1.1.2. Web服务器工作原理

HTTP协议基于TCP协议上，是一个应用层协议，用于用户代理和Web服务器进行通信。Web服务器通常采用一问一答的方式进行工作：

在用户代理上用户发起资源请求，请求内容包括但不限于：指定资源的唯一标识URI,指明动作类型（GET/POST/DELETE/PUT...）
	
用户代理解析用户输入URI并从中获取目标域名，交由DNS服务器解析。如果URI中指定某IP地址，这无需这步。
	
如果与服务器的会话还没建立，此时先建立TCP连接，并完成HTTP协商（确定双方均可接受的处理方式，包括协议版本，是否加密，内容格式等等）。
	
用户代理把请求内容封装成HTTP数据包向服务器发送。
	
服务器接收到资源请求并以之前协商好的方式解包并处理。
	
服务器请求的资源封装成HTTP数据包并返回给用户代理。

概述：Web服务器概念较为广泛，我们最常说的Web服务器指的是网站服务器，它是建立在Internet之上并且驻留在某种计算机上的程序。Web服务器可以向Web客户端(如浏览器)提供文档或其他服务，只要是遵循HTTP协议而设计的网络应用程序都可以是Web客户端。
Web服务器和HTTP服务器可以说是同一个东西，当然非得细分的话，HTTP服务器是建立在HTTP协议之上的提供文档浏览的服务器，更多的是提供静态的文件。而Web服务器涵盖了HTTP服务器(这一点可以自行百度百科), Web服务器不仅能够存储信息，还能在用户通过Web浏览器提供的信息的基础上运行脚本和程序。

Web服务器 约等于 HTTP服务器 + 其他服务
目前所熟知的Web服务器有很多，其最主流的是 Apache, Nginx, IIS

各大Web服务器的实现细节都不同，是为了某种情形而设计开发的。但是它们的基础工作原理是相同的，这也是本次基础篇所讲解的内容。
一、Web服务器工作原理图解


首先我们暂时不考虑HTTP协议的各种请求方式，我们先跟着**（Web服务器工作原理总体描述01）这张图，将一次Web服务的工作流程过一遍，我们假设以浏览器作为客户端

(1) 用户做出了一个操作，可以是填写网址敲回车，可以是点击链接，可以是点击按键等，接着浏览器获取了该事件。

(2) 浏览器与对端服务程序建立TCP连接。

(3) 浏览器将用户的事件按照HTTP协议格式**打包成一个数据包，其实质就是在待发送缓冲区中的一段有着HTTP协议格式的字节流。

(4) 浏览器确认对端可写，并将该数据包推入Internet，该包经过网络最终递交到对端服务程序。

(5) 服务端程序拿到该数据包后，同样以HTTP协议格式解包，然后解析客户端的意图。

(6) 得知客户端意图后，进行分类处理，或是提供某种文件、或是处理数据。

(7) 将结果装入缓冲区，或是HTML文件、或是一张图片等。

(8) 按照HTTP协议格式将(7)中的数据打包

(9) 服务器确认对端可写，并将该数据包推入Internet，该包经过网络最终递交到客户端。

(10) 浏览器拿到包后，以HTTP协议格式解包，然后解析数据，假设是HTML文件。

(11) 浏览器将HTML文件展示在页面

以上为Web服务器工作基本原理。其实不难发现，这仅仅只是一个简单的网络通信。我们应该深信，作为一个服务器，其根本的工作无非有三个

接收数据  2. 发送数据  3. 数据处理

而Web服务器的本质就是 接收数据 ⇒ HTTP解析 ⇒ 逻辑处理 ⇒ HTTP封包 ⇒ 发送数据

高级的服务器无非就是将这三个部分更加细致的设计了。

二、Web服务器之提供静态文件工作原理图解
Web服务器最主要的功能是提供静态的文件。日常的上网浏览大多是网页浏览，少数时候才会有一些数据的提交操作。因此，我们结合上一张图示来重点讲解在GET请求下的Web服务器工作原理。



