# JavaWeb后端
经过前面的学习，现在终于可以正式进入到后端的学习当中，不过，我们还是需要再系统地讲解一下HTTP通信基础知识，它是我们学习JavaWeb的基础知识，我们之前已经学习过TCP通信，而HTTP实际上是基于TCP协议之上的应用层协议，因此理解它并不难理解。
打好基础是关键！为什么要去花费时间来讲解计算机网络基础，我们学习一门技术，如果仅仅是知道如何使用却不知道其原理，那么就成了彻头彻尾的“码农”，只知道搬运代码实现功能，却不知道这行代码的执行流程，在遇到一些问题的时候就不知道如何解决，无论是知识层面还是应用层面都得不到提升。
无论怎么样，我们都要明确，我们学习JavaWeb的最终目的是为了搭建一个网站，并且让用户能访问我们的网站并在我们的网站上做一些事情。
## 计算机网络基础
在计算机网络（谢希仁 第七版 第264页）中，是这样描述万维网的：
> 万维网（World Wide Web）并非是某种特殊的计算机网络，万维网是一个大规模的联机式信息储藏所，英文简称`Web`，万维网用**链接**的方法，能够非常方便地从互联网上的一个站点访问另一个站点，从而主动地按需求获取丰富的信息。
这句话说的非常官方，但是也蕴藏着许多的信息，首先它指明，我们的互联网上存在许许多多的服务器，而我们通过访问这些服务器就能快速获取服务器为我们提供的信息（比如打开百度就能展示搜索、打开小破站能刷视频、打开微博能查看实时热点）而这些服务器就是由不同的公司在运营。
其次，我们通过浏览器，只需要输入对应的网址或是点击页面中的一个链接，就能够快速地跳转到另一个页面，从而按我们的意愿来访问服务器。
而书中是这样描述万维网的工作方式：
> 万维网以客户服务器的方式工作，浏览器就是安装在用户主机上的万维网客户程序，万维网文档所驻留的主机则运行服务器程序，因此这台主机也称为万维网服务器。**客户程序向服务器程序发出请求，服务器程序向客户程序送回客户所要的万维网文档**，在一个客户程序主窗口上显示出的万维网文档称为页面。
上面提到的客户程序其实就是我们电脑上安装的浏览器，而服务端就是我们即将要去学习的Web服务器，也就是说，我们要明白如何搭建一个Web服务器并向用户发送我们提供的Web页面，在浏览器中显示的，一般就是HTML文档被解析后的样子。
那么，我们的服务器可能不止一个页面，可能会有很多个页面，那么客户端如何知道该去访问哪个服务器的哪个页面呢？这个时候就需要用到`URL`统一资源定位符。互联网上所有的资源，都有一个唯一确定的URL，比如`http://www.baidu.com`
URL的格式为：
> <协议>://<主机>:<端口>/<路径>
>
> 协议是指采用什么协议来访问服务器，不同的协议决定了服务器返回信息的格式，我们一般使用HTTP协议。
>
> 主机可以是一个域名，也可以是一个IP地址（实际上域名最后会被解析为IP地址进行访问）
>
> 端口是当前服务器上Web应用程序开启的端口，我们前面学习TCP通信的时候已经介绍过了，HTTP协议默认使用80端口，因此有时候可以省略。
>
> 路径就是我们希望去访问此服务器上的某个文件，不同的路径代表访问不同的资源。
我们接着来了解一下什么是HTTP协议：
> HTTP是面向事务的应用层协议，它是万维网上能够可靠交换文件的重要基础。HTTP不仅传送完成超文本跳转所需的必须信息，而且也传送任何可从互联网上得到的信息，如文本、超文本、声音和图像。
实际上我们之前访问百度、访问自己的网站，所有的传输都是以HTTP作为协议进行的。
我们来看看HTTP的传输原理：
> HTTP使用了面向连接的TCP作为运输层协议，保证了数据的可靠传输。HTTP不必考虑数据在传输过程中被丢弃后又怎样被重传。但是HTTP协议本身是无连接的。也就是说，HTTP虽然使用了TCP连接，但是通信的双方在交换HTTP报文之前不需要先建立HTTP连接。1997年以前使用的是HTTP/1.0协议，之后就是HTTP/1.1协议了。
那么既然HTTP是基于TCP进行通信的，我们首先来回顾一下TCP的通信原理：
TCP协议实际上是经历了三次握手再进行通信，也就是说保证整个通信是稳定的，才可以进行数据交换，并且在连接已经建立的过程中，双方随时可以互相发送数据，直到有一方主动关闭连接，这时在进行四次挥手，完成整个TCP通信。
而HTTP和TCP并不是一个层次的通信协议，TCP是传输层协议，而HTTP是应用层协议，因此，实际上HTTP的内容会作为TCP协议的报文被封装，并继续向下一层进行传递，而传输到客户端时，会依次进行解包，还原为最开始的HTTP数据。
HTTP使用TCP协议是为了使得数据传输更加可靠，既然它是依靠TCP协议进行数据传输，那么为什么说它本身是无连接的呢？我们来看一下HTTP的传输过程：
