详解Tomcat是如何实现异步Servlet的

详解Tomcat如何实现异步Servlet。

什么是异步Servlet

Servlet是JavaWeb应用程序中的一种Java类，用于处理接收到的HTTP请求并返回HTTP响应。在Web应用程序的架构中，Servlet在Web服务器（如Tomcat）和Web客户端之间充当中间件的角色。在同步编程模型中，Servlet在完成处理请求后，直接返回结果给Web客户端。这种模型下，客户端在收到响应之前会被一直阻塞。

异步Servlet允许开发者处理请求时不阻塞客户端的请求，而是在请求处理的阶段之间释放HTTP连接，允许服务器继续处理其他请求。异步功能增强了服务器的性能，因为工作线程不会一直处于占用状态。

Tomcat实现异步Servlet的原理

Tomcat通过Servlet 3.0规范中引入的异步Servlet API来实现异步请求处理。异步API是在Servlet 3.0规范中引入的，它允许异步处理的开发人员能够控制HTTP连接什么时候释放，在什么时候响应客户端。

Tomcat的异步API利用了Java NIO（New I/O）库，这意味着终止任务时无需创建任何新的线程。与直接使用线程不同，NIO库允许单个线程在等待基于事件的输入和输出时执行其他任务。Tomcat使用NIO库来实现异步请求处理。当异步请求驱动程序调用ServletResponse的许多的完成处理程序（complete()），Tomcat才会从其EPoll管理器中删除某个管道，从而减少对服务器性能的影响。

异步请求的处理顺序如下：

Web容器接收到HTTP请求，创建ServletRequest的实例和ServletResponse的实例
Servlet线程开始异步处理请求
Servlet在异步线程池中分配一个线程，将处理请求的工作交给此线程
Servlet线程完成所有必需的初始化或配置，并调用ServletRequest.startAsync()方法启动异步处理
应用程序将ServletRequest.submit() 方法和一个AsyncListener实例或AsyncContext实例一起调用，从而使容器知道异步操作已经完成
Servlet线程退出，并将HTTP连接返回到Tomcat
Web容器将当前请求上下文保存到内存池中，将HTTP连接返回给Tomcat以便处理其他请求
当异步操作完成时，应用程序可以调用AsyncListener的onComplete() 方法或AsyncContext的complete() 方法来通知容器异步操作已经完成，并且在ServletResponse完成响应之前不要释放HTTP连接
Web容器的管理员将ServletRequest上下文从内存池中删除，使得与此上下文关联的所有对象可以被垃圾回收

示例1：异步响应

我们可以使用如下代码启用异步响应：

@WebServlet(urlPatterns={"/asyncServlet"})  
public class asyncServlet extends HttpServlet {  
    private static final long serialVersionUID = 1L;  

    protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
        try{  
            response.setContentType("text/html");  
            response.setCharacterEncoding("utf-8");  
            AsyncContext context = request.startAsync();  
            ServletOutputStream outStream = response.getOutputStream();  
            outStream.println("<html><body><h3>异步Servlet示例1：</h3>");  
            outStream.println("<h3>等待十秒钟</h3>");  
            Executor executor = Executors.newSingleThreadExecutor();  
            executor.execute(() -> {    
                try{    
                    //模拟长时间运行的代码    
                    Thread.sleep(10000);    
                    //异步操作已经完成    
                    outStream.println("<h3>异步请求已经完成：" + new Date() + "</h3>");  
                    //使用complete方法通知容器异步请求已经完成    
                    context.complete();    
                }catch(InterruptedException e){    
                    e.printStackTrace();    
                }    
            });      
            outStream.println("</body></html>");  
        }catch(Exception e){  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }    
}

在这个例子中，Servlet先输出一些HTML并启用异步模式。接下来，异步操作由Executors类的单线程线程池执行，此操作将模拟需要等待10秒钟的长时间运行过程。当异步操作完成时，将使用AsyncContext的completed()方法通知容器，而不是等待完整的10秒钟才返回响应。请注意：字符串“异步请求已经完成”（Async request complete）的显示时间与输出HTML页面的显示时间不同。