其他流程基本不变，着重在于红色与蓝色部分。

(1) 当用户点击一个网页链接或浏览器加载一些资源(css,jpg …)时产生。

(6) 服务程序解包后，确定其为GET请求，并且是对该服务器上的某一资源的请求。首先服务程序会去确认该路径是否存在，再确定该路径的文件是否可以获取。

(7-1) 如果请求的路径有误，或者该资源不能被用户获取，则返回错误提示页面。很多服务器的错误页面只有404，更专业的应该是将错误分类并返回对应的错误代码页面。

(7-2) 如果该路径合法且文件可以被获取，那么服务程序将根据该文件类型进行不同的装载过程，记录其类型作为(8)中HTTP协议中对应的返回类型，并加入响应头。
假设以点击一个页面链接为例，浏览器首先将HTML文件请求过来，再以同样的流程对HTML文件中包含的资源文件路径进行依次请求。


三、Web服务器之数据提交工作原理图解
仅仅只是网页的浏览并不能满足所有人的需求，客户端与服务器应当是有数据交互的。

即使单方面的资源请求任然是网络的主力军。

我们应该清楚的知道，数据提交对于用户来说有什么作用。

(1) 资源上传  (2) 登陆验证  (3) API接口调用  (4) 远程指令等

数据提交使得用户的操作性有了质的飞跃，它使得HTTP短连接获取静态文件的方式提升到了动态交互的层次上。该性质也催化出各式各样的编程语言、框架。例如PHP，JavaWeb。

如果你留意目前主流的那些大型服务器，你会发现再高级再牛逼的东西实际是也是最基础的东西建造的。那么我们还可以顺便学习一下最古老的动态技术CGI



其他流程基本不变，着重在于红色与蓝色部分。

(1) 用户提交数据，假设用户点击一个按键提交填好的信息。在(3)中将以POST格式写入，并填入提交至服务端的可执行程序的路径。

(6) 服务端将参数与该CGI绑定，复制进程，用管道传递参数和接收结果

(7) 子进程执行CGI，接收(6)父进程传来的参数，运算完成返回结果。

最后父进程将结果装入静态模板文件，放入缓冲区
四、动态技术
我们得明白，Web服务器是以短连接为主，并且获取的数据到达浏览器的那一刻一定是静态的不变的。那么所谓动态实际是指两种情况

服务端产生：

(1) 用户POST提交数据到某个程序，程序根据该数据作为参数运行，得出结果并装入静态的模板页面中，返回该静态页面。但对于用户来说，同一个页面，做了一个操作后数据不一样了。好了，这就是动态页面。(CGI原理)

(2) PHP的原理是，用户GET请求一个php后缀的文件，服务器先执行该php后缀文件中的PHP代码，将结果填入代码的位置，再返回。当然也可以提交数据参与运算再返回。
客户端产生：

(1) 用户GET请求一个JavaScript文件，服务端不做任何运算返回该静态文件。浏览器收到该JS文件，在本地执行并更新页面。

(2) 用户POST提交数据到服务端，服务端根据该提交的数据指令返回静态文件，浏览器收到后执行并更新。

一个 Web 服务器也被称为 HTTP 服务器，它通过 HTTP 协议与客户端通信。这个客户端通常指的是 Web 浏览器。
    Web服务器的工作原理简单的可以归纳为：客户机连接服务器，客户端向服务器发送请求，服务器向客户机发送应答，客户机与服务器断开。一个简单的事务处理事件就是这样实现的，看起来不简单，做起来其实也是挺简单的，呵呵……需要注意的是客户机与服务器直接的通信是非连接的，也就是当服务器发送了应答后就与客户机断开连接，等待下一次请求。
　　HTTP 是一种让 Web 服务器与浏览器(客户端)通过 Internet 发送与接收数据的协议。它是一个请求、响应协议--客户端发出一个请求，服务器响应这个请求。HTTP 运用可靠的 TCP 连接，通常用的 TCP 80 端口。
在 HTTP 中，客户端总是通过建立一个连接与发送一个 HTTP 请求来发起一个事务。服务器不能主动去与客户端联系，也不能给客户端发出一个回叫连接。客户端与服务器端都可以提前中断一个连接。例如，当用一个浏览器下载一个文件时，你可以通过点击“停止”键来中断文件的下载，关闭与服务器的 HTTP 连接。

    http协议使Web服务器和浏览器可以通过Web交换数据。它是一种请求/响应协议，即服务器等待并响应客户方请求。H T T P不维护与客户方的连接，它使用可靠的T C P连接，通常采用TCP 80端口。客户/服务器传输过程可分为四个基一步骤：

