Java Web开发API Boy如何进阶？

1. Servlet

首先介绍JavaWeb开发中的第一个名词Servlet。

通过维基百科上的介绍，我们知道：

3）Servlet运行在Web服务器（比如Tomcat）中，当Web服务器接收到一个Http请求，Web服务器解析出request，并生成一个空的response，把这两个参数传给Servlet，接下来在Servlet中进行逻辑处理，最终把结果数据response给到Web服务器，再响应给请求端。

2. Jsp

了解了Servlet之后，不得不提的一个名词是Jsp，虽然现在前后端分离的Web开发方式下，已经比较少听到Jsp了，不过还是值得我们了解一下。

从浏览器请求一个HTML网页文件，可以渲染出一个静态网页。通过维基百科上的介绍，我们知道：

4）Jsp可以根据客户端的请求，动态的生成HTML等Web网页，最终返回给浏览器渲染出网页。

3. Servlet容器（以Tomcat为例）

现在进行Java Web的开发，通常直接就上Spring MVC/Spring Boot框架了，在Controller里面就开始处理请求request→做逻辑→最后返回response，让初学者很容易混淆HTTP服务器，Servlet容器与Spring框架的关系。这里先介绍一个常见的Web服务器Apache Tomcat，它本身包含了HTTP服务器，所以可以响应HTTP请求；同时它实现了对Servlet和JSP的支持，即我们自己编写的Servlet类可以运行在Tomcat这个Servlet容器中。

介绍到这里，大家是否已经对Java Web开发流程有了一些更清晰的认识：

1）前端发送的Http请求到Tomcat，Tomcat中包含可以响应HTTP请求的HTTP服务器。

2）Tomcat先解析HTTP请求中的参数，new一个request对象并赋值，同时会new一个空的response对象。

• 如果请求的是静态资源，比如HTML页面，Tomcat会用自带的DefaultServlet处理请求，并将资源直接返回给前端。（正规的项目通常不会用Tomcat做静态资源服务器，因为所有资源请求都会通过DefaultServlet处理，会占用大量线程，极大影响性能，通常会前置一个静态资源服务器（nginx，apache），不仅做负载均衡，还能够高效处理返回静态文件。）

• 如果请求的是动态资源，则用的是我们自己写的Servlet进行处理。

4）Servlet类中进行逻辑处理，最后把结果数据set到response对象中。

5）再给回到Tomcat，再给回到前端。

所以我们用Spring/Spring Boot框架的时候，主要逻辑代码其实是在Servlet类及其调用类中，然后网络通信相关的工作是Web服务器帮忙做的。

Tomcat服务器 = Web服务器 + Servlet/JSP容器。

4. Listener

Java Web开发时候，主要逻辑代码的入口是Servlet的实现类，除此之外，还可以通过监听器Listener实现一部分逻辑。在JavaWeb中Listener是Servlet规范定义的一种特殊类，主要用于监听指定对象（JavaWeb三大域对象）的特定事件（创建、销毁以及其属性变更），并进行响应处理。Listener是Servlet提供的扩展功能接口，有了这些扩展功能接口，我们就可以比较方便实现一些功能，比如统计网站的同时在线人数，可以使用HttpSessionListener，当Session创建时在线人数+1，Session销毁时在线人数-1，如果没有提供Listener，实现起来就会更加复杂。

介绍Listener之前，先介绍一下JavaWeb的三大域对象，ServletContext、HttpSession、ServletRequest。域对象有点像大型的map，可以通过getAttribute()和setAttribute()方法，存储/获取数据。

• ServletContext 域：

作用范围：整个Web应用（应用范围）。

• ServletRequest 域：

作用范围：（请求范围）整个请求链（请求转发也存在）。

• HttpSession 域：

作用范围：一次会话。

• ServletContextListener

• ServletContextAttributeListener

• HttpSessionListener

• HttpSessionAttributeListener

• ServletRequestListener

• ServletRequestAttributeListener

每当Tomcat创建或销毁三大域对象，三大域对象调用get/setAttribute()方法，都会被这些Listener发现，然后触发调用指定的方法。Listener的实现是利用“观察者模式（Observer）”，有兴趣的读者可以自行搜索一下。

5. Filter

Filter有什么用？我们先看一个业务场景，我们的Web应用，我们希望在用户访问之前，先进行用户身份的确认，任何一次的访问，不管是访问Servlet的动态资源，还是访问Html的静态资源，都需要进行身份的确认。

