了解一下类似Spring MVC框架的底层实现
相信看完这个短文，MVC你就懂了，还不懂请艾特我······
带着问题去学习
- MVC到底是什么？
- 如何实现MVC？
开始！
MVC是什么？
Web开发
在讲MVC之前，还是简要介绍一下Web开发吧，相信搞程序的或多或少都知道Web编程、Socket编程等等。
其实开发Web应用最原始的方式面向Http连接的底层进行开发，自己编写Web服务，需要了解和考虑的内容包括但不限于：Socket编程、端口号、报文处理、IO多路复用、线程池等等。
举个例子，用Java来编写一个Http服务器：
public class Server {
public static void main(String[] args) throws IOException {
ServerSocket ss = new ServerSocket(8080); // 监听指定端口
System.out.println("server is running...");
for (;;) {
Socket sock = ss.accept();
System.out.println("connected from " + sock.getRemoteSocketAddress());
Thread t = new Handler(sock);
t.start();
}
}
}
class Handler extends Thread {
Socket sock;
public Handler(Socket sock) {
this.sock = sock;
}
public void run() {
try (InputStream input = this.sock.getInputStream()) {
try (OutputStream output = this.sock.getOutputStream()) {
handle(input, output);
}
} catch (Exception e) {
try {
this.sock.close();
} catch (IOException ioe) {
}
System.out.println("client disconnected.");
}
}
private void handle(InputStream input, OutputStream output) throws IOException {
System.out.println("Process new http request...");
var reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(input, StandardCharsets.UTF_8));
var writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(output, StandardCharsets.UTF_8));
// 读取HTTP请求:
boolean requestOk = false;
String first = reader.readLine();
if (first.startsWith("GET / HTTP/1.")) {
requestOk = true;
}
for (;;) {
String header = reader.readLine();
if (header.isEmpty()) { // 读取到空行时, HTTP Header读取完毕
break;
}
System.out.println(header);
}
System.out.println(requestOk ? "Response OK" : "Response Error");
if (!requestOk) {
// 发送错误响应:
writer.write("HTTP/1.0 404 Not Found\r\n");
writer.write("Content-Length: 0\r\n");
writer.write("\r\n");
writer.flush();
} else {
// 发送成功响应:
String data = "<html><body><h1>Hello, world!</h1></body></html>";
int length = data.getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length;
writer.write("HTTP/1.0 200 OK\r\n");
writer.write("Connection: close\r\n");
writer.write("Content-Type: text/html\r\n");
writer.write("Content-Length: " + length + "\r\n");
writer.write("\r\n"); // 空行标识Header和Body的分隔
writer.write(data);
writer.flush();
}
}
}
一个Http服务器，本质上来说就是TCP服务器，处理流程就是服务器一直监听端口，客户端向指定端口发送请求，服务器接收请求进行相应的逻辑处理，而后将处理结果又返回给客户端，最后在客户端浏览器上进行展示。更详细的玩意儿还是参见《Unix网络编程》那本书的例子，可以模仿C语言写个Java的客户端。
但是在实际开发过程中，这些基础、底层的工作，就是重复造轮子，需要耗费大量的时间！
为了方便开发，将这些底层工作封装到一个库中——Servlet中，于是后来的程序员只需要基于Servlet的API来开发Web应用即可，不用再去管这些端口啊、IO多路复用什么的。
基于Servlet开发
基于Servlet开发可以大大减小开发Web服务的复杂程度，例如只需要几行代码，就可以让服务端相应客户端对主页的请求：
//原址https://www.liaoxuefeng/wiki/1252599548343744/1304265949708322
//WebServlet注解表示这是一个Servlet，并将url地址为"/"的请求映射到这个类中进行处理
@WebServlet(urlPatterns = "/")
public class HelloServlet extends HttpServlet {
protected void doGet(HttpServletRequest req,
HttpServletResponse resp)
throws ServletException, IOException {
// 设置响应类型:
resp.setContentType("text/html");
// 获取输出流:
PrintWriter pw = resp.getWriter();
// 写入响应:
pw.write("<h1>Hello, world!</h1>");
// flush强制输出:
pw.flush();
}
}
一个Web应用其实就是由一个或多个Servlet组成的，每个Servlet通过注解说明自己负责的路径Url，并通过实现doGet和doPost方法来进行相应的逻辑处理。比如处理GET方法，就覆写doGet()方法:
@WebServlet(urlPatterns = "/hello")
public class HelloServlet extends HttpServlet {
@Override
protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
...
