简化Web应用开发 Servlet 3.0特性详解(1)
Servlet3.0作为JavaEE6规范体系中一员，随着JavaEE6规范一起发布。之前51CTO也曾报导过《JavaEE6新特性之Servlet3.0的异步处理》的相关内容，而本文将比较全面的、并结合代码实例介绍Servlet3.0的新特性。
关于JavaEE6平台的更多内容，51CTO推荐阅读：JavaEE6平台指南
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。
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。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Servlet3.0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Servlet3.0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
Servlet3.0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。
Servlet3.0针对这个问题做了开创性的工作，现在通过使用Servlet3.0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：
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，Servlet3.0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.DemoServlet</servlet-class>
<async-supported>true</async-supported>
</servlet>
对于使用Servlet3.0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)
publicclassDemoFilterimplementsFilter{...}
一个简单的模拟异步处理的Servlet示例如下：
@WebServlet(urlPatterns="/demo",asyncSupported=true)
publicclassAsyncDemoServletextendsHttpServlet{
@Override
publicvoiddoGet(HttpServletRequestreq,HttpServletResponseresp)
throwsIOException,ServletException{
resp.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
PrintWriterout=resp.getWriter();
out.println("进入Servlet的时间："+newDate()+".");
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
AsyncContextctx=req.startAsync();
newThread(newExecutor(ctx)).start();
out.println("结束Servlet的时间："+newDate()+".");
out.flush();
}
}
publicclassExecutorimplementsRunnable{
privateAsyncContextctx=null;
publicExecutor(AsyncContextctx){
this.ctx=ctx;
}
publicvoidrun(){
try{
//等待十秒钟，以模拟业务方法的执行
Thread.sleep(10000);
PrintWriterout=ctx.getResponse().getWriter();
out.println("业务处理完毕的时间："+newDate()+".");
out.flush();
ctx.complete();
}catch(Exceptione){
e.printStackTrace();
}
}
}
除此之外，Servlet3.0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(AsyncEventevent)方法；
2.异步线程出错时，调用AsyncListener的onError(AsyncEventevent)方法；
3.异步线程执行超时，则调用AsyncListener的onTimeout(AsyncEventevent)方法；
4.异步执行完毕时，调用AsyncListener的onComplete(AsyncEventevent)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：
AsyncContextctx=req.startAsync();
ctx.addListener(newAsyncListener(){
publicvoidonComplete(AsyncEventasyncEvent)throwsIOException{
//做一些清理工作或者其他
}
...
});
新增的注解支持
Servlet3.0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，具体请看后文关于可插性支持的讲解）；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）：
属性名类型描述
1.nameString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。
2.valueString[]该属性等价于urlPatterns属性。两个属性不能同时使用。
3.urlPatternsString[]指定一组Servlet的URL匹配模式。等价于<url-pattern>标签。
4.loadOnStartupint指定Servlet的加载顺序，等价于<load-on-startup>标签。
5.initParamsWebInitParam[]指定一组Servlet初始化参数，等价于<init-param>标签。
6.asyncSupportedboolean声明Servlet是否支持异步操作模式，等价于<async-supported>标签。
7.descriptionString该Servlet的描述信息，等价于<description>标签。
8.displayNameString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")}
)
publicclassSimpleServletextendsHttpServlet{…}
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：
属性名类型是否可选描述
◆nameString否指定参数的名字，等价于<param-name>。
◆valueString否指定参数的值，等价于<param-value>。
◆descriptionString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)：
属性名类型描述
1.filterNameString指定过滤器的name属性，等价于<filter-name>。
2.valueString[]该属性等价于urlPatterns属性。但是两者不应该同时使用。
3.urlPatternsString[]指定一组过滤器的URL匹配模式。等价于<url-pattern>标签。
4.servletNamesString[]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。
5.dispatcherTypesDispatcherType指定过滤器的转发模式。具体取值包括：
◆ASYNC、ERROR、FORWARD、INCLUDE、REQUEST。
◆initParamsWebInitParam[]指定一组过滤器初始化参数，等价于<init-param>标签。
◆asyncSupportedboolean声明过滤器是否支持异步操作模式，等价于<async-supported>标签。
◆descriptionString该过滤器的描述信息，等价于<description>标签。
◆displayNameString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")
publicclassLessThanSixFilterimplementsFilter{...}
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：
属性名类型是否可选描述
valueString是该监听器的描述信息。
一个简单示例如下：
@WebListener("Thisisonlyademolistener")
publicclassSimpleListenerimplementsServletContextListener{...}
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Servlet3.0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：
属性名类型是否可选描述
◆fileSizeThresholdint是当数据量大于该值时，内容将被写入文件。
◆locationString是存放生成的文件地址。
◆maxFileSizelong是允许上传的文件最大值。默认值为-1，表示没有限制。
◆maxRequestSizelong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。
Servlet3.0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)：
1.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；
2.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。
3.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：
<?xmlversionxmlversion="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.DynamicaddServlet(StringservletName,Class<?extendsServlet>servletClass)
◆ServletRegistration.DynamicaddServlet(StringservletName,Servletservlet)
◆ServletRegistration.DynamicaddServlet(StringservletName,StringclassName)
◆<TextendsServlet>TcreateServlet(Class<T>clazz)
◆ServletRegistrationgetServletRegistration(StringservletName)
◆Map<String,?extendsServletRegistration>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Servlet3.0新增的一个接口，容器在启动时使用JAR服务API(JARServiceAPI)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，Servlet3.0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：
◆PartgetPart(Stringname)
◆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：
◆Partphoto=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
Servlet3.0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。