> 用户在点击鼠标链接某个万维网文档时，HTTP协议首先要和服务器建立TCP连接。这需要使用三报文握手。当建立TCP连接的三报文握手的前两部分完成后（即经过了一个RTT时间后），万维网客户就把HTTP请求报文作为建立TCP连接的三报文握手中的第三个报文的数据，发送给万维网服务器。服务器收到HTTP请求报文后，就把所请求的文档作为响应报文返回给客户。
因此，我们的浏览器请求一个页面，需要两倍的往返时间。
最后，我们再来了解一下HTTP的报文结构：
由客户端向服务端发送是报文称为请求报文，而服务端返回给客户端的称为响应报文，实际上，整个报文全部是以文本形式发送的，通过使用空格和换行来完成分段。
现在，我们已经了解了HTTP协议的全部基础知识，那么什么是Web服务器呢，实际上，它就是一个软件，但是它已经封装了所有的HTTP协议层面的操作，我们无需关心如何使用HTTP协议通信，而是直接基于服务器软件进行开发，我们只需要关心我们的页面数据如何展示、前后端如何交互即可。
## 认识Tomcat服务器
[](http://tomcat.apache.org/)
Tomcat（汤姆猫）就是一个典型的Web应用服务器软件，通过运行Tomcat服务器，我们就可以快速部署我们的Web项目，并交由Tomcat进行管理，我们只需要直接通过浏览器访问我们的项目即可。
那么首先，我们需要进行一个简单的环境搭建，我们需要在Tomcat官网下载最新的Tomcat服务端程序：https://tomcat.apache.org/download-10.cgi（下载速度可能有点慢）
- 下载：64-bit Windows zip
下载完成后，解压，并放入桌面，接下来需要配置一下环境变量，打开`高级系统设置`，打开`环境变量`，添加一个新的系统变量，变量名称为`JRE_HOME`，填写JDK的安装目录+/jre，比如Zulujdk默认就是：C:\Program Files\Zulu\zulu-8\jre
设置完成后，我们进入tomcat文件夹bin目录下，并在当前位置打开CMD窗口，将startup.sh拖入窗口按回车运行，如果环境变量配置有误，会提示，若没问题，服务器则正常启动。
如果出现乱码，说明编码格式配置有问题，我们修改一下服务器的配置文件，打开`conf`文件夹，找到`logging.properties`文件，这就是日志的配置文件（我们在前面已经给大家讲解过了）将ConsoleHandler的默认编码格式修改为GBK编码格式：
```properties
java.util.logging.ConsoleHandler.encoding = GBK
```
现在重新启动服务器，就可以正常显示中文了。
服务器启动成功之后，不要关闭，我们打开浏览器，在浏览器中访问：http://localhost:8080/，Tomcat服务器默认是使用8080端口（可以在配置文件中修改），访问成功说明我们的Tomcat环境已经部署成功了。
整个Tomcat目录下，我们已经认识了bin目录（所有可执行文件，包括启动和关闭服务器的脚本）以及conf目录（服务器配置文件目录），那么我们接着来看其他的文件夹：
* lib目录：Tomcat服务端运行的一些依赖，不用关心。
* logs目录：所有的日志信息都在这里。
* temp目录：存放运行时产生的一些临时文件，不用关心。
* work目录：工作目录，Tomcat会将jsp文件转换为java文件（我们后面会讲到，这里暂时不提及）
* webapp目录：所有的Web项目都在这里，每个文件夹都是一个Web应用程序：
我们发现，官方已经给我们预设了一些项目了，访问后默认使用的项目为ROOT项目，也就是我们默认打开的网站。
我们也可以访问example项目，只需要在后面填写路径即可：http://localhost:8080/examples/，或是docs项目（这个是Tomcat的一些文档）http://localhost:8080/docs/
Tomcat还自带管理页面，我们打开：http://localhost:8080/manager，提示需要用户名和密码，由于不知道是什么，我们先点击取消，页面中出现如下内容：
> You are not authorized to view this page. If you have not changed any configuration files, please examine the file `conf/tomcat-users.xml` in your installation. That file must contain the credentials to let you use this webapp.
