Tomcat--Jasper概述、JSP编译方式（运行时编译，预编译）源码跟踪、JSP编译原理

小鱼儿 2021-08-27 22:03 503阅读 0赞

### Jasper概述 ###

Jasper模块是Tomcat的JSP核心引擎，JSP本质上是一个Servlet。Tomcat使用Jasper对JSP语法进行解析，生成Servlet并生成Class字节码，用户在进行访问jsp时，会访问Servlet，最终将访问结果直接响应在浏览器端。另外，在运行的时候，Jasper还会检测JSP文件是否修改，如果修改，则会重新编译JSP文件。

### JSP编译方式 ###

#### 运行时编译 ####

Tomcat并不会在启动Web应用的时候自动编译JSP文件，而是在客户端第一次请求时，才编译需要访问的JSP文件。

准备一个web应用，编写JSP：

<%@ page contentType="text/html;charset=UTF-8" language="java" %>
    <%@ page import="java.text.DateFormat" %>
    <%@ page import="java.text.SimpleDateFormat" %>
    <%@ page import="java.util.Date" %>
    
    <html>
      <head>
        <title>$Title$</title>
      </head>
      <body>
    
      <%
        DateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        String format = dateFormat.format(new Date());
      %>
      Hello, Java Server Page...
      <br/>
    
      <%= format%>
      </body>
    </html>

![在这里插入图片描述][20200327163336879.png]

**编译过程：**

Tomcat在默认的web.xml中配置了一个`org.apache.jasper.servlet.JspServlet`，用于处理所有的`.jsp或.jspx`结尾的请求，该Servlet是实现运行时编译的入口：

<servlet>
            <servlet-name>jsp</servlet-name>
            <servlet-class>org.apache.jasper.servlet.JspServlet</servlet-class>
            <init-param>
                <param-name>fork</param-name>
                <param-value>false</param-value>
            </init-param>
            <init-param>
                <param-name>xpoweredBy</param-name>
                <param-value>false</param-value>
            </init-param>
            <load-on-startup>3</load-on-startup>
        </servlet>
        
        <servlet-mapping>
            <servlet-name>jsp</servlet-name>
            <url-pattern>*.jsp</url-pattern>
            <url-pattern>*.jspx</url-pattern>
        </servlet-mapping>

**JspServlet处理流程图：**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70]

**源码跟踪：**

接受到对jsp的访问请求后，会最先到达JspServlet的service()方法中：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
然后获取JSP的路径：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
然后判断是否为预编译请求：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
然后执行serviceJspFile，在serviceJspFile方法中获取了一个JspServletWrapper：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
然后调用它的service()方法：  
![在这里插入图片描述][20200327165345706.png]

在service()方法中，调用了JspCompilationContext的compile()方法：进行编译  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]  
在JspCompilationContext的compile()方法中又调用了jspCompiler.compile();  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

最终到达Complier类中的`compile(boolean compileClass, boolean jspcMode)`方法：端点处做了2个事情，生成java文件、生成class文件  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
已经生成java文件，准备生成class文件  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]  
![在这里插入图片描述][20200327173118109.png]

java文件和class文件生成后，回到JspServletWrapper类中，调用getServlet()方法：加载jsp对应的servlet  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]  
然后执行service()方法：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]

查看index\_jsp源码：在\_jspService()方法中写出响应：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 13]

#### 编译结果 ####

1.  如果在`tomcat/conf/web.xml`中配置了参数`scratchdir`，则jsp的编译后的结果就会存储在该目录下：

<init-param>
    	<param-name>scratchdir</param-name>
    	<param-value>D:/tmp/jsp/</param-value>
    </init-param>

1.  如果没有配置该项，则会将编译后的结果，存储在Tomcat安装目录下的`work/Catalina(Engine名称)/localhost(Host名称)/Context命名` 假设项目名称为 jsp\_demo\_01，默认的目录为：`work/Catalina/localhost/jsp_demo_01`
2.  如果使用的是IDEA开发工具继承Tomcat访问web工程中的jsp，编译后的结果存放在：

`c:\Users\Administrator\.IntelliJIdea2019.1\system\tomcat\_project_tomcat\wor\Catalina\localost\jsp_demo_01_sar_exploded\org\apache\jsp`

#### 预编译 ####

除了运行时编译，还可以直接在Web应用启动时，一次性将Web应用用的所有JSP页面一次性编译完成。在这种情况下，Web应用运行过程中，便可以不必在进行实时编译，而是直接调用JSP页面对应的Sevlet完成请求处理，从而提升系统性能。

Tomcat提供了一个Shell程序JspC，用于支持JSP预编译，而且在Tomcat的安装目录下提供了一个catalina-tasks.xml文件声明了Tomcat支持的Ant任务，因此，可以很容易使用Ant来执行JSP预编译。（如果想要使用这种方式，必须得确保在此之前已经下载并安装了Apache Ant）。

