什麼是 Servlet？——Java Web 開發的核心技術

在現代 Web 開發中，動態網頁與伺服器端程式扮演著關鍵角色。

其中，Java Servlet 作為 Java EE（Jakarta EE）技術體系中的核心組件，負責處理客戶端的請求並產生響應。無論是在企業級應用還是小型 Web 專案中，Servlet 都是不可或缺的一部分。

本文將深入介紹 Servlet 的概念、運作方式、優勢以及如何開發與部署一個 Servlet。

Servlet 的基本概念

Servlet 是什麼？

Servlet 是 Java 開發的 伺服器端組件，主要用於處理 HTTP 請求並產生回應。它運行於**Servlet 容器（Servlet Container）**中，例如 Tomcat、Jetty 或 JBoss，能夠動態產生網頁內容，並與資料庫或其他後端服務進行交互。

簡單來說，Servlet 就像是一個能夠回應用戶請求的 Java 類，當用戶透過瀏覽器發送請求（如訪問某個網址或提交表單）時，Servlet 會處理該請求並回應相應的內容（如 HTML、JSON 或 XML）。

Servlet 的作用

Servlet 的主要功能包括：

• 處理 HTTP 請求與回應（如 GET、POST 請求）
• 動態產生 HTML 頁面（例如 JSP、模板引擎配合使用）
• 與資料庫或其他後端服務交互
• 管理用戶 Session 與 Cookie
• 作為 MVC 架構中的控制層（Controller）

Servlet 的運作流程

當用戶端（例如瀏覽器）發送 HTTP 請求時，Servlet 的處理流程大致如下：

1. 客戶端發送請求（例如 GET /user?id=123）。
2. Web 伺服器（如 Nginx）收到請求：若是靜態資源（HTML、CSS、圖片），直接回應；若是動態請求，則將它轉交給應用伺服器（如 Tomcat）。
3. 應用伺服器比對請求，找到對應的 Servlet，並呼叫 doGet() 或 doPost() 方法，進行商業邏輯處理後產生回應（HTML 或 JSON）。
4. 應用伺服器將結果回傳給 Web 伺服器。
5. Web 伺服器將結果回應給客戶端，瀏覽器隨後顯示網頁或 JSON 等回應內容。

sequenceDiagram
    participant Client as 客戶端 (瀏覽器)
    participant WebServer as Web 伺服器 (Nginx)
    participant AppServer as 應用伺服器 (Tomcat)
    participant Servlet as Servlet (doGet/doPost)

    Client->>WebServer: 發送請求 (GET /user?id=123)
    
    alt 請求為靜態資源 (HTML, CSS, 圖片)
        WebServer-->>Client: 直接回應靜態資源
    else 請求為動態內容
        WebServer->>AppServer: 轉交請求 (動態請求)
        AppServer->>Servlet: 找到對應的 Servlet，執行 doGet()/doPost()
        Servlet->>Servlet: 處理商業邏輯 (查詢資料庫、計算結果)
        Servlet-->>AppServer: 產生回應 (HTML / JSON)
        AppServer-->>WebServer: 回傳結果
        WebServer-->>Client: 回應結果 (顯示網頁 / JSON)
    end

Servlet 與 Django：不同的 Web 開發思維

對於習慣 Python 的開發者而言，Django 或 Flask 都屬於「框架」的概念，並不需要明確面對像 Servlet 這樣的技術規範。

那麼，Servlet 在 Java 世界扮演的角色，可與 Python 生態系統中的哪些技術相對應呢？

Django 與 Spring MVC 的對應

• Django（Python） ⇄ Spring MVC（Java）
  兩者同樣都是 Web 框架，提供 MVC 架構、路由、模板系統等功能。
• Python ⇄ Java
  雖然是兩種語言，但都能達成 Web 開發目標，只是生態系統與支援方式各不相同。

Servlet 在 Python 世界的對應：WSGI / ASGI

在 Java 世界，Servlet 為 Web 應用和應用伺服器之間的「橋樑」；而在 Python 世界，類似的角色是 WSGI 或 ASGI。

以下對比表可以幫助理解：

舉例來說，Django 內部使用 WSGI 與伺服器（如 Gunicorn、Uvicorn）溝通，就像 Java Web 應用透過 Servlet 與 Tomcat 進行互動一樣。