>
> For example, to add the `manager-gui` role to a user named `tomcat` with a password of `s3cret`, add the following to the config file listed above.
>
> ```
>
>
> ```
>
> Note that for Tomcat 7 onwards, the roles required to use the manager application were changed from the single `manager` role to the following four roles. You will need to assign the role(s) required for the functionality you wish to access.
>
> - `manager-gui` - allows access to the HTML GUI and the status pages
> - `manager-script` - allows access to the text interface and the status pages
> - `manager-jmx` - allows access to the JMX proxy and the status pages
> - `manager-status` - allows access to the status pages only
>
> The HTML interface is protected against CSRF but the text and JMX interfaces are not. To maintain the CSRF protection:
>
> - Users with the `manager-gui` role should not be granted either the `manager-script` or `manager-jmx` roles.
> - If the text or jmx interfaces are accessed through a browser (e.g. for testing since these interfaces are intended for tools not humans) then the browser must be closed afterwards to terminate the session.
>
> For more information - please see the [Manager App How-To](http://localhost:8080/docs/manager-howto.html).
现在我们按照上面的提示，去配置文件中进行修改：
```xml
```
现在再次打开管理页面，已经可以成功使用此用户进行登陆了。登录后，展示给我们的是一个图形化界面，我们可以快速预览当前服务器的一些信息，包括已经在运行的Web应用程序，甚至还可以查看当前的Web应用程序有没有出现内存泄露。
同样的，还有一个虚拟主机管理页面，用于一台主机搭建多个Web站点，一般情况下使用不到，这里就不做演示了。
我们可以将我们自己的项目也放到webapp文件夹中，这样就可以直接访问到了，我们在webapp目录下新建test文件夹，将我们之前编写的前端代码全部放入其中（包括html文件、js、css、icon等），重启服务器。
我们可以直接通过 http://localhost:8080/test/ 来进行访问。
***
## 使用Maven创建Web项目
虽然我们已经可以在Tomcat上部署我们的前端页面了，但是依然只是一个静态页面（每次访问都是同样的样子），那么如何向服务器请求一个动态的页面呢（比如显示我们访问当前页面的时间）这时就需要我们编写一个Web应用程序来实现了，我们需要在用户向服务器发起页面请求时，进行一些处理，再将结果发送给用户的浏览器。
**注意：**这里需要使用终极版IDEA，如果你的还是社区版，就很难受了。
我们打开IDEA，新建一个项目，选择Java Enterprise（社区版没有此选项！）项目名称随便，项目模板选择Web应用程序，然后我们需要配置Web应用程序服务器，将我们的Tomcat服务器集成到IDEA中。配置很简单，首先点击新建，然后设置Tomcat主目录即可，配置完成后，点击下一步即可，依赖项使用默认即可，然后点击完成，之后IDEA会自动帮助我们创建Maven项目。
创建完成后，直接点击右上角即可运行此项目了，但是我们发现，有一个Servlet页面不生效。
需要注意的是，Tomcat10以上的版本比较新，Servlet API包名发生了一些变化，因此我们需要修改一下依赖：
```xml
jakarta.servletjakarta.servlet-api5.0.0provided
```
注意包名全部从javax改为jakarta，我们需要手动修改一下。
感兴趣的可以了解一下为什么名称被修改了：
> Eclipse基金会在2019年对 Java EE 标准的每个规范进行了重命名，阐明了每个规范在Jakarta EE平台未来的角色。
>
