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Servlet 4.0 入门

如何在 Java servlet 应用程序中使用 HTTP/2 服务器推送和新型 HttpServletMapping 接口

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Java™ Servlet API 是主流服务器端 Java 的基本构建块,也是 Java EE 技术的一部分,例如,用于 Web 服务的 JAX - RS、JSF (JavaServer Faces) 和 JSP (JavaServer Pages)。Java servlet 也独立存在,提供一系列支持动态 Web 内容的功能。其中包括过滤器、Web 安全性以及用于处理 HTTP 请求和响应的功能。

Servlet 4.0 是 API 的最新版本,也是 Java EE 8 规范的核心更新。正如您将在本教程中了解到的,Servlet 4.0 已为 HTTP/2 准备就绪,完全包含服务器推送,同时还将其扩展到基于 servlet 的技术,如 JSF 2.3。本教程还介绍了新型 HttpServletMapping 接口, 它支持运行时发现 servlet 的映射 URL。

Servlet 简介

Java servlet 是一项基于 HTTP 协议运行的服务器端技术。Servlet 等待客户端向服务器发送请求消息,然后向客户端返回响应消息。请求和响应消息由两部分组成:

  • 标头包含消息相关信息。
  • 主体包含消息的有效载荷,即其内容。

在传统交换中,客户端通过从浏览器或 curl 等另一个 HTTP 客户端请求特定的 URL 来调用 servlet。

在清单 1 中,请求 servlet 路径时,会激活该 servlet 。请求会被委派给相应的方法,这由 HTTP 方法来确定。在这种情况下,由于请求是 GET 方法请求,因此通过 Java servlet 的 doGet() 方法来处理该请求。

以下交换的 servlet 路径是:http://hostname/applicationroot/showlogoservlet.

清单 1. servlet 简单实现
@WebServlet("/showlogoservlet")
public class SimpleServlet extends HttpServlet {

   @Override
   protected void doGet(HttpServletRequest request,
                        HttpServletResponse response) 
                        throws ServletException, IOException {

       getServletContext()
         .getRequestDispatcher("/showlogo.jsp")
         .forward(request, response);

   }
}

Servlet 4.0 的主要新功能

Servlet 4.0 的主要新功能为服务器推送和全新 API,该 API 可在运行时发现 servlet 的 URL 映射。

服务器推送是最直观的 HTTP/2 强化功能,通过 PushBuilder 接口在 servlet 中公开。服务器推送功能还在 JavaServer Faces API 中实现,并在 RenderResponsePhase 生命周期内调用,以便 JSF 页面可以利用其增强性能。

全新 servlet 映射发现接口 HttpServletMapping 使框架能够获取有关激活给定 servlet 请求的 URL 信息。这可能对框架尤为有用,这些框架需要这一信息来运行内部工作。

在接下来的部分,我将概述服务器推送及其如何在 Java servlet 中运行,包括 JSF 2.3 中的服务器推送。我还将展示一个交换示例,重点介绍全新 servlet 映射发现功能。

Servlet 4.0 中的服务器推送

服务器推送使服务器能预测客户端请求的资源需求。然后,在完成请求处理之前,它可以将这些资源发送到客户端。

要了解服务器推送的好处,可以考虑一个包含图像和其他依赖项(比如 CSS 和 JavaScript 文件)的网页。客户端发出一个针对该网页的请求。服务器然后分析所请求的页面,确定呈现它所需的资源,并主动将这些资源发送到客户端的缓存。

在执行所有这些操作的同时,服务器仍在处理原始网页请求。客户端收到响应时,它需要的资源已经位于缓存中。

PushBuilder

Servlet 4.0 通过 PushBuilder 接口公开服务器推送。为了能够进行访问,您需要通过调用 newPushBuilder() 方法,从 HttpServletRequest 获取 PushBuilder 实例。清单 2 展示了如何获取 PushBuilder 实例。

清单 2. 如何获取全新 PushBuilder
@Override
protected void doGet(HttpServletRequest request, 
                     HttpServletResponse response) 
					 throws ServletException, IOException {

   PushBuilder pushBuilder = request.newPushBuilder();