}
}
其他的如POST等请求方法也是类似的。
可以看到，当有了Servlet之后，开发Web应用就变得简洁了起来，只需要编写处理对应url的逻辑处理即可。
但是，你们有没有发现一个问题——在Java代码里出现了跟前端有关的代码。在Servlet程序中，输出HTML的方式如下：
PrintWriter pw = resp.getWriter();
pw.write("<html>");
pw.write("<body>");
pw.write("<h1>Welcome, " + name + "!</h1>");
pw.write("</body>");
pw.write("</html>");
pw.flush();
上述这种输出HTML的步骤较为繁琐，而且容易出错，并且也不像直接编写HTML网页那么直观（比如JS、CSS语言），虽然全栈工程师前后端都可以care，不过在项目开发中还是前端和后端的东西各自分开最好，才能使两者的开发效率最高。
为了解决这个问题，后面出现了JSP（Java Server Pages）语言。
JSP代码类似于html语言，并且其中还可以嵌入Java代码，进行变量插入、变量输出等操作：
//原址：https://www.liaoxuefeng/wiki/1252599548343744/1266262958498784
<html>
<head>
<title>Hello World - JSP</title>
</head>
<body>
<%-- JSP Comment --%>
<h1>Hello World!</h1>
<p>
<%
out.println("Your IP address is ");
%>
<span style="color:red">
<%= request.getRemoteAddr() %>
</span>
</p>
</body>
</html>
不过这种方式（JSP）虽然可以很方便的输出HTML，并在其中实现一定的动态内容，运行简单的代码，但是写起Java来也忒不适应了吧，总感觉怪怪的。
另外，Servlet简化了Web应用的开发，可以基于Java语言实现复杂的业务逻辑，但是不太适合输出HTML。
那么，有没有一种方式可以结合两者，从而是两者相辅相成呢？
有的！那就是MVC！
MVC设计模式
先给出MVC设计模式的简单定义——Model-View-Controller：
- Model（模型）是前后端定义的数据传输单元，通常前端只是需要后端提供一些数据来展示而已，比如用户名、处理结果来，需要HTML输出的东西；
- View（视图）的工作就是接收后端发过来的Model，取出数据，然后写入Html中；
- Controller（控制器）其实就是业务逻辑，类似于之前的Servlet开发，区别在于现在将处理结果都放在Model里，然后发给View；
来个例子吧，实现用户登录，获取信息
首先，我们编写了两个JavaBean（JavaBean简单来说就是一个可以放入数据和取出数据的类），也就是之前说的Model：
//源码：https://www.liaoxuefeng/wiki/1252599548343744/1266264917931808
public class User {
public long id;
public String name;
public School school;
}
public class School {
public String name;
public String address;
}
接着，来实现Controller，在UserServlet中实现从数据库读取User、School等信息，并放入Request中，再发送给user.jsp，也就是View进行渲染处理：
@WebServlet(urlPatterns = "/user")
public class UserServlet extends HttpServlet {
protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
// 假装从数据库读取:
School school = new School("No.1 Middle School", "101 South Street");
User user = new User(123, "Bob", school);
// 放入Request中:
req.setAttribute("user", user);
// forward给user.jsp:
req.getRequestDispatcher("/WEB-INF/user.jsp").forward(req, resp);
}
}
View——user.jsp负责将接收到的user信息进行渲染展示，即写入Html中：
<%@ page import="com.itranswarp.learnjava.bean.*"%>
<%
User user = (User) request.getAttribute("user");
%>
<html>
<head>
<title>Hello World - JSP</title>
</head>
<body>
<h1>Hello <%= user.name %>!</h1>
<p>School Name:
<span style="color:red">
<%= user.school.name %>
</span>
</p>
<p>School Address:
<span style="color:red">
<%= user.school.address %>
</span>
</p>
</body>
</html>
以上，就完成了一个简单的web应用，在浏览器访问http://localhost:8080/user，结果如下：
捋一捋，用一个结构图来描述上述代码：
简单来说，就是将整个Web开发分成了三个部分：逻辑处理、前端展示、数据传输，分别代表Controller、View、Model。
这种方式有什么好处？分工明确、开发简单。
Controller就好好关注逻辑处理，比如访问数据库啦、进行复杂的逻辑交互等等；View就关注如何让界面好看就完了，比如用模板引擎写出好看的界面，留几个空白给Model进行展示就ok了！
有关模板引擎的具体内容，可以了解：https://blog.csdn/qq_42266891/article/details/108265478
实现一个简单MVC框架
上文虽然结合JSP和Servlet可以发挥两者的优点，但是仍存在一些问题：