 1) 浏览器与服务器建立连接；

 2) 浏览器向服务器请求文档；

 3) 服务器响应浏览器请求；

 4) 断开连接。

H T T P是一种无状态协议，它不维护连接的状态信息。

1. 客户请求

客户请求包含以下信息：

请求方法

请求头

请求数据

（1）请求方法是用于特定U R L或We b页面的程序HTTP请求方法:

方法       描述

GET     请求指定的文档

HEAD    仅请求文档头

POST    请求服务器接收指定文档作为可执行的信息

PUT     用从客户端传送的数据取代指定文档中的内容

DELETE  请求服务器删除指定页面

OPTIONS 允许客户端查看服务器的性能

TRACE   用于测试—允许客户端查看消息回收过程

（2）头信息是可选项，它用于向服务器提供客户端的其他信息

如果客户采用某种方法获取数据(如P O S T )，数据就放在头( h e a d e r )之后；否则客户机等待

从服务器传来的响应。

2. 服务器响应

服务器响应包括以下关键部分：

状态码

响应头

响应数据

HTTP定义了多组返回给浏览器的状态码。

响应头向客户方提供服务器和/或请求文档的信息HTTP响应头:

方法              描述

Server         Web服务器信息

Date           当前日期/时间

Last Modified  请求文档最近修改时间

Expires        请求文档过期时间

Content-length 数据长度(字节)

Content-type   数据M I M E类型

WWW-authenticate 用于通知客户方需要的认证信息(如用户名、口令等)

如果有客户方请求的数据，数据放在响应头之后，否则服务器断开连接。

3.通信实例：

1. 请求

在本例中，浏览器请求文档的U R L为h ttp://www.hostname.com/index.html。所有的请求均以空行结束。

GET /index.html HTTP/1.1

Accept: text/plain

Accept: text/html

User-Agent: Mozilla/4.5(WinNT)

                   (blank line)

（DATA）


浏览器使用Get方法请求文档/index.html。浏览器声明它只能接收纯文本和html数据，它使用Mozilla/4.5(Netscape)引擎。

2. 响应

服务响应包括状态码、一些头信息(以空行结束)及请求数据，假设数据存在，则响应信息如下：

HTTP/1.1 200 OK

Date Sunday, 15-Jul-05 12:18:33 GMT

Server: Apache/1.3.6

MIME-version: 1.0

Content-type: test/html

Last-modified: Thursday,02-Jun-05 20:43:56 GMT

Content-length: 1432

        (blank line)

<HTML>              （此行开始为数据部分，与前面头部要空一行）

<HEAD>

<title>Example Server-Browser Communication</title>

</HEAD>

<BODY>

......

