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Java Web 编程技术知识体系与核心答案

Java Web 技术栈经历了从传统到现代的演进,我们可以将其分为几个核心部分：

1. 基础篇：Servlet & JSP
2. 框架篇：MVC 与主流框架
3. 数据访问篇：数据库与 ORM
4. 进阶篇：安全、性能与架构

第一部分：基础篇 - Servlet & JSP

这是 Java Web 开发的基石,几乎所有框架都是基于此构建的。

核心概念与典型问题

问题 1：请简述 Servlet 的工作原理（生命周期）。

【典型答案】

Servlet 的生命周期由 Servlet 容器（如 Tomcat）管理,主要分为三个阶段：

1. 初始化阶段：

   • 当 Servlet 第一次被请求（或服务器启动时配置了 load-on-startup），容器会创建一个 Servlet 实例。
   • 调用 init(ServletConfig config) 方法，此方法只执行一次，用于完成一次性的初始化工作，如加载配置文件、建立数据库连接等。
   • 之后，对于该 Servlet 的所有请求,容器都会复用这个已初始化的实例。

2. 服务阶段：

   • 对于每个客户端请求，容器会创建一个 ServletRequest 和 ServletResponse 对象，然后调用 Servlet 的 service() 方法。
   • service() 方法会根据请求的 HTTP 方法（GET, POST 等）来调用相应的 doGet(), doPost(), doPut() 等方法。
   • 在这些 doXxx() 方法中，开发者可以编写处理业务逻辑、生成响应的代码。

3. 销毁阶段：

   • 当服务器关闭或 Servlet 被移除时，容器会调用 destroy() 方法。
   • 此方法也只执行一次，用于释放资源，如关闭数据库连接、清理临时文件等。

【核心代码示例】

// HttpServlet 的简化生命周期示意
public class MyServlet extends HttpServlet {
    // 1. 初始化阶段
    @Override
    public void init() throws ServletException {
        System.out.println("Servlet 正在初始化...");
        // 在这里进行初始化操作
    }
    // 2. 服务阶段
    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        System.out.println("处理 GET 请求...");
        // 获取请求参数
        String name = req.getParameter("name");
        // 设置响应内容类型
        resp.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
        // 输出响应
        PrintWriter out = resp.getWriter();
        out.println("<h1>你好, " + name + "!</h1>");
    }
    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        System.out.println("处理 POST 请求...");
        // 处理 POST 请求逻辑
    }
    // 3. 销毁阶段
    @Override
    public void destroy() {
        System.out.println("Servlet 正在销毁...");
        // 在这里进行资源清理
    }
}

问题 2：请解释 RequestDispatcher 的 forward() 和 sendRedirect() 方法的区别。

【典型答案】

问题 3：JSP 中的四大作用域及其区别是什么？

【典型答案】

JSP 中的作用域决定了数据（通过 pageContext, request, session, application 的 setAttribute() 方法设置）在多大范围内可以被其他组件访问。

1. PageContext (页面作用域)

   • 范围：当前 JSP 页面。
   • 生命周期：当 JSP 页面被请求时创建,响应结束时销毁。
   • 特点：作用域最小,仅限于当前页面。

2. Request (请求作用域)

   • 范围：当前 HTTP 请求。
   • 生命周期：请求开始时创建,请求结束时销毁。
   • 特点：数据可以在同一个请求的多个组件（如 Servlet -> JSP）之间通过 forward 共享。

3. Session (会话作用域)

   • 范围：单个用户的整个会话。
   • 生命周期：用户第一次访问网站时创建（通常通过 JSESSIONID Cookie），会话超时（如 30 分钟无操作）或调用 invalidate() 时销毁。
   • 特点：用于存储与单个用户相关的数据，如登录信息、购物车等。注意：在集群环境下需要 Session 共享机制（如 Redis）。

4. Application (应用作用域)

   • 范围：整个 Web 应用。
   • 生命周期：Web 应用启动时创建,应用关闭或服务器重启时销毁。
   • 特点：作用域最大，用于存储所有用户共享的数据，如全局配置、在线用户数等。注意：需要考虑线程安全问题。

