Servlet 3.0 新特性详解

Servlet 3.0 新特性详解

Servlet 3.0 新特性概述
Servlet 3.0 作为 Java EE 6 规范体系中一员，随着 Java EE 6 规范一起发布。该版本在前一版本（Servlet 2.5）的基础上提供了若干新特性用于简化 Web 应用的开发和部署。其中有几项特性的引入让开发者感到非常兴奋，同时也获得了 Java 社区的一片赞誉之声：
1. 异步处理支持：有了该特性，Servlet 线程不再需要一直阻塞，直到业务处理完毕才能再输出响应，最后才结束该 Servlet 线程。在接收到请求之后，Servlet 线程可以将耗时的操作委派给另一个线程来完成，自己在不生成响应的情况下返回至容器。针对业务处理较耗时的情况，这将大大减少服务器资源的占用，并且提高 并发处理速度。
2. 新增的注解支持：该版本新增了若干注解，用于简化 Servlet、过滤器（Filter）和监听器（Listener）的声明，这使得 web.xml 部署描述文件从该版本开始不再是必选的了。
3. 可插性支持：熟悉 Struts2 的开发者一定会对其通过插件的方式与包括 Spring 在内的各种常用框架的整合特性记忆犹新。将相应的插件封装成 JAR 包并放在类路径下，Struts2 运行时便能自动加载这些插件。现在 Servlet 3.0 提供了类似的特性，开发者可以通过插件的方式很方便的扩充已有 Web 应用的功能，而不需要修改原有的应用。
下面我们将逐一讲解这些新特性，通过下面的学习，读者将能够明晰了解 Servlet 3.0 的变化，并能够顺利使用它进行日常的开发工作。

异步处理支持

Servlet 3.0 之前，一个普通 Servlet 的主要工作流程大致如下：
首先，Servlet 接收到请求之后，可能需要对请求携带的数据进行一些预处理；
接着，调用业务接口的某些方法，以完成业务处理；
最后，根据处理的结果提交响 应，Servlet 线程结束。
其中第二步的业务处理通常是最耗时的，这主要体现在数据库操作，以及其它的跨网络调用等，在此过程中，Servlet 线程一直处于阻塞状态，直到业务方法执行完毕。在处理业务的过程中，Servlet 资源一直被占用而得不到释放，对于并发较大的应用，这有可能造成性能的瓶颈。对此，在以前通常是采用私有解决方案来提前结束 Servlet 线程，并及时释放资源。
Servlet 3.0 针对这个问题做了开创性的工作，现在通过使用 Servlet 3.0 的异步处理支持，之前的 Servlet 处理流程可以调整为如下的过程：
首先，Servlet 接收到请求之后，可能首先需要对请求携带的数据进行一些预处理；
接着，Servlet 线程将请求转交给一个异步线程来执行业务处理，线程本身返回至容器，此时 Servlet 还没有生成响应数据，异步线程处理完业务以后，可以直接生成响应数据（异步线程拥有 ServletRequest 和 ServletResponse 对象的引用），或者将请求继续转发给其它 Servlet。如此一来， Servlet 线程不再是一直处于阻塞状态以等待业务逻辑的处理，而是启动异步线程之后可以立即返回。
异步处理特性可以应用于 Servlet 和过滤器两种组件，由于异步处理的工作模式和普通工作模式在实现上有着本质的区别，因此默认情况下，Servlet 和过滤器并没有开启异步处理特性，如果希望使用该特性，则必须按照如下的方式启用：

1. 对于使用传统的部署描述文件 (web.xml) 配置 Servlet 和过滤器的情况，Servlet 3.0 为 <servlet> 和 <filter> 标签增加了 <async-supported> 子标签，该标签的默认取值为 false，要启用异步处理支持，则将其设为 true 即可。以 Servlet 为例，其配置方式如下所示：
<servlet>
<servlet-name>DemoServlet</servlet-name>
<servlet-class>footmark.servlet.Demo Servlet</servlet-class>
<async-supported>true</async-supported>
</servlet>

2. 对于使用 Servlet 3.0 提供的 @WebServlet 和 @WebFilter 进行 Servlet 或过滤器配置的情况，这两个注解都提供了 asyncSupported 属性，默认该属性的取值为 false，要启用异步处理支持，只需将该属性设置为 true 即可。以 @WebFilter 为例，其配置方式如下所示：
@WebFilter(urlPatterns = "/demo",asyncSupported = true)
public class DemoFilter implements Filter{...}