> 新的名称Jakarta EE是Java EE的第二次重命名。2006年5月，“J2EE”一词被弃用，并选择了Java EE这个名称。在YouTube还只是一家独立的公司的时候，数字2就就从名字中消失了，而且当时冥王星仍然被认为是一颗行星。同样，作为Java SE 5（2004）的一部分，数字2也从J2SE中删除了，那时谷歌还没有上市。
>
> **因为不能再使用javax名称空间，Jakarta EE提供了非常明显的分界线。**
>
> - Jakarta 9（2019及以后）使用jakarta命名空间。
> - Java EE 5（2005）到Java EE 8（2017）使用javax命名空间。
> - Java EE 4使用javax命名空间。
我们可以将项目直接打包为war包（默认），打包好之后，放入webapp文件夹，就可以直接运行我们通过Java编写的Web应用程序了，访问路径为文件的名称。
## Servlet
前面我们已经完成了基本的环境搭建，那么现在我们就可以开始来了解我们的第一个重要类——Servlet。
它是Java EE的一个标准，大部分的Web服务器都支持此标准，包括Tomcat，就像之前的JDBC一样，由官方定义了一系列接口，而具体实现由我们来编写，最后交给Web服务器（如Tomcat）来运行我们编写的Servlet。
那么，它能做什么呢？我们可以通过实现Servlet来进行动态网页响应，使用Servlet，不再是直接由Tomcat服务器发送我们编写好的静态网页内容（HTML文件），而是由我们通过Java代码进行动态拼接的结果，它能够很好地实现动态网页的返回。
当然，Servlet并不是专用于HTTP协议通信，也可以用于其他的通信，但是一般都是用于HTTP。
### 创建Servlet
那么如何创建一个Servlet呢，非常简单，我们只需要实现`Servlet`类即可，并添加注解`@WebServlet`来进行注册。
```java
@WebServlet("/test")
public class TestServlet implements Servlet {
...实现接口方法
}
```
我们现在就可以去访问一下我们的页面：http://localhost:8080/test/test
我们发现，直接访问此页面是没有任何内容的，这是因为我们还没有为该请求方法编写实现，这里先不做讲解，后面我们会对浏览器的请求处理做详细的介绍。
除了直接编写一个类，我们也可以在`web.xml`中进行注册，现将类上`@WebServlet`的注解去掉：
```xml
testcom.example.webtest.TestServlettest/test
```
这样的方式也能注册Servlet，但是显然直接使用注解更加方便，因此之后我们一律使用注解进行开发。只有比较新的版本才支持此注解，老的版本是不支持的哦。
实际上，Tomcat服务器会为我们提供一些默认的Servlet，也就是说在服务器启动后，即使我们什么都不编写，Tomcat也自带了几个默认的Servlet，他们编写在conf目录下的web.xml中：
```xml
default/jsp*.jsp*.jspx
```
我们发现，默认的Servlet实际上可以帮助我们去访问一些静态资源，这也是为什么我们启动Tomcat服务器之后，能够直接访问webapp目录下的静态页面。
我们可以将之前编写的页面放入到webapp目录下，来测试一下是否能直接访问。
### 探究Servlet的生命周期
我们已经了解了如何注册一个Servlet，那么我们接着来看看，一个Servlet是如何运行的。
首先我们需要了解，Servlet中的方法各自是在什么时候被调用的，我们先编写一个打印语句来看看：
```java
public class TestServlet implements Servlet {
public TestServlet(){
System.out.println("我是构造方法！");
}
@Override
public void init(ServletConfig servletConfig) throws ServletException {
System.out.println("我是init");
}
@Override
public ServletConfig getServletConfig() {
System.out.println("我是getServletConfig");
return null;
}
@Override
public void service(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse) throws ServletException, IOException {
System.out.println("我是service");
}
@Override
public String getServletInfo() {
System.out.println("我是getServletInfo");
return null;
}
@Override
public void destroy() {
System.out.println("我是destroy");
}
}
```
我们首先启动一次服务器，然后访问我们定义的页面，然后再关闭服务器，得到如下的顺序：
> 我是构造方法！
> 我是init
> 我是service
> 我是service（出现两次是因为浏览器请求了2次，是因为有一次是请求favicon.ico，浏览器通病）
>
> 我是destroy
