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Servlet 教程（超详细）

更新时间: 2025-04-01 04:32:48

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什么是 Servlet？为什么需要它？

Servlet 是 Java 语言中用于开发 Web 应用程序的核心技术之一。它可以理解为运行在服务器端的 Java 小程序，负责处理客户端（如浏览器）发送的 HTTP 请求，并生成相应的 HTTP 响应。

想象一个餐厅场景：当顾客（浏览器）发送点餐请求时，服务员（Servlet）会接收订单，处理后将餐品（响应内容）返回给顾客。Servlet 的核心作用，就是充当这个“服务员”，在 Web 应用中实现请求与响应的交互逻辑。

对于开发人员来说，Servlet 提供了以下优势：

平台无关性：基于 Java 的跨平台特性，Servlet 可以在任何支持 Java 的服务器上运行。
高效性：Servlet 运行在服务器内存中，生命周期由容器管理，避免了传统 CGI 程序重复加载解释器的性能损耗。
扩展性：通过继承或接口实现，可以灵活定制请求处理逻辑。

开发环境搭建

必备工具清单

工具名称	作用描述	版本建议
Java JDK	Servlet 运行的基础环境	1.8 或更高版本
Apache Tomcat	Servlet 容器，负责部署和运行	9.0 或更高版本
IDE（如 IntelliJ IDEA）	提供代码编写和调试支持	最新稳定版

环境配置步骤

安装 Java JDK
下载并配置环境变量，确保 javac 和 java 命令可用。
```
javac -version  # 验证 JDK 安装成功  
```
下载并启动 Tomcat
从 Apache 官网下载 Tomcat，解压后执行：
```
bin/startup.sh  # Linux/Mac 系统  
bin/startup.bat # Windows 系统  
```
访问 http://localhost:8080，若显示 Tomcat 欢迎页，说明环境正常。

配置 IDE
在 IntelliJ IDEA 中创建 Maven 项目，添加以下依赖到 pom.xml：

<dependency>  
  <groupId>javax.servlet</groupId>  
  <artifactId>javax.servlet-api</artifactId>  
  <version>4.0.1</version>  
  <scope>provided</scope>  
</dependency>

Servlet 的核心概念与生命周期

核心接口与类

Servlet 的功能主要通过以下接口实现：

Servlet 接口：定义了 Servlet 的基本方法（init(), service(), destroy()）。
GenericServlet 抽象类：实现了 Servlet 接口，提供通用功能，适用于非 HTTP 协议场景。
HttpServlet 抽象类：继承自 GenericServlet，专为 HTTP 协议设计，提供了 doGet(), doPost() 等方法。

生命周期阶段

Servlet 的生命周期由容器（如 Tomcat）管理，分为三个阶段：

初始化阶段
容器调用 init() 方法，完成资源加载（如数据库连接池、配置文件读取）。
服务阶段
容器调用 service() 方法，根据请求类型（GET/POST）分发到对应的 doGet() 或 doPost() 方法。
销毁阶段
容器调用 destroy() 方法，释放资源（如关闭数据库连接）。

生命周期的比喻：
将 Servlet 比作一个餐厅服务员，init() 是服务员上岗培训，service() 是接待顾客处理订单，destroy() 是下班前整理工作台。

请求与响应对象

Servlet 处理请求的核心是 HttpServletRequest 和 HttpServletResponse 对象：

HttpServletRequest：封装了客户端请求的详细信息，包括请求头、请求参数、会话信息等。
HttpServletResponse：用于构建响应内容，设置响应头、状态码、输出流等。

示例代码：

protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)  
        throws ServletException, IOException {  
    // 设置响应编码为 UTF-8  
    response.setCharacterEncoding("UTF-8");  
    // 获取请求参数  
    String name = request.getParameter("name");  
    // 输出响应内容  
    response.getWriter().write("Hello, " + name + "!");  
}

第一个 Servlet 程序：Hello World

代码实现

创建一个继承 HttpServlet 的类：

@WebServlet("/hello")  // 注解配置 URL 映射  
public class HelloServlet extends HttpServlet {  
    @Override  
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)  
            throws ServletException, IOException {  
        resp.getWriter().write("Hello Servlet World!");  
    }  
}

部署与验证

将项目打包为 war 文件，放置到 Tomcat 的 webapps 目录。
访问 http://localhost:8080/your-project-name/hello，若显示“Hello Servlet World!”，则部署成功。

处理表单提交与数据验证

处理 POST 请求

当用户提交表单时，Servlet 需要通过 doPost() 方法接收参数：

protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)  
        throws ServletException, IOException {  
    String username = request.getParameter("username");  
    String password = request.getParameter("password");  
    // 验证逻辑  
    if (username.equals("admin") && password.equals("123456")) {  
        response.getWriter().write("登录成功");  
    } else {  
        response.sendRedirect("/login-failed.html");  // 重定向到失败页面  
    }  
}

数据验证技巧

非空验证：检查参数是否为 null 或空字符串。
类型转换：使用 Integer.parseInt() 或 Double.parseDouble() 时，需捕获 NumberFormatException。
正则表达式：验证邮箱格式、手机号等。

// 验证邮箱格式  
if (!email.matches("^[a-zA-Z0-9._%+-]+@[a-zA-Z0-9.-]+\\.[a-zA-Z]{2,}$")) {  
    // 处理格式错误  
}