一个简单的模拟异步处理的 Servlet 示例如下：
@WebServlet(urlPatterns = "/demo", asyncSupported = true)
public class AsyncDemoServlet extends HttpServlet {
    @Override
    public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
    throws IOException, ServletException {
        resp.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
        PrintWriter out = resp.getWriter();
        out.println("进入Servlet的时间：" + new Date() + ".");
        out.flush();

        //在子线程中执行业务调用，并由其负责输出响应，主线程退出
        AsyncContext ctx = req.startAsync();
        new Thread(new Executor(ctx)).start();

        out.println("结束Servlet的时间：" + new Date() + ".");
        out.flush();
    }
}

public class Executor implements Runnable {
    private AsyncContext ctx = null;
    public Executor(AsyncContext ctx){
        this.ctx = ctx;
    }

    public void run(){
        try {
            //等待十秒钟，以模拟业务方法的执行
            Thread.sleep(10000);
            PrintWriter out = ctx.getResponse().getWriter();
            out.println("业务处理完毕的时间：" + new Date() + ".");
            out.flush();
            ctx.complete();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

除此之外，Servlet 3.0 还为异步处理提供了一个监听器，使用 AsyncListener 接口表示。它可以监控如下四种事件：
1. 异步线程开始时，调用 AsyncListener 的 onStartAsync(AsyncEvent event) 方法；
2. 异步线程出错时，调用 AsyncListener 的 onError(AsyncEvent event) 方法；
3. 异步线程执行超时，则调用 AsyncListener 的 onTimeout(AsyncEvent event) 方法；
4. 异步执行完毕时，调用 AsyncListener 的 onComplete(AsyncEvent event) 方法；
要注册一个 AsyncListener，只需将准备好的 AsyncListener 对象传递给 AsyncContext 对象的 addListener() 方法即可，如下所示：
AsyncContext ctx = req.startAsync();
ctx.addListener(new AsyncListener() {
    public void onComplete(AsyncEvent asyncEvent) throws IOException {
        // 做一些清理工作或者其他
    }
    ...
});

新增的注解支持

Servlet 3.0 的部署描述文件 web.xml 的顶层标签 <web-app> 有一个 metadata-complete 属性，该属性指定当前的部署描述文件是否是完全的。如果设置为 true，则容器在部署时将只依赖部署描述文件，忽略所有的注解（同时也会跳过 web-fragment.xml 的扫描，亦即禁用可插性支持）；如果不配置该属性，或者将其设置为 false，则表示启用注解支持（和可插性支持）。
@WebServlet
@WebServlet 用于将一个类声明为 Servlet，该注解将会在部署时被容器处理，容器将根据具体的属性配置将相应的类部署为 Servlet。该注解具有下表给出的一些常用属性（以下所有属性均为可选属性，但是 vlaue 或者 urlPatterns 通常是必需的，且二者不能共存，如果同时指定，通常是忽略 value 的取值）：

表 1. @WebServlet 主要属性列表
属性名 类型 描述
name String 指定 Servlet 的 name 属性，等价于 <servlet-name>。如果没有显式指定，则该 Servlet 的取值即为类的全限定名。
value String[] 该属性等价于 urlPatterns 属性。两个属性不能同时使用。
urlPatterns String[] 指定一组 Servlet 的 URL 匹配模式。等价于 <url-pattern> 标签。
loadOnStartup int 指定 Servlet 的加载顺序，等价于 <load-on-startup> 标签。
initParams WebInitParam[] 指定一组 Servlet 初始化参数，等价于 <init-param> 标签。
asyncSupported boolean 声明 Servlet 是否支持异步操作模式，等价于 <async-supported> 标签。
description String 该 Servlet 的描述信息，等价于 <description> 标签。
displayName String 该 Servlet 的显示名，通常配合工具使用，等价于 <display-name> 标签。

下面是一个简单的示例：
@WebServlet(urlPatterns = {"/simple"}, asyncSupported = true,
loadOnStartup = -1, name = "SimpleServlet", displayName = "ss",
initParams = {@WebInitParam(name = "username", value = "tom")}
)
public class SimpleServlet extends HttpServlet{ … }