只是 Python 社群較少強調「規範」，而是以框架和工具為主。

Servlet 的運作原理

簡單來說，Servlet 就是 Java Web 開發中負責處理 使用者請求（Request）並回應結果的程式。

當我們在瀏覽器輸入網址並送出請求時，Servlet 會負責接收這個請求、處理資料，最後把結果傳回給使用者。

但 Servlet 本身不會單獨運作，它需要靠 Servlet 容器（Servlet Container） 來管理它的生命週期，包括：

• 什麼時候建立它
• 何時處理請求
• 何時該結束並釋放資源

讓我們用更直覺的方式來看看 Servlet 是怎麼運作的。

Servlet 的生命週期

Servlet 的運作可以拆成 三大階段：

1. 初始化（載入 & 準備好）
2. 處理請求（服務用戶端）
3. 銷毀（關閉 & 釋放資源）

這三個階段就像一個服務生的工作流程：

1. 上班報到（初始化） → 穿上制服、準備好工作
2. 服務客人（處理請求） → 根據客人需求上菜、點餐
3. 下班（銷毀） → 收拾桌面、關燈、回家

現在我們來細看每個階段到底發生了什麼。

Servlet 的初始化

這個階段就是 Servlet「上班報到」的過程。

什麼時候 Servlet 會被載入？

• 伺服器啟動時（如果設定 loadOnStartup=1）
• 第一次有請求進來時（如果沒有設定特別載入時機）

發生了什麼事？

1. Servlet 容器讀取 Servlet 的類別（就像店長確認這個服務生是誰）
2. 建立 Servlet 物件（相當於這個服務生正式上班）
3. 呼叫 init() 方法，讓它準備好（換上制服、確認點菜單）

這時候 Servlet 已經「就位」，隨時等著處理請求。

🔹 重點

• init() 只會執行 一次，不會每次請求都重新初始化。
• 通常 init() 會做一些初始設定，比如：
  • 連接資料庫
  • 讀取設定檔
  • 準備一些共用的資源

處理用戶請求（Service 方法）

當有使用者發送請求（例如瀏覽器輸入網址並按 Enter），Servlet 就開始真正「工作」了！

發生了什麼事？

1. Servlet 容器發現有請求進來
2. 它會呼叫 service() 方法來處理請求
3. service() 會根據請求的類型（GET、POST 等）決定要執行 doGet() 還是 doPost()
4. doGet() 或 doPost() 裡面是開發者寫的邏輯，例如：
   • 查詢資料庫
   • 計算結果
   • 產生 HTML、JSON 回應
5. 最後，Servlet 透過 response 把結果傳回給使用者

舉個例子

1. 你在瀏覽器輸入 www.example.com/products
2. 這個請求被 Servlet 接收到，並呼叫 doGet()
3. doGet() 可能去資料庫查詢所有產品資訊
4. 查詢結果會被轉成 HTML 或 JSON，然後回傳給瀏覽器
5. 你就會看到產品列表的網頁

🔹 重點

• 每次請求都會呼叫 service()，但 init() 只會執行一次。
• doGet() 和 doPost() 會根據請求類型來執行不同的邏輯。
• Servlet 預設是多執行緒 的，也就是說多個使用者同時發送請求時，它會用不同的執行緒來處理，開發時要注意共用資源的安全性。

銷毀（釋放資源，結束工作）

當伺服器準備關閉，或是有新的版本部署時，Servlet 需要「下班」，這時候會進入銷毀階段。

發生了什麼事？

1. 容器會呼叫 destroy() 方法，通知 Servlet 要被移除
2. 在 destroy() 裡，我們可以釋放一些不再需要的資源，比如：
   • 關閉資料庫連線
   • 清除快取或暫存
   • 寫入日誌記錄
3. destroy() 執行完後，Servlet 物件就會被刪除，正式「下班」。

🔹 重點

• destroy() 只會被呼叫一次，當 Servlet 被移除時才會執行。
• 這裡是做「收尾工作」的好地方，例如關閉資料庫連線或釋放記憶體。

完整流程總結

可以把 Servlet 的生命週期想像成一個服務生的上班流程：

1. 伺服器啟動（Servlet 載入）
   • 讀取 Servlet 類
   • 建立物件
   • 執行 init()
   • 準備好開始工作
2. 處理用戶請求
   • service() 方法判斷請求類型（GET/POST）
   • 執行 doGet() 或 doPost()
   • 回應結果給使用者
3. 伺服器關閉（Servlet 銷毀）
   • 執行 destroy()
   • 釋放資源
   • 移除 Servlet

這樣的流程讓 Servlet 在 Web 應用中可以 高效運作，而開發者只需要專注在 doGet() / doPost() 等方法裡面處理業務邏輯。

為什麼要了解 Servlet 的生命週期？

1. 避免重複初始化
   • 如果要連接資料庫，應該在 init() 內做，而不是每次請求時重新連線。
2. 正確釋放資源
   • 在 destroy() 內關閉連線、釋放記憶體，避免記憶體洩漏。
3. 提升效率
   • 瞭解 service() 如何運作，讓請求處理更順暢，減少不必要的運算。
4. 確保執行緒安全
   • Servlet 是多執行緒的，所以要小心處理共用資源，避免多個請求同時修改同一個變數導致錯誤。

Servlet 的優勢與應用

Servlet 的優勢

1. 高效能：Servlet 在伺服器端執行，比 CGI（Common Gateway Interface）等傳統技術更高效。
2. 可擴展性強：支援 Java EE 技術，如 JSP、Spring MVC，便於擴展。
3. 安全性高：支援用戶驗證、加密等安全機制。
4. 跨平台性：基於 Java，適用於各種作業系統和伺服器。

Servlet 的應用場景

• 企業級 Web 應用（如銀行、電商網站）
• 後端 API 服務（透過 JSON 或 XML 提供數據）
• 用戶驗證與 Session 管理
• MVC 模式的控制層（Controller）

總結

Servlet 是 Java Web 開發的重要技術，負責處理 HTTP 請求並產生動態內容。

透過 Servlet，開發者可以構建高效、安全、可擴展的 Web 應用程式。

在現代開發中，Servlet 雖然常與 JSP、Spring 等框架結合使用，但其核心概念依然是 Web 應用的基石。如果你想深入了解 Java Web 技術，掌握 Servlet 是不可或缺的第一步。

希望這篇文章能幫助你理解 Servlet 的基礎概念與實作方式！ 🚀