### JSP编译原理 ###

上面编译后的index\_jsp源码如下：

/* * Generated by the Jasper component of Apache Tomcat * Version: Apache Tomcat/9.0.x-dev * Generated at: 2020-03-27 09:25:56 UTC * Note: The last modified time of this file was set to * the last modified time of the source file after * generation to assist with modification tracking. */
    package org.apache.jsp;
    
    import javax.servlet.*;
    import javax.servlet.http.*;
    import javax.servlet.jsp.*;
    import java.text.DateFormat;
    import java.text.SimpleDateFormat;
    import java.util.Date;
    
    public final class index_jsp extends org.apache.jasper.runtime.HttpJspBase
        implements org.apache.jasper.runtime.JspSourceDependent,
                     org.apache.jasper.runtime.JspSourceImports { 
    
      private static final javax.servlet.jsp.JspFactory _jspxFactory =
              javax.servlet.jsp.JspFactory.getDefaultFactory();
    
      private static java.util.Map<java.lang.String,java.lang.Long> _jspx_dependants;
    
      private static final java.util.Set<java.lang.String> _jspx_imports_packages;
    
      private static final java.util.Set<java.lang.String> _jspx_imports_classes;
    
      static { 
        _jspx_imports_packages = new java.util.HashSet<>();
        _jspx_imports_packages.add("javax.servlet");
        _jspx_imports_packages.add("javax.servlet.http");
        _jspx_imports_packages.add("javax.servlet.jsp");
        _jspx_imports_classes = new java.util.HashSet<>();
        _jspx_imports_classes.add("java.util.Date");
        _jspx_imports_classes.add("java.text.SimpleDateFormat");
        _jspx_imports_classes.add("java.text.DateFormat");
      }
    
      private volatile javax.el.ExpressionFactory _el_expressionfactory;
      private volatile org.apache.tomcat.InstanceManager _jsp_instancemanager;
    
      public java.util.Map<java.lang.String,java.lang.Long> getDependants() { 
        return _jspx_dependants;
      }
    
      public java.util.Set<java.lang.String> getPackageImports() { 
        return _jspx_imports_packages;
      }
    
      public java.util.Set<java.lang.String> getClassImports() { 
        return _jspx_imports_classes;
      }
    
      public javax.el.ExpressionFactory _jsp_getExpressionFactory() { 
        if (_el_expressionfactory == null) { 
          synchronized (this) { 
            if (_el_expressionfactory == null) { 
              _el_expressionfactory = _jspxFactory.getJspApplicationContext(getServletConfig().getServletContext()).getExpressionFactory();
            }
          }
        }
        return _el_expressionfactory;
      }
    
      public org.apache.tomcat.InstanceManager _jsp_getInstanceManager() { 
        if (_jsp_instancemanager == null) { 
          synchronized (this) { 
            if (_jsp_instancemanager == null) { 
              _jsp_instancemanager = org.apache.jasper.runtime.InstanceManagerFactory.getInstanceManager(getServletConfig());
            }
          }
        }
        return _jsp_instancemanager;
      }
    
      public void _jspInit() { 
      }
    
      public void _jspDestroy() { 
      }
    
      public void _jspService(final javax.servlet.http.HttpServletRequest request, final javax.servlet.http.HttpServletResponse response)
          throws java.io.IOException, javax.servlet.ServletException { 
    
        if (!javax.servlet.DispatcherType.ERROR.equals(request.getDispatcherType())) { 
          final java.lang.String _jspx_method = request.getMethod();
          if ("OPTIONS".equals(_jspx_method)) { 
            response.setHeader("Allow","GET, HEAD, POST, OPTIONS");
            return;
          }
          if (!"GET".equals(_jspx_method) && !"POST".equals(_jspx_method) && !"HEAD".equals(_jspx_method)) { 
            response.setHeader("Allow","GET, HEAD, POST, OPTIONS");
            response.sendError(HttpServletResponse.SC_METHOD_NOT_ALLOWED, "JSP åªå
    è®¸ GETã€POST æˆ– HEADã€‚Jasper è¿˜å
    è®¸ OPTIONS");
            return;
          }
        }
    
        final javax.servlet.jsp.PageContext pageContext;
        javax.servlet.http.HttpSession session = null;
        final javax.servlet.ServletContext application;
        final javax.servlet.ServletConfig config;
        javax.servlet.jsp.JspWriter out = null;
        final java.lang.Object page = this;
        javax.servlet.jsp.JspWriter _jspx_out = null;
        javax.servlet.jsp.PageContext _jspx_page_context = null;
    
    
        try { 
          response.setContentType("text/html;charset=UTF-8");
          pageContext = _jspxFactory.getPageContext(this, request, response,
          			null, true, 8192, true);
          _jspx_page_context = pageContext;
          application = pageContext.getServletContext();
          config = pageContext.getServletConfig();
          session = pageContext.getSession();
          out = pageContext.getOut();
          _jspx_out = out;
    
          out.write("\n");
          out.write("\n");
          out.write("\n");
          out.write("\n");
          out.write("\n");
          out.write("\n");
          out.write("<html>\n");
          out.write(" <head>\n");
          out.write(" <title>$Title$</title>\n");
          out.write(" </head>\n");
          out.write(" <body>\n");
          out.write("\n");
          out.write(" ");
    
