1.2 Java Web开发的进化史
Web应用最初是指通过Web浏览器提供用户界面的软件系统，例如博客、网上购物、搜索引擎等。后来随着RESTful Services、微服务等概念的兴起，各种API也被包含在Web应用的范畴。
Web应用程序很简单，仅由静态或动态交互式的页面组成。静态页面存储在Web服务器的文件系统中，向所有访问者显示固定的内容。而动态页面是由动态生成HTML的程序构建的。这种类型的Web应用程序可以根据不同用户的请求提供各种不同的信息，目前主流的Web应用都是动态应用。
那么Web应用是如何工作的呢？通常，访问一个静态Web应用的步骤如下：
（1）用户在浏览器中输入URL。
（2）浏览器通过互联网向Web服务器发送请求。
（3）Web服务器检查请求，并基于请求服务器查找其本地存在的静态页面。
（4）Web服务器将响应发送到浏览器。
（5）浏览器获取HTML及相关资源，最终渲染为完整的用户可视化界面。
静态Web应用的访问过程如图1-9所示。
图1-9 静态Web应用访问过程示例
动态Web应用的内容根据用户请求的差异而有所不同。在Java生态中，最初是以Servlet规范和JSP规范来支持动态Web开发的。对于这种类型的应用程序，Web服务器通过Servlet插件构建动态页面，Servlet插件也称为Servlet容器。动态Web应用的访问过程如图1-10所示。
图1-10 动态Web应用的访问过程
1.2.1 应用服务器
1.2.1.1 什么是应用服务器
在Java生态中，构建动态Web应用需要借助Servlet容器。提供Servlet容器功能的软件就是应用服务器，而只能提供静态资源访问能力的软件则被称为Web服务器。Servlet容器也被称为Servlet引擎，它为Java Servlet组件提供了非常高效的运行环境。
主流的应用服务器既可以作为Servlet容器，也可以充当Web服务器，这种将Servlet容器和Web服务器合二为一的方式在开发阶段比较常见，便于开发团队调试应用程序。但我们不建议在正式的生产环境中使用，因为两种服务器的核心功能是完全不同的，应当各司其职。
目前，主流的部署方式是使用Web服务器处理所有的静态请求，并通过特定的连接方式与应用服务器相连，将动态请求交由应用服务器处理，然后由Web服务器一并返回客户端。
在当前的Java生态中，主流的Java应用服务器有Apache Tomcat、GlassFish、Jetty、JBoss等，下面将以Apache Tomcat为例，演示如何将Java Web应用部署到应用服务器，以供客户端访问。
1.2.1.2 Apache Tomcat下载和安装
我们可以直接从官网下载Apache Tomcat，根据应用程序所使用的各种规范版本（比如JDK版本）的不同，其所需的Apache Tomcat版本也不一样，请读者参考Apache Tomcat的官方规范兼容文档选择正确的Apache Tomcat版本。在本书中笔者使用JDK 8进行开发，因此选择了能支持JDK 8的最低兼容版本Apache Tomcat 9。
从官网下载压缩包apache-tomcat-9.0.41.zip，并解压缩，其目录结构如图1-11所示。
图1-11 Apache Tomcat目录结构
图1-11中目录的具体功能如下：
• bin：它用于存放批处理和shell脚本，例如Apache Tomcat的开始和停止的相关脚本，其内容如图1-12所示。
图1-12 Apache Tomcat bin目录
• conf：它用于存放Apache Tomcat相关配置文件，其内容如图1-13所示。
图1-13 Apache Tomcat conf目录
• lib：Apache Tomcat服务器依赖项目库目录，其中包含Apache Tomcat服务器运行环境所需的jar包，其内容如图1-14所示。
图1-14 Apache Tomcat lib目录
• webapps：Apache Tomcat的默认Web应用程序部署目录，即打包出的Java Web应用将会被放在该目录，如图1-15所示。
图1-15 Apache Tomcat webapps目录
在了解了各个目录的基本功能以后，接下来我们验证解压后的Apache Tomcat是否可以正常工作。在命令行界面进入bin目录运行startup.sh文件，对使用macOS的用户来说，如果命令行界面出现类似“Cannot find ./catalina.sh”的错误，说明当前系统用户对该目录下的脚本没有执行权限，需要运行以下命令对操作用户赋权：
成功启动Apache Tomcat的日志如图1-16所示。
图1-16 Tomcat启动成功日志
如果Apache Tomcat以默认配置启动，打开任意浏览器并输入http://localhost:8080，就可以访问Apache Tomcat的管理界面，如图1-17所示。
图1-17 Apache Tomcat的管理界面
1.2.2 青铜Servlet
从Java Web应用的发展历程来看，Servlet技术是Java对Web应用的早期支持方式，当我们回过头来看当年的Servlet和Java Web技术，就如同回顾人类历史上的青铜时代。
