySet()) {    try {        entry.getKey().onStartup(entry.getValue(),                getServletContext());    } catch (ServletException e) {        log.error(sm.getString("standardContext.sciFail"), e);        ok = false;        break;    }}

因此，我们可以看到，根据规范结合实现，Initializer中可以配置servlets，filters和listeners；在ServletContextListener可以配置其他的listener（因此listenerStart中分了两步加载），filters和servlets；而Filter链在Servlet之前调用。因此我们能看到这样一个顺序：
Initaializer—>Listener—>Filter—>Servlet（loadOnstart）；

销毁顺序

和C++构造&析构等等这类东西很相似，它们的销毁顺序和加载/初始化顺序是相反的。

结合Servlet规范中一些定义，我们也能看到上述初始化和销毁顺序，这也是必须要理解明白的重要知识点。