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JSP的运行内幕

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经常有朋友问起,JSP和Servlet之间有什么区别,两者之间又有什么联系?其实Servlet技术的出现时间很早,是当时为了Java的服务器端应用而开发的。大家都知道Applet是应用小程序,Servlet就是服务器端小程序了。但在Microsoft公司的ASP技术出现后,使用Servlet进行响应输出时一行行的输出语句就显得非常笨拙,对于复杂布局或者显示页面更是如此。JSP就是为了满足这种需求在Servlet技术之上开发的。可见,JSP和Servlet之间有着内在的血缘关系,在学习JSP时,如果能够抓住这种联系,就能更深刻地理解JSP的运行机理,达到事半功倍的效果。

本文将通过对一个JSP运行过程的剖析,深入JSP运行的内幕,并从全新的视角阐述一些JSP中的技术要点。

HelloWorld.jsp

我们以Tomcat 4.1.17服务器为例,来看看最简单的HelloWorld.jsp是怎么运行的。

代码清单1:HelloWorld.jsp
HelloWorld.jsp 
<% 
String message = "Hello World!"; 
%> 
<%=message%> 



   这个文件非常简单,仅仅定义了一个String的变量,并且输出。把这个文件放到Tomcat的webappsROOT目录下,启动Tomcat,在浏览器中访问 http://localhost:8080/HelloWorld.jsp ,浏览器中的输出为“HelloWorld!”

  让我们来看看Tomcat都做了什么。转到Tomcat的workStandalonelocalhost_目录下,可以找到如下的HelloWorld_jsp.java,这个文件就是Tomcat解析HelloWorld.jsp时生成的源文件:

  代码清单2:HelloWorld_jsp.java

package org.apache.jsp; 

import javax.servlet.*; 
import javax.servlet.http.*; 
import javax.servlet.jsp.*; 
import org.apache.jasper.runtime.*; 

public class HelloWorld_jsp extends HttpJspBase { 
...... 
public void _jspService(HttpServletRequest request, 
HttpServletResponse response)throws java.io.IOException, ServletException 
{ 
JspFactory _jspxFactory = null; 
javax.servlet.jsp.PageContext pageContext = null; 
HttpSession session = null; 
ServletContext application = null; 
ServletConfig config = null; 
JspWriter out = null; 
Object page = this; 
JspWriter _jspx_out = null; 

try { 
_jspxFactory = JspFactory.getDefaultFactory(); 
response.setContentType("text/html;charset=ISO-8859-1"); 
pageContext = _jspxFactory.getPageContext(this, request, response,null, true, 8192, true); 
application = pageContext.getServletContext(); 
config = pageContext.getServletConfig(); 
session = pageContext.getSession(); 
out = pageContext.getOut(); 
_jspx_out = out; 

String message = "Hello World!"; 
out.print(message); 
} catch (Throwable t) { 
out = _jspx_out; 
if (out != null && out.getBufferSize() != 0) 
out.clearBuffer(); 
if (pageContext != null) pageContext.handlePageException(t); 
} finally { 
if (_jspxFactory != null) _jspxFactory.releasePageContext(pageContext); 
} 
} 
} 



   从上面可以看出,HelloWorld.jsp在运行时首先解析成一个Java类HelloWorld_jsp.java,该类继承于org.apache.jasper.runtime.HttpJspBase基类,HttpJspBase实现了HttpServlet接口。可见,JSP在运行前首先将编译为一个Servlet,这就是理解JSP技术的关键。

  我们还知道JSP页面中内置了几个对象,如pageContext、application、config、page、session、out等,你可能会奇怪,为什么在JSP中的代码片断中可以直接使用这些内置对象。观察_jspService()方法,实际上这几个内置对象就是在这里定义的。在对JSP文件中的代码片断进行解析之前,先对这几个内置对象进行初始化。

  首先,调用JspFactory的getDefaultFactory()方法获取容器实现(本文中指Tomcat 4.1.17)的一个JspFactory对象的引用。JspFactory是javax.servlet.jsp包中定义的一个抽象类,其中定义了两个静态方法set/getDefaultFactory()。set方法由JSP容器(Tomcat)实例化该页面Servlet(即HelloWorld_jsp类)的时候置入,所以可以直接调用JspFactory.getDefaultFactory()方法得到这个JSP工厂的实现类。Tomcat是调用org.apache.jasper.runtime.JspFactoryImpl类。