使用会话与 Cookie

HttpSession 的基本用法

Servlet 提供 HttpSession 对象来维护用户会话状态：

// 获取当前会话，若不存在则创建新会话  
HttpSession session = request.getSession();  
// 存储用户信息  
session.setAttribute("user", user);  
// 移除属性  
session.removeAttribute("user");  
// 销毁会话  
session.invalidate();

Cookie 的读写操作

通过 Cookie 类可以操作客户端的 Cookie：

// 写入 Cookie  
Cookie cookie = new Cookie("theme", "dark");  
cookie.setMaxAge(60 * 60 * 24);  // 1 天后过期  
response.addCookie(cookie);  

// 读取 Cookie  
Cookie[] cookies = request.getCookies();  
if (cookies != null) {  
    for (Cookie cookie : cookies) {  
        if ("theme".equals(cookie.getName())) {  
            String theme = cookie.getValue();  
            // 处理主题逻辑  
        }  
    }  
}

异常处理与日志记录

异常处理机制

Servlet 可通过 @WebServlet 注解的 loadOnStartup 属性控制初始化顺序，或通过 Filter 统一处理异常：

// 自定义异常处理器  
public class ErrorHandler extends HttpServlet {  
    @Override  
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)  
            throws ServletException, IOException {  
        Throwable throwable = (Throwable) req.getAttribute("javax.servlet.error.exception");  
        resp.getWriter().write("系统发生错误: " + throwable.getMessage());  
    }  
}

日志记录实践

推荐使用 SLF4J 或 Logback 进行日志记录：

import org.slf4j.Logger;  
import org.slf4j.LoggerFactory;  

public class LoggerDemoServlet extends HttpServlet {  
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(LoggerDemoServlet.class);  

    @Override  
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)  
            throws ServletException, IOException {  
        logger.info("请求开始处理");  
        try {  
            // 业务逻辑  
        } catch (Exception e) {  
            logger.error("处理请求时发生错误", e);  
            throw e;  
        } finally {  
            logger.info("请求处理完成");  
        }  
    }  
}

高级主题与最佳实践

异步处理与非阻塞 I/O

Servlet 3.0 引入了异步处理能力，允许在独立线程中执行耗时操作：

@WebServlet(urlPatterns = "/async", asyncSupported = true)  
public class AsyncServlet extends HttpServlet {  
    @Override  
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)  
            throws ServletException, IOException {  
        AsyncContext asyncContext = req.startAsync();  
        new Thread(() -> {  
            try {  
                // 模拟耗时操作  
                Thread.sleep(2000);  
                // 构建响应  
                PrintWriter writer = asyncContext.getResponse().getWriter();  
                writer.write("异步处理完成");  
            } catch (Exception e) {  
                asyncContext.complete();  
            } finally {  
                asyncContext.complete();  
            }  
        }).start();  
    }  
}

安全性与过滤器

通过 Filter 实现跨站脚本（XSS）防护：

@WebFilter("/*")  
public class XSSFilter implements Filter {  
    @Override  
    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)  
            throws IOException, ServletException {  
        HttpServletRequest httpRequest = (HttpServletRequest) request;  
        // 清洗请求参数  
        String cleanedParam = cleanXSS(httpRequest.getParameter("input"));  
        // 继续请求链  
        chain.doFilter(request, response);  
    }  

    private String cleanXSS(String value) {  
        // 简单的 XSS 清洗逻辑  
        return value.replaceAll("<", "&lt;").replaceAll(">", "&gt;");  
    }  
}

性能优化建议

避免在 service() 方法中创建对象：频繁的 new 操作会增加 GC 压力。
复用数据库连接：通过连接池（如 HikariCP）管理资源。
使用缓存：对频繁查询的数据使用内存缓存（如 Redis）。

常见问题与解决方案

问题 1：Servlet 无法被 Tomcat 加载

可能原因：

类路径错误，未在 web.xml 或 @WebServlet 中配置 URL。
Tomcat 未重启，导致新类未被检测到。

解决方案：

检查注解或 web.xml 中的配置：

<servlet>  
  <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>  
  <servlet-class>com.example.HelloServlet</servlet-class>  
</servlet>  
<servlet-mapping>  
  <servlet-name>HelloServlet</servlet-name>  
  <url-pattern>/hello</url-pattern>  
</servlet-mapping>

问题 2：中文乱码问题

原因：请求或响应的编码未正确设置。

解决方案：
在 doGet() 或 doPost() 方法开头添加编码设置：

request.setCharacterEncoding("UTF-8");  
response.setCharacterEncoding("UTF-8");

问题 3：会话超时未处理

解决方案：
在 web.xml 中配置全局会话超时时间：

<session-config>  
    <session-timeout>30</session-timeout>  <!-- 30 分钟超时 -->  
</session-config>

总结与展望

通过本文的学习，读者已经掌握了从基础概念到高级应用的 Servlet 技术全貌。从简单的 Hello World 到复杂的异步处理，Servlet 的灵活性和扩展性在 Web 开发中始终占据重要地位。

对于初学者，建议从简单项目入手，逐步实践表单处理、数据库交互等场景；中级开发者则可以深入探索异步编程、安全防护等进阶主题。随着云原生和微服务架构的普及，Servlet 的核心思想依然适用于现代后端开发，例如在 Spring Framework 中，Controller 组件底层仍然基于 Servlet 技术实现。

掌握 Servlet，不仅是学习 Java Web 的基础，更是理解 HTTP 协议和服务器端编程的必经之路。希望本文能成为您通往专业 Web 开发的坚实第一步。