</BODY>

</HTML>


假设文档未找到，响应信息如下

HTTP/1.1 404 NOT FOUND

Date Sunday, 15-Jul-05 12:19:33 GMT

Server: Apache/1.3.6


注意：每行换行时用：/r/n，头部与数据段之间要多空已行，即用两次/r/n
特别的，请求的一个网页包含着图片或视频等内容时，服务器第一次先发送文本消息，断开连接，客户端再次发送请求，服务器再次发送图片信息，有多少张图片（即除文本标签以为的消息）服务器就要和客户机断开/连接多少次。下面是我用Java编写的一个简单的web服务器：
如果想要代码的话，自己下载：
现在解释一下运行的一些问题：
while (true) {
System.out.println("服务器在等待中……");
              // 让服务器循环等待客户机的连接，如果没有whlie(true)语句，当客户机与服务器
              // 断开时，web服务器也退出了程序，无法使用
              Socket client = server.accept();
              // 处理客户端
              processClient(client);
｝
服务器在等待中……
（此处为空行）
服务器在等待中……
2.jpg
服务器在等待中……
3.jpg
服务器在等待中……
1.gif
服务器在等待中……
sound.mp3
服务器在等待中……
其中的第一个“服务器在等待中……”是在服务器创建成功后输出的，之后等待客户机连接（即执行Socket client = server.accept();这句代码时，程序处于阻塞状态），当客户机来连接时，输出空行，也就是向请求主页，当服务器向客户机发送了文本时，断开，服务器再次进入等待，此时输出第二个“服务器在等待中……”，客户机再次发送1.jpg图片文件请求，依次类推，知道将客户机请求的全部信息都发送完，这也是web服务器与浏览器（客户机）之间通信的缺点之一，也就是http没连接一次只能完成一次请求，如果html文件中有多张图片，每传送一个图片，客户机和服务器之间都要单独建立一次连接。当然一个好的web服务器不仅仅是这么简单的，但是只要我们掌握了他们通信的原理，写出一个好的web服务器不是一件难事……

@(服务器)[Web服务器, Notes]


  
VICTORY LOVES PREPARATION



思维导图
一web服务器应用服务器和web容器
web服务器
应用服务器
web容器

二Servlet
三ServletContext
四ServletRequest和ServletResponse
五Session和Cookie
六线程安全

ELSE
七声明式事务问题





〇、思维导图








一、web服务器、应用服务器和web容器



web服务器

SUMMARY：驻留于因特网上，可以向浏览器等Web客户端提供文档的计算机的程序。
在Mosaic浏览器（通常被认为是第一个图形化的web浏览器）和超链接内容的初期，演变出了“web服务器”的新概念，它通过HTTP协议来提供静态页面内容和图片服务。在那个时候，大多数内容都是静态的，并且HTTP 1.0只是一种传送文件的方式。但在不久后web服务器提供了CGI功能。这意味着我们可以为每个web请求启动一个进程来产生动态内容。现在，HTTP协议已经很成熟了并且web服务器变得更加复杂，拥有了像缓存、安全和session管理这些附加功能。随着技术的进一步成熟，我们从Kiva和NetDynamics学会了公司专属的基于Java的服务器端技术。这些技术最终全都融入到我们今天依然在大多数应用开发里使用的JSP中。

应用服务器

SUMMARY：通过各种协议把商业逻辑曝露给客户端的计算机程序。
在同一时期，应用服务器已经存在并发展很长一段时间了。一些公司为Unix开发了Tuxedo（面向事务的中间件）、TopEnd、Encina等产品，这些产品都是从类似IMS和CICS的主机应用管理和监控环境衍生而来的。大部分的这些产品都指定了“封闭的”产品专用通信协议来互连胖客户机(“fat” client)和服务器。在90年代，这些传统的应用服务器产品开始嵌入HTTP通信功能，刚开始要利用网关来实现。不久后它们之间的界线开始变得模糊了。 


同时，web服务器越来越成熟，可以处理更高的负载、更多的并发和拥有更好的特性；应用服务器开始添加越来越多的基于HTTP的通信功能。所有的这些导致了web服务器与应用服务器的界线变得更窄了。 


目前，“应用服务器”和“web服务器”之间的界线已经变得模糊不清了。但是人们还把这两个术语区分开来，作为强调使用。 


当有人说到“web服务器”时，你通常要把它认为是以HTTP为核心、web UI为向导的应用。当有人说到“应用服务器”时，你可能想到“高负载、企业级特性、事务和队列、多通道通信（HTTP和更多的协议）”。但现在提供这些需求的基本上都是同一个产品。
web容器

SUMMARY：处理客户端请求的服务程序。在Java方面，web容器一般是指Servlet容器。

Servlet容器是与Java Servlet交互的web容器的组件。web容器负责管理Servlet的生命周期、把URL映射到特定的Servlet、确保URL请求拥有正确的访问权限和更多类似的服务。综合来看，Servlet容器就是用来运行你的Servlet和维护它的生命周期的运行环境。