        DateFormat dateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        String format = dateFormat.format(new Date());
      
          out.write("\n");
          out.write(" Hello, Java Server Page...\n");
          out.write(" <br/>\n");
          out.write("\n");
          out.write(" ");
          out.print( format);
          out.write("\n");
          out.write(" </body>\n");
          out.write("</html>\n");
        } catch (java.lang.Throwable t) { 
          if (!(t instanceof javax.servlet.jsp.SkipPageException)){ 
            out = _jspx_out;
            if (out != null && out.getBufferSize() != 0)
              try { 
                if (response.isCommitted()) { 
                  out.flush();
                } else { 
                  out.clearBuffer();
                }
              } catch (java.io.IOException e) { }
            if (_jspx_page_context != null) _jspx_page_context.handlePageException(t);
            else throw new ServletException(t);
          }
        } finally { 
          _jspxFactory.releasePageContext(_jspx_page_context);
        }
      }
    }

由编译后的源码解读，分析出一下几点：

1.  其类名为`index_jsp`，继承自`org.apache.jasper.runtime.HttpJspBase`，该类是`HttpServlet`的子类，所以jsp本质就是一个Servlet。  
    ![在这里插入图片描述][20200327174628871.png]
2.  通过属性`_jspx_dependants`保存了当前JSP页面依赖的资源，包含引入的外部JSP页面，导入的标签、标签所在的jar包等，便于后续处理过程中使用（如重新编译检测，因此它以Map的形式保存了每个资源的啥功上次修改时间）
3.  通过属性`_jspx_imports_packages`存放导入的java包，默认导入`javax_servlet、javax.servlet.http、javax.servlet.jsp`
4.  通过属性 `_jspx_imports_classes`存放导入的类，通过import指令导入的DateFormat、SimpleDateFormat、Date都会包含在集合中。`_jspx_imports_packages和_spx_imports_classes`主要用于配置EL引擎上下文
5.  请求处理由方法`_jspService`完成，而在父类HttpJspBash中的service方法通过模板方法模式调用了子类\_jspService方法  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 14]  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 15]
6.  `_jspService`方法中定义了几个重要的局部变量：`pageContext、Session、application、config、out、page`。由于整个页面的输出由 \_jspService方法完成，因此这些变量会对整个JSP页面生效。
7.  指定文档类型的指令(page)最终装换为`response.setContentType`方法调用
8.  对于每一行的静态内容(HTML)，调用out.write输出
9.  对于`<% ... %>`中的java代码，将直接转换为Servlet类中的代码。如果在Java代码中嵌入了静态文件，同样调用out.write输出。

#### 编译流程 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 16]  
Compiler编译过程主要包含代码生成和编译两部分：

**代码生成：**

1.  Compiler通过一个PageInfo对象保存JSP页面编译过程中的各种配置，这些配置可能来源与Web应用初始化参数，也可能源于JSP页面的配置（如page，inclue）
2.  调用ParserController解析指令节点，验证其是否合法，同时将配置信息保存到PageInfo中，用于控制代码生成
3.  调用ParserController解析整个页面，由于是逐行解析，所以对于每一行会创建一个具体的Node对象。如静态文本（TemplateText）、Java代码（Scriptlet）、定制标签（CustomTag）、Include指令（IncludeDirective）。
4.  验证除指令外所有节点的合法性，如脚本、定制标签、EL表达式等
5.  收集除指令外其它节点的页面配置信息
6.  编译并加锁当前JSP依赖的标签
7.  对于JSP页面的EL表达式，生成对应的映射函数
8.  生成JSP页面对应Servlet源代码

**编译：**

代码生成后，Compiler还会生成SMAP信息。如果配置生成SMAP信息，Compiler则会在编译阶段将SMAP信息写到Class文件中。

在编译阶段，Compiler的两个实现`AntCompiler和JDTCompiler`分别调用相关框架的API进行源代码编译

*  对于AntCompiler来说：构造一个Ant的javac的任务完成编译；
 *  对于JDTCompiler来说，调用org.eclipse.jdt.internal.compiler.Compiler完成编译

[20200327163336879.png]: /images/20210813/bedd278cb2dd463eb95d35af2585fdb6.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20210813/45d749c9056340819e0430bcc86f8c6a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20210813/e2fdf17f09f44984b0fde8835daed866.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20210813/121c77738f6b4986aaf40b16606896d0.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20210813/928e8a20b1f947779d6eb072368557e8.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20210813/3f53c843ec434463a26c6f9ba0fef54a.png
[20200327165345706.png]: /images/20210813/ff90e2bc251242878bb0dc95ec31765a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20210813/066d9912bf0b46dead9fef5f79f209f4.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: /images/20210813/91790bc65dc343e0a41127c13e781abf.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: /images/20210813/ff511992fb8a4734a222405c7bf6c2de.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NvbGRfX19wbGF5_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]: /images/20210813/1b838fea62d24d109c18feb238fd59df.png
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