}

每次调用 newPushBuilder() 方法时,都将返回 PushBuilder 的新实例。如果服务器推送不可用,newPushBuilder() 将返回 null。在某些情况下,客户端可能会为请求事务拒绝服务器推送。如果客户端没有使用安全连接,服务器推送也不会起作用。因此,务必要在对 PushBuilder 实例调用方法之前,针对 null 返回值进行测试。

顾名思义,PushBuilder 实现 Builder 模式。在这一实现过程中,通过链接赋值方法构建推送请求。这些赋值方法通过设置 HTTP 标头、方法类型(GET 是唯一的可接受值)、查询字符串、会话 ID 和资源路径(即,将要推出资源的路径),来配置 PushBuilder 实例。

大多数来自原始 HttpServletRequest 实例的请求标头,只添加到 PushBuilder 实例中。由于正确运行服务器推送并不需要某些标头,因此不包括以下标头:

  • 条件标头
  • Range 标头
  • Expect 标头
  • Authorization 标头
  • Referrer 标头

现在,让我们看看如何构造和引发服务器推送操作。

1.设置推送资源

这一路径是在向客户端推送资源之前必须设置的唯一配置。设置路径需要调用 path() 方法。该方法只能被调用一次,因为它会改变 PushBuilder 对象的路径值。该路径可能会以正斜杠(“/”)开头,指示资源路径是绝对路径;否则,该资源会被认为是相对于关联请求的上下文路径。该路径可以包含一个查询字符串,该查询字符串将与 queryString() 方法设置的任何字符串合并。

2.推送资源

接下来,您将调用 push() 方法, 将资源推送到客户端。push() 方法用于发起与客户端的推送“对话”。在后台,会向客户端发送一个 PUSH_PROMISE 帧,类似于发送资源的意图通知。客户端可以通过发回 RST_STREAM 来拒绝资源。这种机制允许客户端保留对接收到的资源的控制。因此,客户端不会因不需要的资源或已经在缓存中的资源而过载。

如清单 3 所示,一旦获得了 PushBuilder 的实例,就可以多次重复使用。路径和条件标头都为 null,但是所有其他字段都原样保留。这些可以在另一个服务器推送中重复使用。

清单 3. 重复使用 PushBuilder 实例
PushBuilder pushBuilder = request.newPushBuilder();

if (pushBuilder != null) {
   pushBuilder.path("images/hero-banner.jpg").push();
   pushBuilder.path("css/menu.css").push();
   pushBuilder.path("js/marquee.js").push();
}

在清单 3 中,hero-banner.jpg 的路径是通过 path() 方法在 PushBuilder 实例上设置的,并通过调用 push() 推送到客户端。push() 方法是非阻塞的,且立即返回,以便后续可推送更多资源(本例中为 menu.cssmarquee.js)。

服务器推送实战
服务器推送实战

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将服务器推送与 JSF 结合使用

JavaServer Faces 已经将每个页面的资源需求标识为页面呈现生命周期的一部分,所以它非常适合用于服务器推送。就开发人员而言,比较好的一方面是,您不必为了激活此功能而煞费苦心。您可以免费升级到 JSF 2.3。

清单 4 展示了JSF 和服务器推送的集成情况。

清单 4. 在 JSF 页面中使用服务器推送
<h:head>
   <h:outputStylesheet library="css" name="logo.css"/>
   <h:outputScript library="js" name="logo.js"/>
   <title>JSF 2.3 ServerPush Example</title>
</h:head>
<h:body>
   <h:form>
       <h:graphicImage library="images" name="logo.jpg"/>
   </h:form>
</h:body>
</html>

清单 4 中的 JSF 页面需要以下三种资源:

  • 名为 logo.css 的 CSS 文件。
  • 名为 logo.js 的 JavaScript 文件。
  • 名为 logo.jpg 的图像。

当 JSF 引擎正在处理和呈现页面时,这些资源将被逐个推送到客户端。这发生在 JSF 的呈现响应阶段。然后,会为每个资源调用 ExternalContextImpl.encodeResourceURL() 方法,并向其传递资源的新 URL。从与 ExternalContext 相关联的 HttpServletRequest 实例获取新的 PushBuilder 对象。如果支持服务器推送,那么会在向客户端呈现页面之前将资源推送到客户端。