我们知道从3中知道，在访问动态资源的Servlet时，我们是可以前置一段权限校验的代码，但是每一个Servlet都需要加上这一段严重耦合的重复代码，非常不合理；在访问静态资源，会通过Tomcat自带的DefaultServlet进行处理，我们没有办法修改它，没有办法添加权限校验的代码。

所以这里就需要一个新的环节，位于用户请求和Servlet之间，每一个用户请求，都先经过这个环节，这个环节中可以进行逻辑处理，然后再决定请求是否到达Servlet，这个环节就是Filter。

Filter的底层实现用到了责任链模式（FilterChain），有兴趣的同学可以自行查阅一下，可以将多个写好的Filter给串起来，请求访问的时候按照顺序执行。Filter在使用上是非常简单的，和Listener一样，只需要配置xml或者通过注解的方式配置，然后实现对应接口即可。Filter是属于Tomcat服务器的，Tomcat也有容器对象管理的功能，在初始化的时候，将配置好的Filter注册到FilterChain中。

介绍到这里，Java Web的开发流程就比较清晰了：

9）Servlet处理请求，响应结果，我们写的Servlet被执行。

6. Servlet映射器

Servlet还有一点可能会造成一些困惑的地方，我们知道在web.xml中配置<servlet-mapping>标签或者注解方式配置：

但是对于每一个请求的URL，是怎么对应上正确的Servlet的呢？具体的映射规则是由Tomcat中的Mapper类提供的，其中提供了精准匹配、前缀匹配、扩展名匹配等7种匹配规则，匹配之后：

• 对于静态资源，Tomcat会交由一个叫做DefaultServlet的类来处理；
• 对于JSP，Tomcat会交由一个叫做JspServlet的类来处理；

• 对于Servlet ，Tomcat会交由一个叫做 InvokerServlet的类来处理。

现在在实际的开发中，已经不会直接利用Tomcat的Mapper类来做映射了，一般会利用Spring MVC模块中的HandlerMapping来做映射，可以参考下一节的第4部分。

7. Cookie与Session

由于客户端与服务端是通过HTTP协议通信，但HTTP是一种无状态协议，即客户端第二次来访时，服务端无法判断该客户端是否来访过。会话跟踪常用的有两种技术：Cookie和Session，Session底层依赖于Cookie。

在学习Web开发之前，接触到Cookie就是，偶尔需要清除浏览器的Cookie缓存，大概知道Cookie是一个存在于客户端的缓存信息。实际也就是这样，Cookie是一份数据，是服务端响应给客户端，并且存储在客户端的一份小数据。下次客户端访问服务端时，会自动带上这个Cookie。Cookie也可以设置不同的保持方式和存活时间，比如存在浏览器内存（浏览器关闭即清除）或者可以持久化到磁盘等。这样访问同一个网站的不同页面，只需要登陆一次，其他页面都可以通过Cookie进行鉴权。

不过Cookie也有一些不足，比如将密码等敏感信息存在客户端会有安全问题，Cookie包含信息太多会有传输效率问题等，所以就有了Session。Session是存在于服务端的东西，像一个大Map，以键值对的形式存储数据。将之前要通过Cookie回传给客户端的数据保存在客户端的Session中，并生成一个JSESSIONID，此时只需要将JSESSIONID通过Cookie回传给客户端即可，客户端下次请求只需要带上JSESSIONID，即可在服务端找到对应的信息。

8. 跨域问题及解决方案

Ajax跨域问题，这个课程讲的非常详细了，简洁明了，大家可以直接观看：Ajax跨域完全讲解（https://www.imooc.com/learn/947）。

在了解了Java Web开发的底层技术之后，我们就可以通过使用框架来提升开发效率了。框架就是对这些底层技术进行一系列的封装，简化我们的开发流程，提升研发效率。Java企业应用开发，应用最广的应该就是Spring框架了。打开Spring的官网，可以看到Spring框架中包含了非常多的组件，这里我简单介绍一下Spring Framework中的部分核心能力，包括Spring Core（提供控制反转（IoC）和依赖注入（DI））、Spring AOP（提供面向切面编程能力）和Spring MVC（Spring Framework中的重要Web模块），简单来说，Spring是一个控制反转（IoC）和面向切面（AOP）的容器框架。