如此配置之后，就可以不必在 web.xml 中配置相应的 <servlet> 和 <servlet-mapping> 元素了，容器会在部署时根据指定的属性将该类发布为 Servlet。它的等价的 web.xml 配置形式如下：
<servlet>
<display-name>ss</display-name>
<servlet-name>SimpleServlet</servlet-name>
<servlet-class>footmark.servlet.SimpleServlet</servlet-class>
<load-on-startup>-1</load-on-startup>
<async-supported>true</async-supported>
<init-param>
<param-name>username</param-name>
<param-value>tom</param-value>
</init-param>
</servlet>
<servlet-mapping>
<servlet-name>SimpleServlet</servlet-name>
<url-pattern>/simple</url-pattern>
</servlet-mapping>

@WebInitParam
该注解通常不单独使用，而是配合 @WebServlet 或者 @WebFilter 使用。它的作用是为 Servlet 或者过滤器指定初始化参数，这等价于 web.xml 中 <servlet> 和 <filter> 的 <init-param> 子标签。@WebInitParam 具有下表给出的一些常用属性：

表 2. @WebInitParam 的常用属性
属性名 类型 是否可选 描述
name String 否 指定参数的名字，等价于 <param-name>。
value String 否 指定参数的值，等价于 <param-value>。
description String 是 关于参数的描述，等价于 <description>。

@WebFilter
@WebFilter 用于将一个类声明为过滤器，该注解将会在部署时被容器处理，容器将根据具体的属性配置将相应的类部署为过滤器。该注解具有下表给出的一些常用属性 ( 以下所有属性均为可选属性，但是 value、urlPatterns、servletNames 三者必需至少包含一个，且 value 和 urlPatterns 不能共存，如果同时指定，通常忽略 value 的取值 )：

表 3. @WebFilter 的常用属性
属性名 类型 描述
filterName String 指定过滤器的 name 属性，等价于 <filter-name>
value String[] 该属性等价于 urlPatterns 属性。但是两者不应该同时使用。
urlPatterns String[] 指定一组过滤器的 URL 匹配模式。等价于 <url-pattern> 标签。
servletNames String[] 指定过滤器将应用于哪些 Servlet。取值是 @WebServlet 中的 name 属性的取值，或者是 web.xml 中 <servlet-name> 的取值。
dispatcherTypes DispatcherType 指定过滤器的转发模式。具体取值包括：
ASYNC、ERROR、FORWARD、INCLUDE、REQUEST。
initParams WebInitParam[] 指定一组过滤器初始化参数，等价于 <init-param> 标签。
asyncSupported boolean 声明过滤器是否支持异步操作模式，等价于 <async-supported> 标签。
description String 该过滤器的描述信息，等价于 <description> 标签。
displayName String 该过滤器的显示名，通常配合工具使用，等价于 <display-name> 标签。

下面是一个简单的示例：
@WebFilter(servletNames = {"SimpleServlet"},filterName="SimpleFilter")
public class LessThanSixFilter implements Filter{...}

如此配置之后，就可以不必在 web.xml 中配置相应的 <filter> 和 <filter-mapping> 元素了，容器会在部署时根据指定的属性将该类发布为过滤器。它等价的 web.xml 中的配置形式为：
<filter>
<filter-name>SimpleFilter</filter-name>
<filter-class>xxx</filter-class>
</filter>
<filter-mapping>
<filter-name>SimpleFilter</filter-name>
<servlet-name>SimpleServlet</servlet-name>
</filter-mapping>

@WebListener
该注解用于将类声明为监听器，被 @WebListener 标注的类必须实现以下至少一个接口：
• ServletContextListener
• ServletContextAttributeListener
• ServletRequestListener
• ServletRequestAttributeListener
• HttpSessionListener
• HttpSessionAttributeListener
该注解使用非常简单，其属性如下：

表 4. @WebListener 的常用属性
属性名 类型 是否可选 描述
value String 是 该监听器的描述信息。

一个简单示例如下：
@WebListener("This is only a demo listener")
public class SimpleListener implements ServletContextListener{...}

如此，则不需要在 web.xml 中配置 <listener> 标签了。它等价的 web.xml 中的配置形式如下：
<listener>
<listener-class>footmark.servlet.SimpleListener</listener-class>
</listener>

@MultipartConfig
该注解主要是为了辅助 Servlet 3.0 中 HttpServletRequest 提供的对上传文件的支持。该注解标注在 Servlet 上面，以表示该 Servlet 希望处理的请求的 MIME 类型是 multipart/form-data。另外，它还提供了若干属性用于简化对上传文件的处理。具体如下：