1.2.2.1 什么是Servlet
Servlet是一个新造词，是由server（服务器）和let（表示很小的东西的词根）而来，因此，Servlet顾名思义表示一种小型的服务。
一个Servlet就是一个Java类，它主要用于扩展处理请求——响应应用服务器处理请求的能力。对于此类应用程序，Java Servlet技术定义了特定于HTTP的Servlet类。
我们可以将Servlet看成是在服务器上运行的Java应用程序编程接口（API），它拦截客户端发出的请求并生成与之对应的响应。在Servlet规范中，javax.servlet包和javax.servlet.http包提供用于编写Servlet的接口和类。
在Servlet容器中，一个Servlet是何时被创建又在何时被销毁的呢？在Servlet规范中，诸如Servlet创建和Servlet销毁之类的行为被称为Servlet的生命周期。在了解Servlet生命周期之前，需要先简单了解Servlet接口。
javax.servlet.servlet接口的定义如表1-1所示（未全部列出）。
表1-1 Servlet接口定义
Servlet的生命周期如图1-18所示。
图1-18 Servlet生命周期
下面介绍生命周期的5个步骤。
（1）加载Servlet类
当容器收到对Servlet的第一个请求时，类加载器会加载Servlet类。
（2）创建Servlet实例
容器在加载Servlet类后创建Servlet实例，Servlet实例在Servlet生命周期中只创建一次。
（3）调用init()方法
init()方法用于初始化Servlet。它是javax.servlet.Servlet接口的生命周期方法。容器在创建Servlet实例后只调用init()方法一次。
（4）调用Service()方法
Servlet容器在收到用户请求时，会尝试调用Servlet实例的service()方法。如果Servlet尚未被实例化，则执行步骤（1）～（3），再调用service()方法。
（5）调用destroy()方法
Servlet容器在删除Servlet实例之前将调用该实例的destroy()方法。destroy()方法为服务器提供了清理资源（例如内存、线程等）的机会。
1.2.2.2 使用Servlet实现HelloWorld
首先，创建一个Servlet的项目，目前Maven的archetype已经不再支持最新版的Servlet规范，所以需要有一些前提准备。
创建新的项目可以通过Maven或IDE来直接创建，本节将演示如何使用IntelliJ IDEA来创建一个Servlet项目。
（1）在IntelliJ IDEA中选择新建项目，其界面如图1-19所示。
图1-19 IntelliJ IDEA创建项目
（2）选择从archetype创建项目，所选archetype类型为maven-archetype-webapp，然后单击Next按钮，其界面如图1-20所示。
图1-20 IntelliJ利用archetype创建项目
（3）输入项目名servlet-demo，填写项目路径、GroupId、ArtifactId，再单击Next按钮即可，指定项目信息如图1-21所示。
图1-21 指定项目信息
项目创建成功，其结构如图1-22所示。
图1-22 Servlet项目结构
目前，Maven和Servlet的最新版存在兼容性问题，需要webapp/WEB-INF/web.xml文件做一些修改，由于其默认支持Servlet 2.3，所以读者需要手动添加依赖，具体代码如下：
基于Servlet 4规范创建Servlet程序有两种方式，第一种是传统的使用web.xml注册的方式，第二种是新型的使用WebServlet注释的方式，第一种方式的执行步骤如下。
第一步：实现Servlet类。实现Servlet有三种方式：实现Servlet接口、继承GenericServlet类、继承HttpServlet类。
本示例程序以继承HttpServlet类的方式实现，示例代码如下：
第二步：注册Servlet。
编辑src/main/webapp/WEB-INF/web.xml文件即可注册Servlet，代码如下：
如上代码所示，Servlet注册信息主要有两项内容：
• 通过<Servlet-name>标签注册com.broadview.servlet.OldServlet，并将其命名为oldDemo。
• 通过<url-pattern>标签注册访问oldDemo Servlet的URL，即/old。
由上可知，注册信息的主要目的是定义访问URL与Servlet之间的映射关系。
第三步：编译打包。
进入项目的根目录，并运行打包命令：
命令运行完毕，项目的target目录会产生一个名为servlet-demo.war的文件，将此文件复制到1.2.1.2节所安装的Tomcat的webapps目录下。
第四步：添加Tomcat的管理权限。
在启动Tomcat之前还需要为Tomcat设置管理员权限，进入Tomcat的config目录，打开tomcat-users.xml文件，在该文件中添加以下代码：