1. 控制反转（IoC）和依赖注入（DI）

控制反转（IoC）就是，原本代码中我们需要自己new对象，给对象赋值，自己控制对象的创建和依赖，比如

现在控制权反转给了Spring框架，Spring容器框架会帮忙new各种对象，并记录着对象之间的关系，当需要依赖一个对象的时候，直接找Spring容器，Spring容器自动注入，比如

Spring框架负责控制对象的生命周期和对象之间的关系。IoC容器在其他语言中也有应用，并非Spirng特有。IoC容器实际上就是个map（key，value），里面存放各种对象。IoC容器负责创建对象，将对象连接在一起，配置这些对象，直到它们被完全销毁。有大量的资料介绍IoC和DI的好处，比如解耦依赖，增加可扩展性。我能感受到一个比较直观的好处，比如sevice接口的实现类是ServiceImpl1，然后要改成ServiceImpl2，不用Spring这里就需要修改源码再重新编译；如果用Spring的话，修改配置文件即可，依赖注入的时候即会注入新的实现类。

2. Spring AOP

AOP（Aspect Oriented Programming 面向切面编程），最典型的应用就是通过将一些公共代码，封装成一个切面类，从而在需要使用的地方，非常方便的切入复用，大量减少重复代码。比如日志采集，权限鉴定，事务管理等。

Spring AOP的实现是基于动态代理，动态代理做了什么，即原始对象Target，执行方法do()；动态代理之后得到动态代理对象Proxy，在执行方法do()的前后，会执行代理前逻辑和代理后逻辑。底层实现方式有两种：一种是 JDK 动态代理(JDK Proxy)，另一种是 CGLib(Code Generation Library(基于字节码操作)) 的方式。表现形式是：

3. ContextLoaderListener

在第一部分的4中介绍了Listener，主要介绍了Tomcat负责的三大域对象相关的6个Listener。在学习Spring之后，需要再介绍一个监听器Listener，ContextLoaderListener，它是由Spring容器框架负责并提供的。在使用Spring的项目中，我们需要在web.xml中配置它，比如这样：

我们通过ContextLoaderListener的代码实现，来看看它实现了什么功能。

Spring实现了Tomcat提供的ServletContextListener接口，继承了ContextLoader，写了一个监听器ContextLoaderListener来监听Web项目启动。一旦项目启动，会触发ContextLoaderListener中的特定方法，initWebApplicationContext()方法就是用来初始化Spring的IoC容器。

ContextLoaderListener的作用就是启动Web容器时，通过web.xml中的配置，读取在contextConfigLocation中定义的xml文件，通过反射创建对象，自动装配ApplicationContext的配置信息，并产生WebApplicationContext（即IoC容器）对象，然后将这个对象放置ServletContext的属性里。这样我们就可以通过Servlet得到WebApplicationContext对象，并利用这个对象访问Spring容器管理的bean对象。简单来说，就是上面这段配置为项目提供了Spring支持，初始化了Ioc容器。

4. Spring MVC

介绍Spring MVC之前，需要简单介绍一下Web开发的MVC模式。即：

• M（Model），主要代表了逻辑处理、数据处理层（service、dao、entity）;
• V（View），主要代表了前端展示层（jsp、html）；

• C（Controller），主要代表了接受请求，调用对应的Model层，根据Model结果渲染对应的View层。

对应上Web请求就是，用户Http请求到达Servlet（Controller），然后调用相应的逻辑处理类（Model），最后把结果数据交给Jsp模版（View）渲染，最后将渲染完成的结果页面返回给用户，这样的模式就称为 MVC 模式。要说MVC的优点，就需要提一下特别早期，前后端没有分离时候的开发模式，Java代码和Html代码直接耦合，前后端开发互相依赖，都开发完才能测试。当过渡到MVC模式后，前端同学可以专注写View层，后段同学写Model层，然后通过Controller将Model层的结果数据，给到View层进行渲染。

Spring MVC是一款很优秀的 MVC 框架，是 Spring 的一个子模块，Spring 大家族中 的Web 模块，可以让我们的开发更便捷。直接从官方文档可以清晰的了解到Spring MVC框架的功能：Spring MVC框架是基于DispatcherServlet来设计的，DispatcherServlet根据可配置的映射（Mapping），将请求映射到相应的handlers（Model）类中进行逻辑处理；当在handlers中处理完获得结果数据，加上指定的逻辑view，一起传回DispatcherServlet；DispatcherServlet通过ViewResolver将逻辑view和对应的模版文件，解析成一个真正的View对象，View对象将Model中的数据渲染进来；最后返回给DispatcherServlet，再返回给请求方。尤其是现在前端通过Vie/React来开发，后台只需要提供一个json返回即可，通过Spring MVC更加简单，加上一个注解，直接将handlers处理完的结果数据，通过json形式返回给前端去渲染。