示例2：异步读写文件

下面的示例演示了如何在异步Servlet中读写文件。在这个例子中，我们使用NIO来进行异步文件读取和写入操作。

@WebServlet(urlPatterns={"/asyncServlet2"})  
public class AsyncServlet2 extends HttpServlet {  
    public void doGet(final HttpServletRequest request, final HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {  
        final AsyncContext context = request.startAsync(request, response);  
        final ServletOutputStream outStream = response.getOutputStream();  
        outStream.println("<html><head>");  
        outStream.println("<script src='http://cdn.bootcss.com/jquery/2.1.4/jquery.min.js'></script>");  
        outStream.println("<script>");  
        outStream.println("function myFunction() {");  

        outStream.println("$.ajax({");  
        outStream.println("url: 'getFile',");  
        outStream.println("type: 'POST',");  
        outStream.println("success: function(data) {");  
        outStream.println("var fileName=JSON.parse(data).fileName;");  
        outStream.println("var fileSize=JSON.parse(data).fileSize;");  
        outStream.println("$('#fileName').text(fileName);");  
        outStream.println("$('#fileSize').text(fileSize);");  
        outStream.println("if(fileSize!=0){");  

        outStream.println("var download=$('<a>').html('Download File').attr('href','getFileContent');");  
        outStream.println("$('#fileList').append(download);");  
        outStream.println("}");  
        outStream.println("},");  
        outStream.println("error: function(data) { alert('failed'); }");  
        outStream.println("});");  
        outStream.println("}");  
        outStream.println("</script>");  
        outStream.println("</head>");  
        outStream.println("<body onload=\"myFunction()\">");  
        outStream.println("<h3>异步读写文件</h3>");  
        outStream.println("<div>");  
        outStream.println("<p>File name: <label id=\"fileName\"></label></p>");  
        outStream.println("<p>File size: <label id=\"fileSize\"></label></p>");  
        outStream.println("<p id=\"fileList\"></p>");  
        outStream.println("</div></body></html>");  

        //将工作线程移到独立线程  
        context.start(new Runnable() {  
            public void run() {  
                try{    
                    RandomAccessFile file = new RandomAccessFile("data.txt", "r");    
                    FileChannel fileChannel = file.getChannel();    
                    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1000);    
                    //开始异步读取  
                    fileChannel.read(buffer, fileChannel.position(), buffer,    
                                new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {    
                                    public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {    
                                        try{    
                                            //准备写入：反转缓冲区    
                                            attachment.flip();    
                                            FileChannel fileChannel2 = new FileOutputStream("data.bak").getChannel();    
                                            //开始异步写入    
                                            fileChannel2.write(attachment, fileChannel2.size(), attachment,    
                                                new CompletionHandler<Integer, ByteBuffer>() {    
                                                    public void completed(Integer result, ByteBuffer attachment) {
                                                        try{    
                                                            //继续读取数据    
                                                            if(fileChannel2.size() > fileChannel2.position()){  
                                                                ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1000);    
                                                                fileChannel.read(buffer, fileChannel2.position(), buffer, this);    
                                                            }else{  
                                                                //使用complete方法通知容器异步请求已经完成    
                                                                context.complete();  
                                                            }    
                                                        }catch(Exception e){    
                                                            e.printStackTrace();    
                                                        }    
                                                    }    
                                                    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {    
                                                        exc.printStackTrace();    
                                                    }    
                                                });    
                                        }catch(Exception e){    
                                            e.printStackTrace();    
                                        }    
                                    }    
                                    public void failed(Throwable exc, ByteBuffer attachment) {  
                                        exc.printStackTrace();  
                                    }  
                            });    
                }catch(Exception e){    
                    e.printStackTrace();    
                }    
            }  
        });  
    }  
}

在这个Servlet中，我们使用ajax技术从服务器获取文件的元数据。在客户端JavaScript代码生成页面时，使用了一个函数，这个函数使用$.ajax()方法调用异步Servlet HTTP文件接口。在异步模式开头，工作线程切换到另一个线程并调用文件处理代码。注意：在这个示例中，异步文件处理包括使用Java NIO异步读取数据和将此数据异步写入到另一个文件。

这就是Tomcat如何实现异步Servlet的完整攻略，希望能对你有所帮助。

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详解Tomcat是如何实现异步Servlet的

什么是异步Servlet

Tomcat实现异步Servlet的原理

示例1：异步响应

示例2：异步读写文件

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