第五步：启动Tomcat。
进入Tomcat的bin目录运行以下命令：
如果Tomcat安装正常，Servlet项目编写、编译和打包无误，则会出现Tomcat started的启动日志。
下面验证Servlet应用是否能够正常启动，打开浏览器输入http://localhost:8080/，进入Tomcat的管理界面，如图1-23所示，此界面有管理Web应用的功能，单击Manager App按钮，输入在tomcat-users.xml中配置的用户名和密码，进入Tomcat Web应用的管理界面，如图1-24所示。
图1-23 Tomcat管理界面
图1-24 Tomcat Web应用管理界面
从图1-24可见servlet-demo项目显示在应用程序列表中，单击该项目链接，会跳转到该项目的主页界面，如图1-25所示。
图1-25 项目主页界面
由于Servlet实现了doGet()方法，所以用户可以通过http://localhost:8080/servlet-demo/old来访问此Servlet，URL中的servlet-demo部分为context path，访问servlet-demo项目下的所有API都需要包含此路径。URL中结尾处的“old”的作用是，将当前请求转发到指定的Servlet实例。
在浏览器中输入http://localhost:8080/servlet-demo/old，就可以查看对应Servlet的输出，如图1-26所示。
图1-26 Servlet的输出
上面这种需要在web.xml中注册Servlet的方式是早期的Servlet开发方式，下面是使用WebServlet注释的方式创建Servlet的示例代码。
再重新打包编译并复制war文件到Tomcat的webapps目录。通过http://localhost:8080/servlet-demo/new访问新的Servlet，其效果如图1-27所示。
图1-27 新式Servlet输出
这种新方式无需在web.xml中注册Servlet，编程体验更加简洁优雅。但是无论如何Servlet的开发方式都是相对原始的，其开发效率很难满足当前多变的复杂的业务需求。因此，业界发明了更多的新技术以满足日益增长的用户需求。
1.2.3 铂金Spring MVC
正如1.2.2节中所述，Servlet技术无法满足日益复杂的业务需求，市场自然就会出现可以填补这种需求空白的技术，因此Spring MVC应运而生。
1.2.3.1 什么是Spring MVC
在了解Spring MVC之前，先简单介绍一下MVC。MVC是一种实现应用程序表现层的常用模式，此模式定义了不同的组件、组件的职责及不同组件之间的关系。MVC模式有三个概念：
• 模型（Model）：模型表示业务数据及用户上下文中应用程序的“状态”，例如电商网站中的订单、用户、物流信息等都属于模型的范畴。
• 视图（View）：以某种特定的方式向用户展示数据，可以简单地理解为用户界面，也支持与用户的交互。
• 控制器（Controller）：控制器处理前端用户发送的操作请求、与服务层交互、更新模型，并根据执行结果将用户定向到相应的视图。
Spring MVC模块为MVC模式提供了全面支持，它结合MVC模式的所有优点和Spring的便利性，使用DispatcherServlet实现了前端控制器模式（Front Controller Pattern）。
图1-28描述了Spring MVC的主要组件和请求处理的流程。其中，通用服务为各类组件提供各种工具，包括i18n、主题和文件上传。它们的配置定义在DispatcherServlet的WebApplicationContext中。
图1-28 Spring MVC处理流程
图1-28中的关键组件介绍如下：
• Filter：过滤器适用于每个请求，下一节将介绍几种常用的过滤器及其用途。
• DispatcherServlet：DispatcherServlet分析请求并调度到相应的控制器进行处理。
• Handler Mapping：将传入的请求映射到相应的处理程序（Spring MVC控制器类中的方法）。自Spring 2.5以来，在大多数情况下不需要配置，因为Spring MVC将自动注册一个处理程序映射的实现，该实现是基于class或方法级别的@RequestMapping注解。
• Handler Interceptor：在Spring MVC中，可以注册处理程序的拦截器，以实现常见的检查逻辑。
• Handler Exception Resolver：在Spring MVC中，程序异常解析器接口（在org.springframe.Web.servlet中定义）旨在处理程序在处理请求期间抛出的异常。解析程序通过设置特定的响应状态代码处理某些标准的Spring MVC异常。此外也可通过@ExceptionHandler注解来处理异常程序。
• View解析器：Spring MVC控制器方法通常会返回逻辑视图，想要定位到真正的页面，可以通过View解析器来实现。
• View：View可以是物理视图也可以是模板，Spring MVC会解析逻辑视图配置，返回一种Freemarker模板或thymelea模板，该模板用于将数据模型中的数据合并到模板中，从而生成标准的输出文本，包括HTML、XML、Java源码等。
