Java Web这一路走来-编程知识

大部分Java应用都是Web或网络应用，MVC框架在Java框架中有着举足轻重的地位，一开始的Web应用并不现在这样子的，一步一步走来，每一步都经历了无数的血和泪的教训，以史为镜可以知兴替。

1. 草莽时代

早期的Java服务端技术主要是Servlet和JSP，Servlet的灵感应该是来自于CGI（Common Gateway Interface)，Java通过Servlet定义了一组接口和类，用来抽象这个过程，核心抽象就3个，分别是输入、处理、输出

输入，ServletRequest是客户端输入的抽象，提供请求的内容读取的工具方法
处理，Servlet定了模板方法，开发者可以覆盖service方法，使用ServletRequest读取请求，使用ServletResponse响应输出
输出，ServletResponse是客户端响应的抽象，提供响应内容的工具方法

1.1 Servlet

我们来看一下ServletRequest和ServletResponse的接口定义，我们讲一下核心的方法，不需要记忆，只要对它们的能力边界有一个概念即可

1. 输入

分组	方法	解释
服务端	getProtocol()	返回请求使用的协议名和版本号，通常是"HTTP/1.1"
	isSecure()	是否是HTTPS的，true表示是，false表示否
	getServerName()	接收请求的服务器主机名，应用服务器支持自定义，Tomcat用server.xml的Host.name来设置，默认取机器的主机名(hostname命令)
	getServerPort()	接收请求的端口，服务器监听并等待客户端连接的端口
	getLocalName()	一般等同于getServerName，复杂环境(负载均衡、集群时)可能有独立值
	getLocalAddr()	当前请求绑定的服务器IP地址，TCP连接中对应的IP
	getLocalPort()	一般等同于getServerPort，处理请求的服务器端口，请求被转发会有差异
客户端	getRemoteHost()	使用getRemoteAddr()返回的IP地址，通过DNS反解析，解析不到直接返回IP
	getRemoteAddr()	请求的客户端IP地址，TCP连接的IP，局域网内是局域网IP，公网是公网IP
	getRemotePort()	请求的客户端端口
元信息	getCharacterEncoding()	通过HTTP头浏览器设置请求编码，如Content-Type: application/json;charset=utf-8 Servlet容器会用这个编码解析请求体
	getContentType()	数据的MIME类型，通过HTTP头Content-Type指定
	getContentLength()	请求体的长度，只包含body部分，不包括url、Head、Cookie
	getLocale()	客户端的区域设置，有语言代码+国家/地区代码组成，比如zh_CN表示中文_中国大陆，通过解析HTTP头Accept-Language获取
请求体	getInputStream()	请求体的输入流，只能被读取一次，返回ServletInputStream对象
	getReader()	请求体的输入流，读取的是字符，使用Content-Type里指定的编码，如果没指定则使用容器设置的默认编码，没设置则默认iso-8859-1
	getParameterNames()	请求参数的名称，可以是URL查询字符串参数或表单参数
	getParameter(String pname)	获取指定参数名对应的参数值
	getParameterValues(String pname)	获取指定参数名对应的参数值，参数值是一个数组，应对同一个参数有多个值的情况
	getParameterMap()	获取参数名-参数值的Map，参数值是一个数组

新手需要注意的两个问题:

字符编码通过Content-Type设置，所以首先要能读取Content-Type，但读取Content-Type需要知道编码，本质上是一个先有鸡还是先有蛋的问题。主流的解决方案是解析Content-Type时使用Servlet容器(如Tomcat)默认的编码，默认值是ISO-8859-1。目前URL、HTTP头、Cookie都是通过默认编码解析的。
ServletRequest的输入流只能读取一次，Servlet规范定义了HttpServletRequestWrapper，通过扩展Wrapper实现，如Spring就提供了ContentCachingRequestWrapper。

2. 输出

ServletReponse的定义要相对简单的多

分组	方法	解释
元信息	setContentType(String)	设置响应给客户端内容的MINE类型
	setCharacterEncoding(String)	设置响应给客户端内容的编码
	setLocal(Locale)	响应的区域设置
输出流	getOutputStream()	获取输出流，用于输出客户端内容，需要自己将响应内容转换为byte数组
	getWriter()	获取输出流，直接输出字符，使用setCharacterEncoding指定的编码转换为字节数组

