Servlet生命周期与过滤器
Servlet 生命周期可被定义为从创建直到毁灭的整个过程。以下是 Servlet 遵循的过程：
Servlet 通过调用 init () 方法进行初始化；
init 方法被设计成只调用一次。它在第一次创建 Servlet 时被调用，在后续每次用户请求时不再调用。因此，它是用于一次性初始化。
Servlet 调用 service() 方法来处理客户端的请求；
service() 方法是执行实际任务的主要方法。Servlet 容器（即 Web 服务器）调用 service() 方法来处理来自客户端（浏览器）的请求，并把格式化的响应写回给客户端。
每次服务器接收到一个 Servlet 请求时，服务器会产生一个新的线程并调用服务。service() 方法检查 HTTP 请求类型（GET、POST、PUT、DELETE 等），并在适当的时候调用 doGet、doPost、doPut，doDelete 等方法。
Servlet 通过调用 destroy() 方法终止（结束）；
最后，Servlet 是由 JVM 的垃圾回收器进行垃圾回收的。
Servlet中的过滤器Filter是实现了javax.servlet.Filter接口的服务器端程序，只要你在web.xml 文件配置好要拦截的客户端请求，它都会帮你拦截到请求。Filter可认为是Servlet的一种“变种”，它主要用于对用户请求进行预处理，也可以对HttpServletResponse进行后处理，是个典型的处理链。它与Servlet的区别在于：它不能直接向用户生成响应。完整的流程是：Filter对用户请求进行预处理，接着将请求交给Servlet进行处理并生成响应，最后Filter再对服务器响应进行后处理。
Session和Cookie的区别
Session是在服务端保存的一个数据结构，用来跟踪用户的状态，这个数据可以保存在集群、数据库、文件中；
Cookie是客户端保存用户信息的一种机制，用来记录用户的一些信息，也是实现Session的一种方式。
Servlet的异步请求
Servlet3.0的异步请求
Servlet3.0规范2.3.3.3节的“Asynchronous processing”讲述了异步处理，当启用异步处理时，响应数据可以由其他线程创建，而当前线程可以立即交还给Servlet容器处理其他请求。当要启用异步处理时，首先需要声明HttpServlet支持异步处理，然后才能调用
request.startAsync方法获得AsyncContext，它包含request和response。调用startAsync方法后，程序能保证在退出service方法时，不会完成本次请求，即不响应任何数据给客户端。需要在之后调用AsyncContext.complete方法来完成本次请求，向客户端写入数据。Servlet3.1的NIO
Servlet3.1规范第3.7节“Non Blocking IO”讲述了非阻塞IO。Servlet 3.0对请求的处理虽然是异步的，但是对InputStream和OutputStream的IO操作却依然是阻塞的，对于数据量大的请求体或者返回体，阻塞IO也将导致不必要的等待，因此在Servlet 3.1中引入了非阻塞IO。
Tomcat架构
Tomcat的Servlet容器是用来处理请求Servlet资源，并为web客户端填充response对象的模块。在Tomcat中，共有四种类型的容器，分别是：Engine、Host、Context和Wrapper。Servlet容器是org.apache.catalina.Container接口的实例。Container接口及其相关类的UML类图如下：
1 | +----------------+ |
Tomcat的Pipeline管道和Valve阀的工作机制类似于Servlet的过滤器，在Servlet容器的管道中，有一个基础阀，也可以添加任意数量的阀，基础阀总是最后一个执行。
当Tomcat启动时，相关组件也会一起启动，Tomcat关闭时，这些组件也会随之关闭，这是通过实现Lifecycle接口达到统一启动/关闭组件的效果。实现了Lifecycle接口的组件可以触发一个或多个事件：BEFORE_START_EVENT、START_EVENT、AFTER_START_EVENT、BEFORE_STOP_EVENT、STOP_EVENT、AFTER_STOP_EVENT，事件是LifecycleEvent类的实例，事件监听器是LifecycleListener类的实例，LifecycleSupport提供了一种简单的方法来触发某个组件的生命周期事件，并对事件监听器进行处理。
Tomcat载入器是Loader接口的实例，WebappLoader是负责从WEB-INF/classes和WEB-INF/lib载入Servlet所需类的载入器，它内部会使用WebappClassLoader作为类载入器（或类加载器）。Loader接口使用modified()方法来支持类的自动重载，在载入器的具体实现中，如果仓库（Loader.addRepository()）中的一个或多个类被修改，那么modified()方法必须返回true，载入器内部会调用Context.reload完成类重新载入的过程。载入类时，WebappClassLoader遵循如下规则：
- 因为所有已经载入的类都会缓存起来，所以载入类时要先检查本地缓存；
- 若本地缓存中没有，则检查上一层缓存，即调用
java.lang.ClassLoader类的findLoadedClass()方法； - 如果两个缓存中都没有，则使用系统的类载入器
ApplicationClassLoader进行加载，防止Web应用程序中的类覆盖Java EE的类； - 若启用了
SecurityManager，则检查是否运行载入该类。若该类是禁止载入的类，抛出ClassNotFoundException异常； - 若打开标志位
delegate，或者待载入的类是属于包触发器WebappClassLoader.packageTriggers中的包名，则调用父类载入器来载入相关类。如果父类载入器为null，则使用系统的类载入器； - 从当前仓库中载入相关类；
- 若当前仓库中没有需要的类，且标志位
delegate关闭，则使用父类载入器。若父类载入器为null，则使用系统的类载入器进行加载； - 若仍未找到需要的类，则抛出
ClassNotFoundException异常。
Tomcat使用Session管理器的组件来管理建立的Session对象，该组件由Manager接口表示。Session管理器需要与一个Context容器相关联，且必须与一个Context容器关联。Session管理器负责创建、更新、销毁Session对象，当有请求到来时，要返回一个有效的Session对象。Servlet实例通过调用javax.servlet.http.HttpServletRequest.getSession()方法获取一个Session对象。在Tomcat的默认连接器中，Request类实现HttpServletRequest接口。Session管理器会将其所管理的Session对象放在内存中，或存储在文件中，或通过JDBC写入数据库中。Session对象是Session接口的实例，实现类是StandardSession。StandardManager是Manager接口的实现类，session管理器需要负责销毁已经失效的Session对象，在ManagerBase类的backgroundProcess方法负责过期Session对象的检查与销毁。Store接口是为Session管理器的Session对象提供持久化存储器的一个组件，Store接口两个重要的方法是save和load。StoreBase是一个抽象类，提供了基本功能，该类的两个子类是FileStore和JDBCStore。
一般情况下一个Context容器包含一个或多个Wrapper，而一个Wrapper对应一个HttpServlet。StandardWrapper是Wrapper接口的实现类，它的基础阀StandardWrapperValve会调用Servlet的过滤器和Servlet的service方法。连接器接收到HTTP请求后，方法调用的协作图如下：
1 | 1:[new request] create() -> |
协作图过程描述如下：
- 1.连接器创建request和response对象；
- 2.连接器调用
StandardContext实例的invoke()方法； - 3.