表 5. @MultipartConfig 的常用属性
属性名 类型 是否可选 描述
fileSizeThreshold int 是 当数据量大于该值时，内容将被写入文件。
location String 是 存放生成的文件地址。
maxFileSize long 是 允许上传的文件最大值。默认值为 -1，表示没有限制。
maxRequestSize long 是 针对该 multipart/form-data 请求的最大数量，默认值为 -1，表示没有限制。

可插性支持

如果说 3.0 版本新增的注解支持是为了简化 Servlet/ 过滤器 / 监听器的声明，从而使得 web.xml 变为可选配置， 那么新增的可插性 (pluggability) 支持则将 Servlet 配置的灵活性提升到了新的高度。熟悉 Struts2 的开发者都知道，Struts2 通过插件的形式提供了对包括 Spring 在内的各种开发框架的支持，开发者甚至可以自己为 Struts2 开发插件，而 Servlet 的可插性支持正是基于这样的理念而产生的。使用该特性，现在我们可以在不修改已有 Web 应用的前提下，只需将按照一定格式打成的 JAR 包放到 WEB-INF/lib 目录下，即可实现新功能的扩充，不需要额外的配置。
Servlet 3.0 引入了称之为“Web 模块部署描述符片段”的 web-fragment.xml 部署描述文件，该文件必须存放在 JAR 文件的 META-INF 目录下，该部署描述文件可以包含一切可以在 web.xml 中定义的内容。JAR 包通常放在 WEB-INF/lib 目录下，除此之外，所有该模块使用的资源，包括 class 文件、配置文件等，只需要能够被容器的类加载器链加载的路径上，比如 classes 目录等。
现在，为一个 Web 应用增加一个 Servlet 配置有如下三种方式 ( 过滤器、监听器与 Servlet 三者的配置都是等价的，故在此以 Servlet 配置为例进行讲述，过滤器和监听器具有与之非常类似的特性 )：
• 编写一个类继承自 HttpServlet，将该类放在 classes 目录下的对应包结构中，修改 web.xml，在其中增加一个 Servlet 声明。这是最原始的方式；
• 编写一个类继承自 HttpServlet，并且在该类上使用 @WebServlet 注解将该类声明为 Servlet，将该类放在 classes 目录下的对应包结构中，无需修改 web.xml 文件。
• 编写一个类继承自 HttpServlet，将该类打成 JAR 包，并且在 JAR 包的 META-INF 目录下放置一个 web-fragment.xml 文件，该文件中声明了相应的 Servlet 配置。web-fragment.xml 文件示例如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-fragment
    xmlns=http://java.sun.com/xml/ns/javaee
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" version="3.0"
    xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/javaee
    http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-fragment_3_0.xsd"
    metadata-complete="true">
<servlet>
<servlet-name>fragment</servlet-name>
<servlet-class>footmark.servlet.FragmentServlet</servlet-class>
</servlet>
<servlet-mapping>
<servlet-name>fragment</servlet-name>
<url-pattern>/fragment</url-pattern>
</servlet-mapping>
</web-fragment>

从上面的示例可以看出，web-fragment.xml 与 web.xml 除了在头部声明的 XSD 引用不同之外，其主体配置与 web.xml 是完全一致的。
由于一个 Web 应用中可以出现多个 web-fragment.xml 声明文件，加上一个 web.xml 文件，加载顺序问题便成了不得不面对的问题。Servlet 规范的专家组在设计的时候已经考虑到了这个问题，并定义了加载顺序的规则。
web-fragment.xml 包含了两个可选的顶层标签，<name> 和 <ordering>，如果希望为当前的文件指定明确的加载顺序，通常需要使用这两个标签，<name> 主要用于标识当前的文件，而 <ordering> 则用于指定先后顺序。一个简单的示例如下：
<web-fragment...>
<name>FragmentA</name>
<ordering>
<after>
<name>FragmentB</name>
<name>FragmentC</name>
</after>
<before>
<others/>
</before>
</ordering>
    ...
</web-fragment>

如上所示， <name> 标签的取值通常是被其它 web-fragment.xml 文件在定义先后顺序时引用的，在当前文件中一般用不着，它起着标识当前文件的作用。
在 <ordering> 标签内部，我们可以定义当前 web-fragment.xml 文件与其他文件的相对位置关系，这主要通过 <ordering> 的 <after> 和 <before> 子标签来实现的。在这两个子标签内部可以通过 <name> 标签来指定相对应的文件。比如：
<after>
<name>FragmentB</name>
<name>FragmentC</name>
</after>