  然后,调用这个JspFactoryImpl的getPageContext()方法,填充一个PageContext返回,并赋给内置变量pageConext。其它内置对象都经由该pageContext得到。具体过程见上面的代码,这里不再赘述。该页面Servlet的环境设置完毕,开始对页面进行解析。HelloWorld.jsp页面仅仅定义了一个String变量,然后直接输出。解析后的代码如下:

  代码清单3:JSP页面解析后的代码片断

String message = "Hello World!";
out.print(message);



   定制标签的解析过程

  在一个中大型的Web应用中,通常使用JSP定制标签来封装页面显示逻辑。剖析容器对定制标签的解析过程,对我们深入理解定制标签的运行机理非常有帮助。下面我们以Struts1.1b中附带的struts-example应用的主页运行为例加以说明。

  包含定制标签的index.jsp

  Struts1.1b的下载地址是 http://jakarta.apache.org/struts/index.html 。将下载的包解压,在webapps目录下可以找到struts-example.war。将该War包拷贝到Tomcat的webapps目录下,Tomcat会自动安装此应用包。在浏览器中通过 http://localhost:8080/struts-example 访问struts-example应用,将显示应用的首页(见图1)。

  图一 应用的首页

  代码清单4:index.jsp

<%@ page contentType="text/html;charset=UTF-8" language="java" %> 
<%@ taglib uri="/WEB-INF/struts-bean.tld" prefix="bean" %> 
<%@ taglib uri="/WEB-INF/struts-html.tld" prefix="html" %> 
<%@ taglib uri="/WEB-INF/struts-logic.tld" prefix="logic" %> 
<html:html locale="true"> 
<head> 
<title><bean:message key="index.title"/></title> 
<html:base/> 
</head> 
<body bgcolor="white"> 
…… 
</body> 
</html:html> 




   我们仅以index.jsp中的<bean:message/>标签的解析为例进行分析,看容器是怎样把这个自定义标签解析成HTML输出的。上面代码省略了页面的其它显示部分。首先,查看上面浏览器中页面的源文件:

<html lang="zh"> 
<head> 
<title>MailReader Demonstration Application (Struts 1.0)</title> 
</head> 
<body bgcolor="white"> 
…… 
</body> 
</html> 




   可见,容器已经把<bean:message key="index.title"/>替换成一个字串,显示为页面的标题。

  解析过程

  那么,JSP容器是怎样完成解析的呢?查看在工作目录jakarta-tomcat-4.1.17workStandalonelocalhoststruts-example下解析后的index_jsp.java文件:

  代码清单5:index_jsp.java

package org.apache.jsp; 

import javax.servlet.*; 
import javax.servlet.http.*; 
import javax.servlet.jsp.*; 
import org.apache.jasper.runtime.*; 
public class index_jsp extends HttpJspBase { 
//为所有的定制标签定义处理器池类的引用 
private org.apache.jasper.runtime.TagHandlerPool ; 
_jspx_tagPool_bean_message_key; 
…… 
//页面类构造方法 
public index_jsp() { 
_jspx_tagPool_bean_message_key = 
new org.apache.jasper.runtime.TagHandlerPool(); 
…… 
} 

public void _jspService(HttpServletRequest request, 
   HttpServletResponse response) 
   throws java.io.IOException, ServletException { 
…… 
_jspxFactory = JspFactory.getDefaultFactory(); 
response.setContentType("text/html;charset=UTF-8"); 
pageContext = _jspxFactory.getPageContext(this, 
   request, response,null, true, 8192, true); 
application = pageContext.getServletContext(); 
config = pageContext.getServletConfig(); 
session = pageContext.getSession(); 
out = pageContext.getOut(); 
_jspx_out = out; 
…… 
if (_jspx_meth_html_html_0(pageContext)) 
return; 
…… 
} 
//页面在处理退出时释放所有定制标签的属性 
public void _jspDestroy() { 
_jspx_tagPool_bean_message_key.release(); 
…… 
} 
} 


   生成的index_jsp.java继承于org.apache. jasper.runtime.HttpJspBase。研究这个文件为我们了解定制标签的运行机理提供了途径。