1.2.3.2 使用Spring MVC实现HelloWorld
使用Spring MVC实现HelloWorld，与直接使用Servlet构建HelloWorld类似，需要先创建一个Web应用项目，具体步骤请参照1.2.2.2节。
然后，在pom.xml文件中添加相关依赖项，具体代码如下：
与定义传统Servlet一样，Spring MVC需要在web.xml中定义Servlet映射，具体代码如下：
根据上面代码中定义的servlet-name，按照Spring MVC的规范创建相应的Spring Bean的定义文件springmvcDemo-servlet.xml，具体代码如下：
下面，我们来创建一个DemoController类，并定义一个方法来处理用户请求，具体代码如下：
在上述代码中，@RestController注解表明DemoController类是被Spring MVC托管的controller类，@RequestMapping注解定义了访问Service的方式。参照1.2.2节中的步骤使用mvn命令将项目打包，再将编译后的springmvc-demo.war文件复制到Tomcat的webapps目录下，重新启动Tomcat（如果Tomcat是一直运行的，且本身是可以热加载的，则无需重启），再从浏览器中输入http://localhost:8080/springmvc-demo/mvcdemo访问Spring MVC应用，运行效果如图1-29所示。
图1-29 Spring MVC的运行效果
相较于传统的Servlet，Spring MVC代码简洁了许多，只是额外多了DispatchServlet的Spring Bean配置文件。Spring MVC的功能十分丰富，本章只是做了基本演示，其他细节知识，请读者通过Spring官网探索。
1.2.4 王者Spring Boot
1.2.4.1 什么是Spring Boot
虽然Spring MVC相较于传统Servlet已经相对简化，但仍需要web.xml和相应的Spring Bean的配置，这些文件烦琐而又不可缺，从广大开发者的角度出发，如果可以进一步省略这些文件，不但可以减少代码量，而且可以使代码更加优雅整洁。所以Spring Boot正是秉承约定大于配置（Convention Over Configuration）的精神出现了。
Spring Boot的主要目标是简化传统Spring应用的开发过程。使用Spring Boot可以减少大量的配置文件，其内置的Servlet容器可以简化应用的部署过程，简洁易用的工具可以使开发者从重复性工作中得到解放。简而言之，Spring Boot并非要替代Spring框架，而是要简化基于Spring框架的开发工作。
本章只是简要地介绍Spring Boot应用开发的便利性，第2章我们将借助实战项目深入了解Spring Boot。
1.2.4.2 使用Spring Boot实现HelloWorld
首先，我们通过Spring Boot Initializr官网来创建一个简单的Spring Boot项目。打开Spring Boot Initializr官网选择合适的Spring Boot版本及所需要的依赖，就可以创建一个Spring Boot项目，Spring Boot项目创建界面如图1-30所示。
图1-30 Spring Boot项目创建界面
然后，将产生的项目文件导入IDE中，Spring Boot项目默认有一个Spring Boot启动类，在本例中启动类是SpringbootdemoApplication，该类的定义代码如下：
再创建一个DemoController类，实现一个HelloWorld，具体代码如下：
只需以上两个简单的类，一个基于Spring Boot的简版Web Service就创建成功了，此外，该项目在开发阶段可以直接从IDE运行，无需额外的打包和部署操作。因为Spring Boot内置了Servlet容器（默认为Tomcat），所以Spring Boot项目可以直接运行。在本例中直接运行SpringbootdemoApplication类的main()方法即可（此类为应用启动类），在IDE中运行方式如图1-31所示。
图1-31 在IDE中运行Spring Boot项目
如果一切运行正常，那么该应用会默认监听8080端口。在浏览器中输入http://localhost:8080/bootdemo，验证应用是否正常启动，Spring Boot运行效果如图1-32所示。
图1-32 Spring Boot运行效果
相对于Servlet和Spring MVC，基于Spring Boot构建的应用从代码到配置都做了极大的简化。
本章逐一使用不同时期的主流技术进行开发，理解这些技术之间的差异性是成为一名合格程序员的基本功，深入研究技术背后的工作原理是程序员进阶的必备手段。在本书的后续章节，我们将深入了解各个技术的实现细节，来理解其背后的工作原理。就全书而言，本章只是一场简单的热身运动，后续的精彩内容将为各位读者一一呈现。