5. Interceptor

在上一部分的第5节中介绍了Filter，它依赖于Servlet容器，是实现了AOP编程思想的过滤器。作为当前最强的Java Web框架，Spring当然也提供了类似的能力，即Spring MVC中的Interceptor。Interceptor在使用方法（xml配置/注解）上和Filter是类似的，而且都利用了AOP的设计思想，不过在实现上还是有一些不同，这里主要说明一下区别：

4）Filter拦截范围在Http请求的前后，Interceptor可以在Spring的各个组件和各个方法间进行拦截加强。

6. Spring开发的两种方式XML和注解

Spring IoC容器中对象的定义，以及对象之间的依赖注入关系，可以通过XML配置和注解两种方式实现。

这里简单介绍一下Java中的注解，注解跟注释有所不同，注释就是写给人看的，而注解的目的，是可以提供给程序看的，作用有点类似于XML配置文件，比如：

怎么定义注解就不介绍了，定义了 @ComponentScan这样一个注解，并且在类/方法上使用了注解之后，怎么样生效呢？这部分工作是框架帮忙做的，框架会通过Java反射的方式，扫描出代码里出现了相关注解的类/方法，然后获取到注解里面的参数信息，然后进行逻辑处理，即通过注解的方式来减少复杂的配置文件。

Spring框架通过XML/注解的方式，定义IoC容器的对象（Bean），对象之间的DI（依赖注入）关系，方式比较灵活，组合方式多样，我这里提供一份讲解清楚的资料供大家学习。

最后主要讲一下XML方式相比注解方式最大的缺点，当项目变大之后，XML方式会导致配置复杂繁琐，并且会有很多冗余信息。所以在上手极快，开箱即用的Spring Boot中，默认就采用注解的方式进行配置，并且提供大量默认配置，极大降低了使用门槛。

Spring Boot并不是一个新技术，而是将原来的Spring项目进行了大量的默认配置，按照“Convention over configuration”（习惯优于配置）的理念，可以不用或者仅需很少的Spring配置，就能快速创建一个能够独立运行的基于Spring框架的项目（内嵌Servlet容器的jar包）。由于非常方便，直接通过一个Spring Boot搭建Web Server的例子，直观了解一下Spring Boot。

1. Spring Boot简介

IntelliJ IDEA 14.1开始已经支持Spring Boot了，创建Spring Boot项目操作步骤如下：在File菜单里面选择 New > Project，然后选择Spring Initializr，接着一步步Next即可，只需要几秒钟，就可以构建好一个Spring Boot框架的项目。

点击完之后，就已经初始化了一个Spring Boot框架的项目了，项目结构如下：

可以看到，除了几个空目录外，包含如下几个文件：

• pom.xml：Maven构建说明文件。
• DemoApplication.java：一个带有main()方法的类，用于启动应用程序（关键）。
• DemoApplicationTests.java：一个空的Junit测试类，它加载了一个使用Spring Boot字典配置功能的Spring应用程序上下文。
• application.properties：一个空的properties配置文件，可以根据需要，添加配置属性，作用是对一些默认配置的配置值进行修改。
• Greeting.java：一个用于Demo的POJO类。

• GreetingController.java：一个用于处理请求的Controller类。

直接点击右上角的运行按钮，项目就启动起来了，可以看到GreetingController类中，有一个@GetMapping注解中的参数是/greeting，打开浏览器，请求http://localhost:8080/greeting，就可以从浏览器发送Http请求，通过基于Spring Boot框架的Web Server处理请求，并返回一个json字符串。

Spring Boot项目的pom.xml和普通的Spring项目的pom.xml有一些区别，首先它有一个<parent>父级依赖，在spring-boot-starter-parent中提供了很多默认的配置，这些配置可以大大简化我们的开发。通过继承spring-boot-starter-parent，默认具备了如下功能：Java版本、源码的文件编码方式（UTF-8）、依赖管理、打包支持、动态识别资源、识别插件配置、识别不同的配置（如：application-dev.properties 和 application-dev.yml），以上继承来的特性有的并非直接继承自spring-boot-starter-parent，而是继承自spring-boot-starter-parent的父级spring-boot-dependencies。并且可以通过<properties>标签覆盖parent中包含依赖包的版本，例如截图中设置了<java.version>1.8</java.version>。