我们可以多次尝试去访问此页面，但是init和构造方法只会执行一次，而每次访问都会执行的是`service`方法，因此，一个Servlet的生命周期为：
- 首先执行构造方法完成 Servlet 初始化
- Servlet 初始化后调用 **init ()** 方法。
- Servlet 调用 **service()** 方法来处理客户端的请求。
- Servlet 销毁前调用 **destroy()** 方法。
- 最后，Servlet 是由 JVM 的垃圾回收器进行垃圾回收的。
现在我们发现，实际上在Web应用程序运行时，每当浏览器向服务器发起一个请求时，都会创建一个线程执行一次`service`方法，来让我们处理用户的请求，并将结果响应给用户。
我们发现`service`方法中，还有两个参数，`ServletRequest`和`ServletResponse`，实际上，用户发起的HTTP请求，就被Tomcat服务器封装为了一个`ServletRequest`对象，我们得到是其实是Tomcat服务器帮助我们创建的一个实现类，HTTP请求报文中的所有内容，都可以从`ServletRequest`对象中获取，同理，`ServletResponse`就是我们需要返回给浏览器的HTTP响应报文实体类封装。
那么我们来看看`ServletRequest`中有哪些内容，我们可以获取请求的一些信息：
```java
@Override
public void service(ServletRequest servletRequest, ServletResponse servletResponse) throws ServletException, IOException {
//首先将其转换为HttpServletRequest（继承自ServletRequest，一般是此接口实现）
HttpServletRequest request = (HttpServletRequest) servletRequest;
System.out.println(request.getProtocol()); //获取协议版本
System.out.println(request.getRemoteAddr()); //获取访问者的IP地址
System.out.println(request.getMethod()); //获取请求方法
//获取头部信息
Enumeration enumeration = request.getHeaderNames();
while (enumeration.hasMoreElements()){
String name = enumeration.nextElement();
System.out.println(name + ": " + request.getHeader(name));
}
}
```
我们发现，整个HTTP请求报文中的所有内容，都可以通过`HttpServletRequest`对象来获取，当然，它的作用肯定不仅仅是获取头部信息，我们还可以使用它来完成更多操作，后面会一一讲解。
那么我们再来看看`ServletResponse`，这个是服务端的响应内容，我们可以在这里填写我们想要发送给浏览器显示的内容：
```java
//转换为HttpServletResponse（同上）
HttpServletResponse response = (HttpServletResponse) servletResponse;
//设定内容类型以及编码格式（普通HTML文本使用text/html，之后会讲解文件传输）
response.setHeader("Content-type", "text/html;charset=UTF-8");
//获取Writer直接写入内容
response.getWriter().write("我是响应内容！");
//所有内容写入完成之后，再发送给浏览器
```
现在我们在浏览器中打开此页面，就能够收到服务器发来的响应内容了。其中，响应头部分，是由Tomcat帮助我们生成的一个默认响应头。
因此，实际上整个流程就已经很清晰明了了。
### 解读和使用HttpServlet
前面我们已经学习了如何创建、注册和使用Servlet，那么我们继续来深入学习Servlet接口的一些实现类。
首先`Servlet`有一个直接实现抽象类`GenericServlet`，那么我们来看看此类做了什么事情。
我们发现，这个类完善了配置文件读取和Servlet信息相关的的操作，但是依然没有去实现service方法，因此此类仅仅是用于完善一个Servlet的基本操作，那么我们接着来看`HttpServlet`，它是遵循HTTP协议的一种Servlet，继承自`GenericServlet`，它根据HTTP协议的规则，完善了service方法。
在阅读了HttpServlet源码之后，我们发现，其实我们只需要继承HttpServlet来编写我们的Servlet就可以了，并且它已经帮助我们提前实现了一些操作，这样就会给我们省去很多的时间。
```java
@Log
@WebServlet("/test")
public class TestServlet extends HttpServlet {
@Override
protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
resp.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
resp.getWriter().write("