以上片段则表示当前文件必须在 FragmentB 和 FragmentC 之后解析。<before> 的使用于此相同，它所表示的是当前文件必须早于 <before> 标签里所列出的 web-fragment.xml 文件。
除了将所比较的文件通过 <name> 在 <after> 和 <begin> 中列出之外，Servlet 还提供了一个简化的标签 <others/>。它表示除了当前文件之外的其他所有的 web-fragment.xml 文件。该标签的优先级要低于使用 <name> 明确指定的相对位置关系。
ServletContext 的性能增强
除了以上的新特性之外，ServletContext 对象的功能在新版本中也得到了增强。现在，该对象支持在运行时动态部署 Servlet、过滤器、监听器，以及为 Servlet 和过滤器增加 URL 映射等。以 Servlet 为例，过滤器与监听器与之类似。ServletContext 为动态配置 Servlet 增加了如下方法：
• ServletRegistration.Dynamic addServlet(String servletName,Class<? extends Servlet> servletClass)
• ServletRegistration.Dynamic addServlet(String servletName, Servlet servlet)
• ServletRegistration.Dynamic addServlet(String servletName, String className)
• <T extends Servlet> T createServlet(Class<T> clazz)
• ServletRegistration getServletRegistration(String servletName)
• Map<String,? extends ServletRegistration> getServletRegistrations()
其中前三个方法的作用是相同的，只是参数类型不同而已；通过 createServlet() 方法创建的 Servlet，通常需要做一些自定义的配置，然后使用 addServlet() 方法来将其动态注册为一个可以用于服务的 Servlet。两个 getServletRegistration() 方法主要用于动态为 Servlet 增加映射信息，这等价于在 web.xml( 抑或 web-fragment.xml) 中使用 <servlet-mapping> 标签为存在的 Servlet 增加映射信息。
以上 ServletContext 新增的方法要么是在 ServletContextListener 的 contexInitialized 方法中调用，要么是在 ServletContainerInitializer 的 onStartup() 方法中调用。
ServletContainerInitializer 也是 Servlet 3.0 新增的一个接口，容器在启动时使用 JAR 服务 API(JAR Service API) 来发现 ServletContainerInitializer 的实现类，并且容器将 WEB-INF/lib 目录下 JAR 包中的类都交给该类的 onStartup() 方法处理，我们通常需要在该实现类上使用 @HandlesTypes 注解来指定希望被处理的类，过滤掉不希望给 onStartup() 处理的类。

HttpServletRequest 对文件上传的支持
此前，对于处理上传文件的操作一直是让开发者头疼的问题，因为 Servlet 本身没有对此提供直接的支持，需要使用第三方框架来实现，而且使用起来也不够简单。如今这都成为了历史，Servlet 3.0 已经提供了这个功能，而且使用也非常简单。为此，HttpServletRequest 提供了两个方法用于从请求中解析出上传的文件：
• Part getPart(String name)
• Collection<Part> getParts()
前者用于获取请求中给定 name 的文件，后者用于获取所有的文件。每一个文件用一个 javax.servlet.http.Part 对象来表示。该接口提供了处理文件的简易方法，比如 write()、delete() 等。至此，结合 HttpServletRequest 和 Part 来保存上传的文件变得非常简单，如下所示：
Part photo = request.getPart("photo");
photo.write("/tmp/photo.jpg");
// 可以将两行代码简化为 request.getPart("photo").write("/tmp/photo.jpg") 一行。

另外，开发者可以配合前面提到的 @MultipartConfig 注解来对上传操作进行一些自定义的配置，比如限制上传文件的大小，以及保存文件的路径等。其用法非常简单，故不在此赘述了。
需要注意的是，如果请求的 MIME 类型不是 multipart/form-data，则不能使用上面的两个方法，否则将抛异常。
总结
Servlet 3.0 的众多新特性使得 Servlet 开发变得更加简单，尤其是异步处理特性和可插性支持的出现，必将对现有的 MVC 框架产生深远影响。虽然我们通常不会自己去用 Servlet 编写控制层代码，但是也许在下一个版本的 Struts 中，您就能切实感受到这些新特性带来的实质性改变。


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