StandardContext实例的invoke()方法调用其管道对象的invoke()方法。StandardContext中管道对象的基础阀是StandardContextValve类的实例，因此，StandardContext的管道对象会调用StandardContextValve实例的invoke()方法； - 4.
StandardContextValve实例的invoke()方法获取相应的Wrapper实例处理HTTP请求。调用Wrapper实例的invoke()方法； - 5.
StandardWrapper类是Wrapper接口的标准实现，StandardWrapper实例的invoke()方法会表用其管道对象的invoke方法； - 6.
StandardWrapper的管道对象中的基础阀是StandardWrapperValve类的实例，因此，会调用StandardWrapperValve的invoke()方法，StandardWrapperValve的invoke()方法调用Wrapper实例的allocate()方法获取Servlet实例； - 7.
allocate()方法调用load()方法载入相应的Servlet类，若已经载入，则无需重复载入； - 8.
load()方法调用Servlet实例的init()方法； - 9.
StandardWrapperValve调用Servlet实例的service()方法。
FilterDef表示一个过滤器的定义，用来说明web.xml部署描述符文件中定义的过滤器。ApplicationFilterConfig类实现javax.servlet.FilterConfig接口，用于管理Web应用程序第一次启动时创建的所有的过滤器实例，其getFilter()方法会返回一个javax.servlet.Filter对象。ApplicationFilterChain类实现javax.servlet.FilterChain接口，StandardWrapperValve类的invoke()方法会创建ApplicationFilterChain类的一个实例，并调用其doFilter()方法。ApplicationFilterChain类的doFilter()方法会调用过滤器链中第一个过滤器的doFilter方法。如果某个过滤器时过滤器链中的最后一个过滤器，则会调用被请求的Servlet类的service()方法。
Host接口表示一个虚拟主机，其实现类是StandardHost。Engine表示Servlet引擎，其实现类是StandardEngine。Host的父容器只能是Engine，而Engine是顶级容器，不再有父容器，且子容器只能是Host。Server表示整个Servlet引擎，其实现类是StandardServer。Server几个重要方法是initialize()、start()、stop()、await()、addService()。initialize()方法用来初始化通过addService()方法添加到Server中的服务组件。await()方法则是创建一个ServerSocket，等待客户端连接并发送关闭指令，如果收到关闭指令，则调用stop()方法关闭Server，即整个Servlet引擎。Service接口表示一个服务，其实现类是StandardService类。Service通过setContainer()方法关联一个容器，通过addConnector()方法，关联多个连接器。StandardService内部会将其容器通过Connector.setContainer方法设置Service的容器给Connector。
Tomcat的总体架构图如下：
当一个处理请求时，连接器Connector创建Request和Response对象，通过Mapper类来选择相应的Context和Wrapper来处理请求。
Tomcat使用Digester库来解析%CATALINA_HOME%/conf/server.xml文件和web应用的web.xml文件。ContextConfig类的实例负责并解析读取web应用的web.xml文件，为每个Servlet元素创建一个StandardWrapper实例。ContextConfig实现了LifecycleListener接口，被添加到StandardContext作为其事件监听器。每次StandardContext实例触发事件时，会调用ContextConfig实例的lifecycleEvent()方法，该方法会调用ContextConfig.start()方法来解析web.xml文件。如果文件解析成功，调用Context.setConfigured(true)方法，使得Context可以正常启动，否则启动失败。
Tomcat的启动类是Bootstrap，其start方法首先判断是否存在Catalina实例，如果存在则初始化一个Catalina实例，然后调用Catalina.start()解析%CATALINA_HOME%/conf/server.xml文件和初始化Server。Catalina会调用Runtine.addShutdownHook()方法来注册一个CatalinaShutdownHook类型的关闭钩子，用于安全的释放资源。
StandardHost实例使用HostConfig对象作为一个生命周期监听器，当StandardHost对象启动时，它的start()方法会触发一个START事件。为了响应START事件，HostConfig中的lifecycleEvent方法和HostConfig中的事件处理程序调用start()方法。HostConfig类的deployApps()会完成Host下各个Context的部署工作。
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