第二部分：框架篇 - MVC 与主流框架

现代 Java Web 开发几乎离不开框架，它们简化了开发,提高了效率。

核心概念与典型问题

问题 4：请解释 MVC 设计模式，并说明 Spring MVC 是如何实现 MVC 的。

【典型答案】

MVC 设计模式 是一种将应用程序分为三个核心部分的设计模式,以实现关注点分离：

• Model (模型)：

  • 职责：负责数据和业务逻辑，它代表应用程序的状态和业务规则，与数据持久化（数据库交互）相关。
  • 实现：在 Java Web 中，通常由 POJO (Plain Old Java Object) 或 Entity (实体类) 组成，也可能包含 Service 层的业务逻辑。

• View (视图)：

  • 职责：负责数据的展示，它从 Model 获取数据，并将其渲染成用户可以理解的格式（如 HTML、JSON）。
  • 实现：在 Java Web 中，可以是 JSP、Thymeleaf、FreeMarker 等模板引擎，也可以是直接返回的 JSON/XML 数据。

• Controller (控制器)：

  • 职责：是 Model 和 View 之间的协调者，它接收用户的输入（HTTP 请求），调用 Model 处理业务逻辑，然后选择一个 View 来展示处理结果。
  • 实现：在 Java Web 中，通常是 Servlet 或一个处理请求的类。

Spring MVC 的实现：

Spring MVC 是一个基于 Servlet 的轻量级 Web 框架，它对 MVC 模式进行了完美的实现。

1. 前端控制器：DispatcherServlet，这是整个 Spring MVC 的入口，所有请求都先经过它，它不处理请求本身,而是根据配置将请求分发给相应的处理器。
2. 处理器映射：HandlerMapping，根据请求的 URL，找到能处理该请求的 Controller 方法。
3. 处理器：@Controller 注解标记的 Java 类，其中的方法用 @RequestMapping (或 @GetMapping, @PostMapping 等) 映射到具体的 URL，这就是 MVC 中的 C。
4. 模型和视图解析器：
   • Model：Controller 方法可以返回一个 Model 对象，或者直接在方法参数中接收 ModelMap / Model，用来向 View 传递数据。
   • ViewResolver：根据 Controller 返回的逻辑视图名（如 "hello"），解析成具体的 View 对象（如 /WEB-INF/views/hello.jsp），这就是 MVC 中的 V。
5. 视图：JSP、Thymeleaf 等负责渲染数据。

【核心流程示例】

1. 浏览器发送请求 /user?id=123。
2. DispatcherServlet 接收请求。
3. HandlerMapping 找到 @Controller 中标记了 @RequestMapping("/user") 的方法。
4. DispatcherServlet 调用该方法，并传入 HttpServletRequest, Model 等参数。
5. Controller 方法调用 Service（Model）处理业务逻辑，然后将数据存入 Model。
6. Controller 方法返回一个逻辑视图名，如 "userDetail"。
7. ViewResolver 将 "userDetail" 解析为 /WEB-INF/views/userDetail.jsp。
8. DispatcherServlet 将 Model 中的数据传递给 userDetail.jsp 进行渲染。
9. 渲染后的 HTML 响应返回给浏览器。

第三部分：数据访问篇 - 数据库与 ORM

问题 5：什么是 ORM？请简述 MyBatis 的工作原理。

【典型答案】

ORM (Object-Relational Mapping，对象关系映射) 是一种编程技术，用于将面向对象模型与关系型数据库的数据结构进行映射，它允许开发者使用面向对象的方式来操作数据库，而无需编写复杂的 SQL 语句。

MyBatis 的工作原理：

MyBatis 是一款优秀的持久层框架，它支持自定义 SQL、存储过程以及高级映射，它并不是一个完全的 ORM 框架（如 Hibernate），而是更接近于半自动化 ORM。