- Servlet提供的接口仍然偏向底层，我想用纯粹的Java语言咋办；
- JSP实现的页面比较简单，难以满足前端的各种骚操作，我想前端好看一点！
其实，廖大实现了一个简单的MVC框架（可以更好地理解Spring MVC的底层知识），可以直接阅读：
https://www.liaoxuefeng/wiki/1252599548343744/1337408645759009。
下面做一个简单介绍
首先，项目框架是这样的：
其中，bean其实就是后续Model将要用到的东西，根据具体的业务来定，User的具体实现如下：
public class User {
public String email;
public String password;
public String name;
public String description;
public User() {
}
public User(String email, String password, String name, String description) {
this.email = email;
this.password = password;
this.name = name;
this.description = description;
}
}
controller其实就是日常开发中的业务处理逻辑，UserController负责用户登录、注销、用户展示：
public class UserController {
private Map<String, User> userDatabase = new HashMap<String, User>() {
{
List<User> users = Arrays.asList( //
new User("bob@example", "" +
"", "Bob", "This is bob."),
new User("tom@example", "tomcat", "Tom", "This is tom."));
users.forEach(user -> {
put(user.email, user);
});
}
};
@GetMapping("/signin")
public ModelAndView signin() {
return new ModelAndView("/signin.html");
}
@PostMapping("/signin")
public ModelAndView doSignin(SignInBean bean, HttpServletResponse response, HttpSession session)
throws IOException {
User user = userDatabase.get(bean.email);
if (user == null || !user.password.equals(bean.password)) {
response.setContentType("application/json");
PrintWriter pw = response.getWriter();
pw.write("{\"error\":\"Bad email or password\"}");
pw.flush();
} else {
session.setAttribute("user", user);
response.setContentType("application/json");
PrintWriter pw = response.getWriter();
pw.write("{\"result\":true}");
pw.flush();
}
return null;
}
@GetMapping("/signout")
public ModelAndView signout(HttpSession session) {
session.removeAttribute("user");
return new ModelAndView("redirect:/");
}
@GetMapping("/user/profile")
public ModelAndView profile(HttpSession session) {
User user = (User) session.getAttribute("user");
if (user == null) {
return new ModelAndView("redirect:/signin");
}
return new ModelAndView("/profile.html", "user", user);
}
}
可以看到，编写业务处理逻辑只需要通过Get、Post注解来指明映射url地址即可，极为方便！返回的ModelAndView是给前端进行展示的东西，此处按下不表。
最后的framework就是MVC框架的核心内容，完全可以封装成一个包用作自己代码的后续开发。
首先，对于一个MVC框架来说，它需要一个分发器来接收所有的url，而后再根据请求内容将请求内容转发给对应的controller进行逻辑处理，分发器的实现：
//源码地址：https://www.liaoxuefeng/wiki/1252599548343744/1337408645759009
@WebServlet(urlPatterns = "/")
public class DispatcherServlet extends HttpServlet {
private final Map<String, GetDispatcher> getMappings = new HashMap<>();
private final Map<String, PostDispatcher> postMappings = new HashMap<>();
// 指定package并自动扫描:
private final List<Class<?>> controllers = Arrays.asList(IndexController.class, UserController.class);
private ViewEngine viewEngine;
//扫描指定package中所有的Get和Post注解，获取对应的controller处理方法
@Override
public void init() throws ServletException {
// 利用反射，来获取所有Get和Post注解对应的method
......