二、Servlet

SUMMARY： Servlet是能够根据请求动态生成内容的服务端组件。
Servlet是一个在javax.servlet包里定义的接口。它为Servlet的生命周期声明了三个基本方法——init()、service()和destroy()。每个Servlet都要实现这些方法（在SDK里定义或者用户定义）并在它们的生命周期的特定时间由服务器来调用这些方法。 


类加载器通过懒加载（lazy-loading）或者预加载（eager loading）自动地把Servlet类加载到容器里。每个请求都拥有自己的线程，而一个Servlet对象可以同时为多个线程服务。当Servlet对象不再被使用时，它就会被JVM当做垃圾回收掉。 


懒加载的Servlet



预加载的Servlet






三、ServletContext

SUMMARY： Servlet的上下文环境。
当Servlet容器启动时，它会部署并加载所有的web应用。当web应用被加载时，Servlet容器会一次性为每个应用创建Servlet上下文（ServletContext）并把它保存在内存里。Servlet容器会处理web应用的web.xml文件，并且一次性创建在web.xml里定义的Servlet、Filter和Listener，同样也会把它们保存在内存里。当Servlet容器关闭时，它会卸载所有的web应用和ServletContext，所有的Servlet、Filter和Listner实例都会被销毁。 

从Java文档可知，ServletContext定义了一组方法，Servlet使用这些方法来与它的Servlet容器进行通信。例如，用来获取文件的MIME类型、转发请求或者编写日志文件。在web应用的部署文件（deployment descriptor）标明“分布式”的情况下，web应用的每一个虚拟机都拥有一个上下文实例。在这种情况下，不能把Servlet上下文当做共享全局信息的变量（因为它的信息已经不具有全局性了）。可以使用外部资源来代替，比如数据库。





四、ServletRequest和ServletResponse

SUMMARY：封装请求和响应数据。
Servlet容器包含在web服务器中，web服务器监听来自特定端口的HTTP请求，这个端口通常是80。当客户端（使用web浏览器的用户）发送一个HTTP请求时，Servlet容器会创建新的HttpServletRequest和HttpServletResponse对象，并且把它们传递给已经创建的Filter和URL模式与请求URL匹配的Servlet实例的方法，所有的这些都使用同一个线程。

request对象提供了获取HTTP请求的所有信息的入口，比如请求头和请求实体。response对象提供了控制和发送HTTP响应的便利方法，比如设置响应头和响应实体（通常是JSP生成的HTML内容）。当HTTP响应被提交并结束后，request和response对象都会被销毁。





五、Session和Cookie

SUMMARY：存储特定用户会话所需的属性及配置信息 | 为了辨别用户身份、进行 session 跟踪而储存在用户本地终端上的数据。
当客户端第一次访问web应用或者第一次使用request.getSession()获取HttpSession时，Servlet容器会创建Session，生成一个long类型的唯一ID（你可以使用session.getId()获取它）并把它保存在服务器的内存里。Servlet容器同样会在HTTP响应里设置一个Cookie，cookie的名是JSESSIONID并且cookie的值是session的唯一ID。

根据HTTP cookie规范（正规的web浏览器和web服务器必须遵守的约定），在cookie的有效期间，客户端（web浏览器）之后的请求都要把这个cookie返回给服务器。Servlet容器会利用带有名为JSESSIONID的cookie检测每一个到来的HTTP请求头，并使用cookie的值从服务器内容里获取相关的HttpSession。

HttpSession会一直存活着，除非超过一段时间没使用。你可以在web.xml里设定这个时间段，默认时间段是30分钟。因此，如果客户端已经超过30分钟没有访问web应用的话，Servlet容器就会销毁Session。之后的每一个请求，即使带有特定的cookie，都再也不会访问到同一个Session了。servletcontainer会创建一个新的Session。