JSF 2.3 中的服务器推送
JSF 2.3 中的服务器推送

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HttpServletMapping 接口

Servlet 4.0 的全新 servlet 映射发现 API 使服务器能够对 URL(可调用 servlet)执行运行时检查。例如,对 file.ext, /path/path/file.ext 的请求将通过 URL 模式 /path/**.ext 激活 servlet。

HttpServletMapping 接口支持运行时发现 servlet 的映射 URL。您可以在 HttpServletRequest 实例上调用 getHttpServletMapping(),获取接口的实例。您可以使用以下方法获取有关 servlet 映射 URL 的信息:

  • getMatchValue() 返回部分 URI 路径,该路径会导致请求匹配。
  • getPattern() 返回 URL 模式的 String 表示形式。
  • getServletName() 返回 servlet 名称的 String 表示形式。
  • getMappingMatch() 返回匹配的类型,表示为 MappingMatch 枚举值,该枚举值将为以下值之一:CONTEXT_ROOTDEFAULTEXACTEXTENSIONPATH

清单 5 展示了四种 API 方法的实际应用。

清单 5. Servlet 4.0 中的运行时 servlet 映射发现
@WebServlet({"/path/*", "*.ext"})
public class ServletMapping extends HttpServlet {

    protected void doGet(HttpServletRequest request,
                         HttpServletResponse response) 
                         throws IOException {

        HttpServletMapping mapping = request.getHttpServletMapping();
        String mapping = mapping.getMappingMatch().name();
        String value = mapping.getMatchValue();
        String pattern = mapping.getPattern();
        String servletName = mapping.getServletName();
   }

}
servlet 映射 URL 的运行时发现
servlet 映射 URL 的运行时发现

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Servlet 4.0 的细微变化

除了服务器推送和全新 HttpServletMapping 接口,Servlet 4.0 还包括少量值得注意的新增功能和变更。

  1. Trailer 响应标头支持发送方在分块消息的末尾包含额外字段。这用于提供在发送消息主体时可能会动态生成的元数据,例如,消息完整性检查、数字签名或后期处理状态。
  2. Servlet 4.0 添加了 GenericFilterHttpFilter 抽象类,这些抽象类通过最低限度地实现生命周期方法 init()destroy(),简化了编写过滤器。
  3. Servlet 4.0 还集成了全新的 HTTP Trailer,支持发送方在分块消息的末尾包含额外的字段。
  4. ServletContext 接口采用了一些新方法:
    • addJspFile() 可将带有给定 JSP 文件的 servlet 添加到 servlet 上下文中。
    • getSessionTimeout()setSessionTimeout() 可提供对会话超时的访问权限。
    • getRequestCharacterEncoding()setRequestCharacterEncoding() 可为当前的 servlet 上下文提供访问权限,并改变默认的请求字符编码。
  5. HttpServletRequest 接口上的 isRequestedSessionIdFromUrl() 方法已被弃用。
  6. 由于升级到 Java SE 8,默认方法已被添加到侦听器接口中。

结束语

Servlet 4.0 已经发布,主要用于整合全新 HTTP/2 协议及其众多性能增强功能。PushBuilder 接口对推送到客户端的资源提供细粒度控制,使交叉实现生动有趣。例如,Jetty 9 在 PushCacheFilter Web 过滤器中使用 PushBuilder API 实现了服务器推送功能。此过滤器在首次请求时缓存了资源。即使仍在服务器端处理请求,它也能够将后续请求推送到客户端。

虽然 JSF 2.3 内置了服务器推送功能,但 JavaServer Pages 并没有此功能。JSF 与服务器推送的集成十分有用,开发人员因而可减少对性能问题的关注,而更加着力于设计动态网页。对于想要在 JSP 中实现相似功能的开发人员,就需要使用 Web 过滤器这样的定制解决方案,例如 Jetty 9 中的 PushCacheFilter Web 过滤器。


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Zone=Java technology, Open source, Web development
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