  从上面可以看出,Tomcat在解析一个JSP页面时,首先为每一个定制标签定义并实例化了一个TagHandlerPool对象。页面的处理方法覆盖父类的_ jspService()方法,_jspService方法首先初始化环境,为内置对象赋值。由于index.jsp页面整体由一个<html:html/>标签包裹,Tomcat对每一个标签都产生一个私有方法加以实现。<html:html/>标签的处理方法是_jspx_meth_html_html_0()。这个方法的命名规范大家也可以从这里看出,就是“_jspx_meth + 标签的前缀 + 标签名 + 该标签在JSP页面同类标签中出现的序号”。其它标签都被包含在该标签中,所以其它标签在_jspx_meth_html_html_0()方法中进行解析。具体的代码实现请参见赛迪网 http://linux.ccidnet.com 期刊浏览2003年第6期。

  在_jspx_meth_html_html_0()方法中,首先从_jspx_tagPool_html_html_locale池中得到一个org.apache.struts.taglib.html.HtmlTag的实例,然后设置这个tag实例的页面上下文及上级标签,由于html:html标签是页面的最顶层标签,所以它的parent是null。然后对该标签的内容进行解析。HTML代码直接输出,下面主要看看<html:html></html:html>标签之间包含的<bean:message key="index.title"/>标签的解析。对bean:message标签的解析类似于html:html,Tomcat也将其放入一个单独的方法_jspx_meth_bean_message_0()中进行。

  bean:message标签的解析

  代码清单7:_jspx_meth_bean_message_0()方法片断

//对message定制标签的处理方法
private boolean _jspx_meth_bean_message_0( 
javax.servlet.jsp.tagext.Tag _jspx_th_html_html_0, 
javax.servlet.jsp.PageContext pageContext) throws Throwable { 
JspWriter out = pageContext.getOut(); 
/* ---- bean:message ---- */ 
org.apache.struts.taglib.bean.MessageTag 
_jspx_th_bean_message_0 = 
(org.apache.struts.taglib.bean.MessageTag) 
_jspx_tagPool_bean_message_key.get( 
org.apache.struts.taglib.bean.MessageTag.class); 
_jspx_th_bean_message_0.setPageContext(pageContext); 
_jspx_th_bean_message_0.setParent(_jspx_th_html_html_0); 
_jspx_th_bean_message_0.setKey("index.title"); 
int _jspx_eval_bean_message_0 = _jspx_th_bean_message_0.doStartTag(); 
if (_jspx_th_bean_message_0.doEndTag()== javax.servlet.jsp.tagext.Tag.SKIP_PAGE) 
return true; 
_jspx_tagPool_bean_message_key.reuse(_jspx_th_bean_message_0); 
return false; 
} 



   同样,对html:bean也需要从池中得到一个标签类的实例,然后设置环境。这里不再赘述。我们只专注对MessageTag定制标签类特殊的处理部分。定制标签类的开发不在本文讨论范围之内。在index.jsp中定义了一个bean:message标签,并设置了一个属性:<bean:message key="index.title"/>。Tomcat在解析时,调用MessageTag对象的key属性设置方法setKey(),将该属性置入。然后调用MessageTag的doStartTag()和doEndTag()方法,完成解析。如果doEndTag()方法的返回值为javax.servlet.jsp.tagext.Tag. SKIP_PAGE,表明已经完成解析,返回true,Tomcat将立即停止剩余页面代码的执行,并返回。否则把该MessageTag的实例放回池中。

  标签类对象实例的池化

  为了提高运行效率,Tomcat对所有的定制标签类进行了池化,池化工作由org.apache.jasper. runtime.TagHandlerPool类完成。TagHandlerPool类主要有两个方法,代码如下:

  代码清单8:TagHandlerPool.java


public class TagHandlerPool { 
private static final int MAX_POOL_SIZE = 5; 
private Tag[] handlers; 
public synchronized Tag get(Class handlerClass) throws JspException {……} 
public synchronized void reuse(Tag handler) {……} 
} 
   TagHandlerPool简单地实现了对标签类的池化,其中MAX_POOL_SIZE是池的初始大小,handlers是一个Tag的数组,存储标签类的实例。get(Class handlerClass)得到一个指定标签类的实例,如果池中没有可用实例,则新实例化一个。reuse(Tag handler)把handler对象放回池中。

  至此,我们对JSP在容器中的运行过程已经了然于胸了。虽然每种JSP容器的解析结果会有差异,但其中的原理都雷同。对于编写JSP应用,我们并不需要干涉容器中的运行过程,但如果你对整个底层的运行机制比较熟悉,就能对JSP/Servlet技术有更深的认识。
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