// 创建ViewEngine:
this.viewEngine = new ViewEngine(getServletContext());
}
// 处理get请求
@Override
protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
try {
process(req, resp, this.getMappings);
} catch (PebbleException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 处理post请求
@Override
protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
try {
process(req, resp, this.postMappings);
} catch (PebbleException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 主要逻辑是根据getMappings和postMappings获取指定的method，并通过反射调用
private void process(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp,
Map<String, ? extends AbstractDispatcher> dispatcherMap) throws ServletException, IOException, PebbleException {
......
}
}
上面所提到的注解，实现起来很简单：
@Target({ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface GetMapping {
String value();
}
@Target({ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface PostMapping {
String value();
}
之前提到的ModelAndView，其实主要有两个作用，一是指明模板html的地址，二是获取要展示的内容：
public class ModelAndView {
Map<String, Object> model;
String view;
public ModelAndView(String view) {
this.view = view;
this.model = new HashMap<>();
}
public ModelAndView(String view, String name, Object value) {
this.view = view;
this.model = new HashMap<>();
this.model.put(name, value);
}
public ModelAndView(String view, Map<String, Object> model) {
this.view = view;
this.model = new HashMap<>(model);
}
}
上述代码中,string view简单来说就是某一个html文件的路径,一般是通过模板引擎生成的,有关模板引擎可以参考:模板引擎.
另一个变量model,就是之前定义的bean,以获取用户信息为例:
@GetMapping("/user/profile")
public ModelAndView profile(HttpSession session) {
User user = (User) session.getAttribute("user");
if (user == null) {
return new ModelAndView("redirect:/signin");
}
return new ModelAndView("/profile.html", "user", user);
}
最后还需要一个View对内容进行前端渲染，简单来说就是将需要展示的内容写入html中：
public class ViewEngine {
private final PebbleEngine engine;
public ViewEngine(ServletContext servletContext) {
// 定义一个ServletLoader用于加载模板:
ServletLoader loader = new ServletLoader(servletContext);
// 模板编码:
loader.setCharset("UTF-8");
// 模板前缀，这里默认模板必须放在`/WEB-INF/templates`目录:
loader.setPrefix("/WEB-INF/templates");
// 模板后缀:
loader.setSuffix("");
// 创建Pebble实例:
this.engine = new PebbleEngine.Builder()
.autoEscaping(true) // 默认打开HTML字符转义，防止XSS攻击
.cacheActive(false) // 禁用缓存使得每次修改模板可以立刻看到效果
.loader(loader).build();
}
public void render(ModelAndView mv, Writer writer) throws IOException, PebbleException {
// 查找模板:
PebbleTemplate template = this.engine.getTemplate(mv.view);
// 渲染:
template.evaluate(writer, mv.model);
}
}
对以上内容做一个总结：
补充资料
重定向与转发
Redirect（重定向）：服务器给浏览器回复一个302码同时附带新的url，浏览器接收到302响应后就会向新的url发送请求报文（浏览器发起了两次请求），如下：
Foward(转发)：在Servlet内部进行转发，而不会发送到浏览器在对新的url进行请求，如下：
Session与Cookie
在Web应用程序中，经常需要保持用户的登录状态（不用频繁的输入账号密码），即我们需要有一个方式可以让Web应用能够识别用户的身份。
Servlet提供了一个基于Cookie的识别机制——Session。
Cookie是服务器给浏览器分配的唯一ID，并以Cookie的形式发送给浏览器，在后续的访问中，浏览器在请求报文中附带此Cookie，从而服务器可以识别其用户身份。
Session有什么缺点？
由于Session需要将用户数据保存在内存中，一方面，需要耗费一定的服务器资源；另一方面，当采用服务器集群时，必须保证同一个用户映射到固定的服务器上，这需要反向代理服务器的支持，比如采取Hash等方式将其转发至固定的服务器。
总之，由于Session的存在会使得服务器集群扩展较为艰难。
PS：Cookie只是请求报文中附加的信息而已，除了Cookie，还可以通过隐藏表单、URL末尾附加ID来追踪Session（只要有保证唯一性的标识即可）。
PS：所以平时的登录操作，可以看作是服务器给浏览器分配了一个Session ID；登出或者较长时间不操作，则从浏览器中移除这个ID，下次登录的时候就需要再登录了。
参考资料
廖老师的网站
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