1. 核心配置：开发者需要编写 MyBatis 的核心配置文件 mybatis-config.xml，用于配置数据库连接信息、事务管理器、Mapper 文件的位置等。
2. Mapper 接口与 XML 文件：
   • 创建一个 Java 接口（Mapper 接口），如 UserMapper。
   • 编写一个 XML 映射文件（如 UserMapper.xml），在其中定义具体的 SQL 语句，这个 XML 文件会与 Mapper 接口绑定。
3. 会话工厂：通过 SqlSessionFactoryBuilder 读取配置文件，构建 SqlSessionFactory（会话工厂）。SqlSessionFactory 是线程安全的,通常作为单例存在。
4. 会话：从 SqlSessionFactory 中获取 SqlSession 对象。SqlSession 相当于 JDBC 中的 Connection，是执行 SQL 的主要接口，它不是线程安全的,方法用完后需要立即关闭。
5. 执行 SQL：
   • 通过 SqlSession 获取到之前定义的 Mapper 接口的代理对象（如 UserMapper userMapper = sqlSession.getMapper(UserMapper.class);）。
   • 调用 Mapper 接口的方法（如 User user = userMapper.selectById(123);）。
   • MyBatis 会根据方法名和参数，在对应的 XML 文件中找到匹配的 SQL 语句,并执行它。
6. 结果映射：MyBatis 会执行 SQL，获取 ResultSet（结果集），然后根据 XML 文件中定义的 <resultMap>，将结果映射成指定的 Java 对象（如 User 对象）并返回。

【核心代码示例】

Mapper 接口:

public interface UserMapper {
    User selectById(int id);
}

Mapper XML 文件:

<mapper namespace="com.example.mapper.UserMapper">
    <select id="selectById" resultType="com.example.entity.User">
        SELECT id, name, email FROM users WHERE id = #{id}
    </select>
</mapper>

第四部分：进阶篇 - 安全、性能与架构

问题 6：如何防止常见的 Web 攻击，如 SQL 注入和 XSS？

【典型答案】

SQL 注入攻击

• 原理：攻击者在输入中插入恶意的 SQL 代码片段，如果应用程序将用户输入直接拼接到 SQL 语句中执行,就会导致数据库信息泄露或破坏。
• 防御措施：
  1. 使用预编译语句：这是最有效、最根本的防御方法，使用 PreparedStatement，将 SQL 语句中的参数用 占位，然后通过 setXxx() 方法设置参数，数据库驱动会正确处理参数的转义，使其只被视为数据，而非 SQL 代码。
     • 错误示范：String sql = "SELECT * FROM users WHERE name = '" + username + "';";
     • 正确示范：String sql = "SELECT * FROM users WHERE name = ?;"; PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql); pstmt.setString(1, username);
  2. 使用 ORM 框架：MyBatis、Hibernate 等 ORM 框架默认都使用了预编译机制，能有效防止 SQL 注入。
  3. 输入验证：对用户输入进行严格的格式校验，如只允许字母数字,限制长度等。
  4. 最小权限原则：给数据库连接的用户分配最小的必要权限，避免使用 root 或 sa 等超级用户。

XSS (Cross-Site Scripting, 跨站脚本攻击)

• 原理：攻击者在网页中注入恶意的 JavaScript、VBScript 等脚本代码，当其他用户访问被注入的页面时，浏览器会执行这些恶意脚本，从而窃取 Cookie、会话信息,或进行钓鱼等操作。
• 防御措施：
  1. 输出编码：在将用户输入的数据输出到 HTML 页面之前，对其进行 HTML 实体编码，将 < 编码为 <，将 > 编码为 >，将 编码为 "，这样，浏览器就会把这些字符当作普通文本显示，而不是执行为 HTML 标签或脚本。
     • 在 JSP 中，可以使用 JSTL 的 <c:out> 标签，它会自动进行 HTML 转义。

       <c:out value="${user.comment}" />

  2. 设置 HTTP 响应头：在响应头中设置 Content-Security-Policy (CSP)，限制页面只能从可信来源加载脚本和样式，是防御 XSS 的有力武器。
  3. 使用安全的框架：现代前端框架（如 React, Vue）默认会对输出进行转义，提供了内置的 XSS 防护。

Java Web 编程技术的“答案”并非一成不变的文本,而是对上述核心概念的深刻理解和灵活运用。

• 基础：Servlet/JSP 是根基，必须理解其生命周期、请求响应机制和作用域。
• 框架：Spring MVC 是主流，必须掌握其核心流程（DispatcherServlet -> HandlerMapping -> Controller -> ModelAndView）。
• 数据：MyBatis 是数据访问的利器，要理解其“接口绑定”和“SQL 与代码分离”的思想。
• 进阶：安全（防 SQL 注入、XSS）和性能是衡量一个开发者水平的重要标准。

希望这份详尽的“答案”能帮助您系统地掌握 Java Web 编程技术，如果您有具体的题目,可以尝试用这个知识框架去分析和解答。