Spring Boot提供了很多“开箱即用”的依赖模块，都是以spring-boot-starter-xx作为命名的。比如需要web能力，直接依赖spring-boot-starter-web，Maven会帮忙处理好Web能力背后所需的复杂依赖关系。

最后就是Spring Boot Maven插件，spring-boot-maven-plugin提供了许多方便的功能：把项目打包成一个可执行JAR（uber-JAR），包括把应用程序的所有依赖打入JAR文件内，并为JAR添加一个描述文件，其中的内容能让你用java -jar来运行应用程序；搜索public static void main()方法来标记为可运行类。

DemoApplication.java 是一个很关键的启动类，程序的入口就是这里。@SpringBootApplication是Sprnig Boot项目的核心注解，主要目的是开启自动配置。main方法就是一个标准的Java应用的main的方法，主要作用是作为项目启动的入口。此处通过对@SpringBootApplication注解和SpringApplication.run(DemoApplication.class, args)方法的底层实现，来了解Spring Boot为何能够如此方便。

1）@SpringBootApplication注解

• @SpringBootConfiguration（起作用的部分是其背后的@Configuration）
• @EnableAutoConfiguration

• @ComponentScan

其中，@Configuration和@ComponentScan这两个注解都是第二部分的6中提到过的Spring的常用注解。

先看@Configuration，Spring IoC容器要用JavaConfig形式的配置类，需要使用@Configuration注解，Spring Boot社区推荐使用基于JavaConfig的配置形式，这里的启动类标注了@Configuration之后，它也成为了一个Spring IoC容器的配置类。

再看@ComponentScan，它对应XML配置中的<context:component-scan base-package=""/>这个标签，@ComponentScan的功能其实就是自动扫描并加载符合条件的bean文件（比如@Component、@Repository、@Service、@Controller等），最终将这些文件定义的bean加载到IoC容器中。我们可以通过basePackages等属性指定@ComponentScan扫描的文件夹范围，如果不指定，Spring框架默认从声明@ComponentScan所在类的package进行扫描。所以Spring Boot的启动类最好是放在root package下，可以默认扫描整个项目。

最后看@EnableAutoConfiguration，它到定义中有@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)，借助EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以帮助Spring Boot应用将所有需要的依赖@Configuration配置都加载到当前Spring Boot的IoC容器。

@EnableAutoConfiguration会将哪些符合条件配置类加载进来呢，通过左上角Scroll from source这个按钮，找到EnableAutoConfiguration.java的工程，然后找到META-INF/spring.factories配置文件，其中key=org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration对应的配置类们，即为@EnableAutoConfiguration需要加载的配置类。

2）SpringApplication.run(DemoApplication.class, args) 方法

SpringApplication.run()方法做的事情比较多，比如创建一个SpringApplication对象实例，创建完之后，初始化SpringApplication对象，然后执行run方法。这个过程主要是加载各种各种预定义的配置文件，执行SpringApplicationRunListener的初始化方法，创建对应的ApplicationContext（IoC容器）并初始化等等，总的来说就是进行各种判断、各种配置文件加载、各种初始化。

在熟悉了Spring Boot之后，随着开发系统的规模越来越大，就会从单体架构的服务向分布式集群发展，而且随着微服务概念的兴起，微服务的治理也变得重要起来，这时候Spring Cloud这类框架就出现了。这个Spring Cloud系列教程（https://how2j.cn/k/springcloud/springcloud-intro/2035.html）作为入门级的概念了解，讲得不错，推荐给大家，阅读完耗时1-2小时。

本文对Java Web开发技术进行了梳理，只有清楚这些概念及其之间的关系，进行工业级的Java Web应用开发才能得心应手，对于有兴趣进行底层框架（比如Trpc-Java）开发的同学，也能够更快上手。

王展雄，腾讯大数据高级工程师，负责腾讯看点“实时/离线”数据查询系统相关研发工作，硕士毕业于复旦大学计算机科学技术学院。

注：作者所属团队「腾讯看点数据团队」，分布于深圳、上海、北京，汇聚了海内外顶级学府的优秀人才，致力于打造业界一流的数据团队，欢迎更多有识之士加入。招聘岗位：数据研发工程师、数据科学家、数据挖掘工程师等，详情参考：https://careers.tencent.com/search.html?keyword=35605

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