另外，在客户端的session cookie拥有一个默认的存活时间，这个时间与浏览器的运行时间相同。因此，当用户关闭浏览器后（所有的标签或者窗口），客户端的Session就会被销毁。重新打开浏览器后，与之前的Session关联的cookie就再也不会被发送出去了。再次使用request.getSession()会返回一个全新的HttpSession并且使用一个全新的session ID来设置cookie。 


现有的Session



新的Session






六、线程安全

SUMMARY：不应该使用Servlet或者Filter的实例变量来存放任何的请求或者会话范围内的数据。
所有的请求都在共享Servlet和Filter，这是Java的一个很棒的特性，它是多线程的并且不同的线程（即HTTP请求）可以使用同一个实例。否则，对每一个请求都重新创建一个实体会耗费很多的资源。


因此为了线程安全，不应该使用Servlet或者Filter的实例变量来存放任何的请求或者会话范围内的数据。这些数据会被其他Session的所有请求共享。eg:

public class MyServlet extends HttpServlet
{
    private Object thisIsNOTThreadSafe; //Don't to this

    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException
    {
        Object thisIsThreadSafe;

        thisIsNOTThreadSafe = request.getParameter("foo"); // BAD!! Shared among all requests!
        thisIsThreadSafe = request.getParameter("foo"); // OK, this is thread safe.
    }
}





ELSE



七、声明式事务问题

引入事务spring-tx的dtd文件；
配置JDBC；
启动事务<tx:annotation-driven />；
实例

db.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" 
    xmlns:p="http://www.springframework.org/schema/p"
    xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
    xmlns:tx="http://www.springframework.org/schema/tx"
    xsi:schemaLocation="
    http://www.springframework.org/schema/beans 
    http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-3.0.xsd
    http://www.springframework.org/schema/context 
    http://www.springframework.org/schema/context/spring-context-3.0.xsd
    http://www.springframework.org/schema/tx 
    http://www.springframework.org/schema/tx/spring-tx-3.0.xsd"
    default-autowire="byName">

<bean id="dataSource" class="org.apache.commons.dbcp.BasicDataSource"
    destroy-method="close">
    <property name="driverClassName">
        <value>${jdbc.driver}</value>
    </property>
    <property name="url">
        <value>${jdbc.url}</value>
    </property>
    <property name="username">
        <value>${jdbc.username}</value>
    </property>
    <property name="password">
        <value>${jdbc.password}</value>
    </property>
    <property name="maxActive">
        <value>1800</value>
    </property>
    <property name="maxIdle">
        <value>1800</value>
    </property>
    <property name="minIdle">
        <value>16</value>
    </property>
    <property name="validationQuery" value="SELECT 1" />
    <property name="testOnBorrow" value="true" />
</bean>

<!--Transaction Manager -->
<bean id="transactionManager" class="org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager">
         <property name="dataSource" ref="dataSource" />
</bean>

<tx:annotation-driven transaction-manager="transactionManager"/>
PersonServiceImpl

@Transactional
public class PersonServiceImpl implements PersonService {

      /* business logic is omitted... */

}

  
注意 

  - @Transactional注解可以标注类和方法； 

  - 一般情况下，运行期例外（unchecked例外，也就是说该异常系统不会捕获）RuntimeException事务会回滚的，否则（checked例外，该异常系统会捕获）事务不会回滚，当然可以通过属性指定所有异常都要回滚(rollbackFor)或者某些异常不需要回滚(noRollbackFor)； 

  - Spring事务只在其定义的WebApplicationContext中起作用，Spring Web MVC中典型的上下文层级关系如下：  
- 典型配置 
 


  - Servlet WebApplicationContext对应org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet加载内容 

  - Root WebAplicationContext对应org.springframework.web.context.ContextLoaderListener加载内容 
 
- 单上下文配置 
 


  - 设置org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet的初始参数contextConfigLocation为空即可



  2016年10月23日 21:22 

  2016年06月02日 09:42 

  2016年05月15日 15:40
 ↩
HowToDoInJava ↩
Spring WebApplicationContext ↩