【Java Web开发从入门到精通】：Servlet到Spring Boot的实战路径

# 1. Java Web开发概述

## 1.1 Java Web的历史与发展
Java Web的历史悠久，它起源于1990年代中期，伴随着Java语言的诞生而开始发展。它的核心组件包括Servlet，JSP，以及一系列服务器端技术，这些技术构成了支持动态网站和应用程序的后端逻辑。随着互联网技术的飞速发展，Java Web已经从最初简单的动态页面生成，发展到现在的微服务架构和云原生应用。

## 1.2 Java Web在现代开发中的作用
在现代IT行业中，Java Web仍扮演着重要的角色。它不仅能构建稳固的企业级应用，还能支持各种高并发的互联网应用。Java Web在安全性、跨平台、以及大数据处理等方面的优势，使其在金融、电商、医疗等多个行业中占据重要地位。

## 1.3 Java Web的开发工具和环境搭建
Java Web的开发环境搭建一般涉及JDK安装、集成开发环境（IDE）的选择（如IntelliJ IDEA或Eclipse）、以及服务器端的配置（如Tomcat服务器）。开发人员需熟悉这些工具，并且掌握Maven或Gradle等构建工具来管理项目依赖。

总结来说，Java Web的开发不仅仅是一个技术过程，它涉及到一整套开发流程和工具链的使用。掌握这些基础知识，将有助于开发者更有效地进行后续的深入学习和实践。

# 2. Servlet基础与实践

## 2.1 Servlet的基本概念和生命周期

### 2.1.1 Servlet的定义和功能

Servlet，全称为Server Applet，是一种用于扩展服务器功能的小型Java程序。它是在服务器端运行的，主要负责处理客户端的请求并返回响应。Servlet是Java EE（Java Platform, Enterprise Edition）技术的核心，提供了一个标准的接口用于创建动态Web内容。Servlet能够与HTML表单数据交互，提供对数据库的存取，以及其他许多基于Web的应用程序。

### 2.1.2 Servlet的生命周期方法

Servlet的生命周期包括三个主要的方法：`init()`, `service()`, 和 `destroy()`。

- `init()`: 当Servlet实例第一次被加载时，`init()`方法会被服务器调用一次。这个方法用于初始化Servlet，并可以执行一些只进行一次的设置工作，如连接数据库等。
- `service()`: 这是Servlet的核心方法，每次客户端请求一个Servlet时，`service()`方法都会被调用。该方法会根据请求类型（GET、POST、PUT、DELETE等）来调用相应的`doGet()`, `doPost()`, `doPut()`, `doDelete()`等方法。
- `destroy()`: 当Servlet被从服务器中移除或服务器关闭时，`destroy()`方法会被调用。此方法用于执行一些清理工作，比如关闭数据库连接、文件流等。

public class MyServlet extends HttpServlet {
    public void init() throws ServletException {
        // Servlet初始化代码
    }

    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {
        // 处理GET请求的代码
    }

    protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {
        // 处理POST请求的代码
    }

    public void destroy() {
        // Servlet销毁前的清理代码
    }
}

## 2.2 Servlet的会话管理

### 2.2.1 HTTP会话跟踪技术

Web应用程序是无状态的，这意味着服务器不会保存任何关于客户端的信息，用户每次请求都好像是第一次请求。为了在多个页面请求之间保持状态，Web应用程序需要使用会话跟踪技术。HTTP会话跟踪技术主要有以下几种：

- **URL重写（URL Rewriting）**：在URL或者表单中添加一些额外的数据（如会话ID），用来标识会话。
- **Cookies**：在客户端保存会话标识符（如会话ID）。服务器在发送响应给客户端时，会携带一个包含会话ID的Cookie，客户端在后续的请求中会把这个Cookie发送给服务器。
- **隐藏表单字段（Hidden Form Fields）**：将数据嵌入到HTML表单的隐藏字段中。
- **Session**：利用服务器内存保存用户状态信息。当会话第一次被创建时，服务器会生成一个唯一的会话标识符，并通过响应发送给客户端（通常保存在Cookie中）。之后的每次请求都会包含这个标识符，服务器据此识别会话。

### 2.2.2 Servlet中会话管理的实现

在Servlet中，会话管理通常是通过HttpSession对象来实现的。HttpSession接口提供了一种在多个页面请求、提交之间存储有关用户的信息的方式。以下是一个基本的会话管理实现示例：