3. 处理

Servlet是整个Java Web服务的核心，它负责读取输入，处理业务逻辑，最终生成输出内容。我们来看一下Servlet的继承结构

Servlet定义一个service方法，接收ServletRequest参数用来读取输入，通过ServletResponse向客户端响应数据。
GenericServlet在Servlet的基础上，提供了ServletContext（Servlet上下文)，Servlet配置信息。
HttpServlet则进一步将service方法安装HTTP METHOD的值，拆分为GET、POST、PUT等等。

1.2 JSP

从Servlet的定义来看，一开始的设计还是相当的直观和简单的，只是定义了输入-处理-输出这3个实体，这也印证了架构是一个逐步演进的过程，需求才是架构的主要驱动力。HTML本身是比较复杂的，需要大量的模板代码，通过Java代码来拼接，代码会显得十分拖沓。JSP的目标就是让HTML的生成变得简单，可以认为它是现代模板(如Thymeleaf)的前身，通过将Java代码、自定义标签(JSTL)内嵌到HTML代码中来生成最终的响应内容。

当客户端请求JSP时，WebServer容器会调用JSP引擎(JSP Engine)，将JSP编译为Servlet，再由Servlet引擎(Servlet Engine)执行Servlet，处理输入，响应输出，一起看起来都那么的顺利成章

我们来看一个简单的JSP示例，好让我们对JSP有一个直观的感受，可以说JSP已经具备所有必须的基本能力。

<%@ page language="java" contentType="text/html; charset=UTF-8" pageEncoding="UTF-8"%>  
<%@ taglib uri="http://java.sun.com/jsp/jstl/core" prefix="c" %>  
<!DOCTYPE html>  
<html>  <body>  <%-- 注释 --%><%  String name = "John Doe";  %>  <%-- if语句 --%><% if (age >= 18) { %>  <p>This person is an adult.</p>  <% } %>  <%-- for循环 --%><ul>  <% for (String hobby : hobbies) { %>  <li><%= hobby %></li>  <% } %>  </ul>  <%-- 使用JSTL c:if --%>  <c:if test="${empty name}">  <p>Name is not provided.</p>  </c:if>  <%-- 使用JSTL c:forEach遍历列表 --%>  <ul>  <c:forEach var="hobby" items="${hobbies}">  <li>${hobby}</li>  </c:forEach>  </ul>  
</body>  
</html>

从JSP这一小节我得到的启示:

技术选型的采用率 = 易用性 * 能力，易用意味着开发效率，从Servlet到JSP，从Spring到SpringBoot，从MapReduce到Hive，概莫不如是。
从第1点提取模式，价值 = 界面友好 * 内核强大，对软件工程师来说，你的技术能力就是你的内核，你的沟通表达、自我驱动力等软技能就是你的界面，强强结合才能最大化价值
了解一些编译原理，学习一个词法和语法分析生成器(如JavaCC)，能够拓展软件工程师的能力边界

2. Model 1 & Model 2

使用Servlet和JSP已经完成功能开发了，Model 1和Model 2其实是使用Servlet和JSP过程中总结的最佳实践。随着业务的发展，业务的复杂性增长，JSP遇到了两个问题:

1. 内嵌大量的Java代码，业务逻辑和展现层逻辑混合，可读性差，不好理解

2. 代码复用困难，功能重复编写，可维护性差，后续升级困难

3. 调试困难，业务逻辑都在JSP中，所有的HTML、Javascript和Java都混在一起

Model 1中JSP负责接收用户请求，业务流程控制，组装展现层数据，返回响应结果。从Model 1开始已经萌发了将部分业务逻辑转移到JavaBean的观念。

Model 2往前再迈了一步，结合Servlet和JSP的有点，Servlet做为一个Controller，处理请求并构造JSP需要的数据；JSP做为表示层，不再处理业务逻辑.

3. Struts 1.x

Struts 1.x实际上是基于Model 2实现的一个MVC框架，通过Actionservlet接收用户的请求，详细的工作流程如下图

在应用启动时，Servlet容器会加载web.xml，初始化Struts的ActionServlet，并解析struts-config.xml
用户发起请求，Servlet容器根据web.xml，找到对应的servlet-mapping，如果是ActionServlet，将控制权转交
ActionServlet根据请求url，查询struts-config.xml的配置，找到对应的ActionMapping
根据配置创建对应的ActionForm，填充数据并调用validate方法完成参数校验
根据ActionMapping将请求转发给对应的Action，并调用execute方法，返回ActionForward
ActionServlet处理Action的返回，根据ActionForward展示对应的JSP试图

我们来看一下最简单的Struts 1.x的示例，首先需要在web.xml中配置ActionServlet，让所有待处理的请求经过ActionServlet转发，指定structs-config.xml的位置

<servlet><servlet-name>acton</servlet-name><servlet-class>org.apache.struts.action,ActionServlet</servlet-class><init-param><param-name>config</param-name><param-value>/WEB-INF/struts-config.xml</param-value></init-param>
</servlet><servlet-mapping><servlet-name>action</servlet-name><url-pattern>*.do</url-pattern>
</servlet-mapping>

struts-config.xml用来配置哪些路径是有哪个action来处理的，下面是一个极简的示例，主要关注的是form-beans、action-mappings

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE struts-config PUBLIC"-//Apache Software Foundation//DTD Struts Configuration 1.4//EN""http://struts.apache.org/dtds/struts-config_1_4.dtd">
<struts-config><form-beans><form-bean name="logonForm" type="app.LogonForm"/></form-beans><action-mappings><action path="/welcome" forward="/pages/welcome.jsp"/><action path="/login" type="app.LoginAction" name="logonForm" scope="request" validate="true" input="/pages/welcome.jsp"><forward name="success" path="/pages/logon.jsp"/><forward name="failure" path="/pages/welcome.jsp"/></action></action-mappings><message-resources parameter="resources.application"/>
</struts-config>

form-bean里配置的元素需要继承ActionForm，我们看一个极简的示例

public class LogonForm extends ActionForm {private String userName;private String password;public ActionErrors validate(ActionMapping mapping, HttpServletRequest request) {return null; // 数据验证，验证失败返回ActionErrors}public void reset(ActionMapping mapping, HttpServletRequest request) {// 数据初始化}
}

action可以直接配置JSP，也可以配置Action实现类，下面是一个Action的实现类

public class LoginAction extends Action {public ActionForward execute(ActionMapping mapping, ActionForm form, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception {LogonForm loginForm = (LogonForm) form;// 业务逻辑处理}
}

在当时Struts 1.x也是霸主级的存在，当初技术公司使用的技术栈基本都是SSH，而这里的第一个S就是代指Struts 1.x，它主要的价值是:

基于Model 2，是MVC架构的早期实现者之一，统一了开发规范
简化了Web开发，封装底层的HTTP请求和响应处理，提供了Struts标签库

4. Spring MVC

一开始人们都认为Struts 1.x是足够好的，直到Struts 2.x(WebWork)和Spring MVC出世，人们意识到了问题，Spring MVC的优势是:

代码无侵入设计，架构层层演进，模块化清晰，提供丰富的自定义和扩展能力
天然和Spring无缝集成
不强耦合Servlet API，不强耦合框架代码，方便单元测试编写
自主选择表示层技术，整合比JSP更具表现力、学习成本更低的模板

应该承认的是，在Spring MVC刚刚出现的时候，和Struts 1.x对比，不存在决定生死的优势。因为Spring本身的流行，加上Spring MVC确实在表现比Struts 1.x略好，慢慢Spring MVC开始流行了。下图是Spring MVC处理一个请求的流程，除了部分扩展点，整体上和Struts 1.x还是相似的:

Struts里的ActionServlet对应DispatcherServlet；
Struts里的structs-config.xml对应-servlet.xml
Struts里的ActionMapping对应HandlerMapping
Sturts里的Action对应Handler
Struts里的JSP对应View

Spring MVC提供了额外扩展能力，让用户可以自定义部分逻辑:

自定义HandlerMapping来处理请求和Handler的关系
自定义HandlerAdapter调用自定义的Handler类型
自定义HttpMessageConverter自定义数据类型转换
自定义DataBinder完成数据转换、格式化、验证
自定义ViewResolver自定义视图名到View的转换
自定义View实现Model到向客户端输出内容的转换

5. Spring Boot

应该说对于一个没有去了解过动态语言(Python、Ruby等)，没有了解过现代Web框架的人来说，Spring MVC已经够好了。然而即使是开发一个最简单的Web应用，你还是需要配置web.xml，确定HandlerMapping，打包部署，经历一整套复杂的流程。得益于内嵌式Servlet容器，Spring Boot提把Servlet容器整合到同一个fat jar中，让Spring Boot能够自启动。

--未完待续--