@WebServlet("/sessionExample")
public class SessionExampleServlet extends HttpServlet {
    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {
        HttpSession session = request.getSession(true);
        // 检查用户是否已经登录
        if (session.getAttribute("user") == null) {
            // 如果用户未登录，则进行登录处理
            // 登录成功后，将用户信息设置到session中
            session.setAttribute("user", newUserObject);
        }
        // 获取session中的用户信息
        User user = (User) session.getAttribute("user");
        // 根据业务需求进行页面跳转或者响应操作
    }
}

在上述代码中，首先尝试获取当前请求的会话对象（如果不存在，则创建一个新的会话），然后检查会话中是否已经保存了用户信息。如果没有，则需要进行用户登录处理。登录成功后，将用户对象保存在会话对象中，这样用户在后续的请求中就可以被识别。

## 2.3 Servlet的高级特性

### 2.3.1 异步处理与非阻塞I/O

在传统Servlet中，当`service()`方法被调用时，它会阻塞当前线程直到请求处理完成。对于一些耗时的操作，这会导致服务器线程资源的浪费。为了解决这个问题，Servlet 3.0引入了异步处理和非阻塞I/O的特性。

异步处理允许Servlet处理长时间运行的任务而不必阻塞调用它的线程。当一个请求被处理时，Servlet可以提交任务到一个异步上下文中，并立即返回一个`AsyncContext`。这样，服务器就可以将当前线程返回到线程池中供其他请求使用，而不是等待当前请求完成。

非阻塞I/O是另一种资源优化的方式，允许Servlet在等待I/O操作完成时释放线程，直到I/O操作完成才继续执行。这减少了线程的数量，降低了内存使用，并提高了性能。

### 2.3.2 Servlet过滤器和监听器的使用

**Servlet过滤器**（Filter）是一种用于拦截和处理进入Servlet请求的组件，以及从Servlet发出的响应。过滤器可以用来执行请求和响应的编码或转换，进行权限检查，日志记录等任务。

一个过滤器类必须实现`javax.servlet.Filter`接口。以下是创建一个简单的Servlet过滤器的示例：

@WebFilter("/example/*")
public class ExampleFilter implements Filter {
    public void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {
        // 过滤器初始化代码
    }

    public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain)
            throws IOException, ServletException {
        // 在请求处理之前执行的代码
        chain.doFilter(request, response); // 继续处理请求
        // 在响应返回给客户端之前执行的代码
    }

    public void destroy() {
        // 过滤器销毁前的清理代码
    }
}

**Servlet监听器**（Listener）用于监听Web应用程序中发生的事件，例如会话创建和销毁、属性更改等。监听器可以帮助开发者在应用程序状态改变时做出响应。

@WebListener
public class ExampleListener implements HttpSessionListener {
    public void sessionCreated(HttpSessionEvent se) {
        // 会话创建时的处理代码
    }

    public void sessionDestroyed(HttpSessionEvent se) {
        // 会话销毁时的处理代码
    }
}

以上代码中，`ExampleListener`实现了`HttpSessionListener`接口，可以监听会话的创建和销毁事件。实现的两个方法分别在会话创建和销毁时被调用。

通过这些高级特性，Servlet能够以更有效的方式处理Web应用程序中的请求和响应，同时提供更灵活的编程模型。

# 3. Java Web应用进阶开发

## 3.1 JSP与EL表达式

### 3.1.1 JSP页面的构建和执行流程

Java Server Pages (JSP)是一种用于开发动态web页面的技术。JSP页面的主要目的是为了简化Servlet的编码工作。JSP文件通常以`.jsp`作为文件扩展名，它们会被服务器编译成Servlet，然后执行生成HTML内容。

JSP页面的构建遵循以下步骤：

1. 客户端通过URL请求访问JSP页面。
2. 服务器接收请求，如果该JSP页面是首次被访问或者已经被修改，服务器将JSP页面转换成Servlet源文件。
3. 编译转换后的Servlet源文件为字节码文件。
4. 加载字节码文件，创建Servlet实例并执行其`_jspService`方法。
5. 服务方法生成动态内容，并将其发送到客户端。
6. 当再次请求同一个JSP页面时，如果页面未被修改，服务器将直接提供之前生成的Servlet的输出。

JSP的执行流程是高度自动化的，它隐藏了Servlet的许多底层细节，使得开发者可以更专注于页面内容的编写和业务逻辑的实现。

### 3.1.2 EL表达式的作用和语法

表达式语言（Expression Language，EL）提供了一种简单的方式从J