Em que casos é necessário substituir o método…

Não é recomendado sobrescrever o método service(), pois a sua implementação na classe base HttpServlet trata corretamente as solicitações HTTP, delegando-as para os métodos do* correspondentes (por exemplo, doGet, doPost, etc.) dependendo do tipo de solicitação.

A sobrescrita pode ser necessária nos seguintes casos muito raros:

Processar todos os métodos HTTP da mesma forma. Se a lógica de processamento não depender do tipo (GET, POST, PUT, etc.).
Implementação de métodos HTTP não padrão. Se for necessário lidar com métodos HTTP diferentes dos padrão.
Trabalho de baixo nível com a solicitação/resposta. Por exemplo, se for necessária uma gravação de log específica ou modificação da solicitação de entrada antes de passá-la para um método do* específico.
Controle total sobre o ciclo de vida do processamento da solicitação. Em casos raros, quando a delegação padrão não é satisfatória.

Exemplo de sobrescrita de service() (não recomendado na maioria dos casos):

// Exemplo de sobrescrita de service() - Atenção: não é uma prática padrão!
import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
import java.io.*;

public class CustomServlet extends HttpServlet {

    @Override
    public void service(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
            throws ServletException, IOException {

        // Registro de todas as solicitações
        System.out.println("Solicitação recebida: " + request.getMethod() + " " + request.getRequestURI());

        // Exemplo de processamento não padrão: sempre respondemos "Olá!"
        response.setContentType("text/plain");
        PrintWriter out = response.getWriter();
        out.println("Olá!");
        out.flush();

        // NÃO chamamos super.service(), assim evitamos a delegação padrão aos métodos do*
        // super.service(request, response); // NÃO usar neste caso
    }

    // Os métodos doGet, doPost, etc., podem não estar implementados,
    // pois service() não os chama neste exemplo.
}

Na maioria dos casos, é preferível sobrescrever os métodos doGet(), doPost(), doPut(), doDelete(), etc., pois isso garante um código mais estruturado e de fácil manutenção.

Tabela comparativa do comportamento padrão e da sobrescrita de service():

Aspecto	Comportamento padrão (uso de métodos do*)	Sobrescrita de service() (não recomendado)
Delegação	Automática, baseada no tipo de solicitação	Manual ou ausente
Estrutura do código	Claramente separado por tipo de solicitação	Toda a lógica em um único método
Manutenção	Alta	Baixa, potencialmente difícil de depurar
Conformidade com o padrão	Completa	Desvio do padrão
Flexibilidade	Alta para lidar com diferentes métodos	Alta para cenários não padrão

Resumindo, sobrescrever service() é mais uma exceção, aplicada em situações muito específicas e raras, quando o mecanismo padrão de delegação não é adequado. Na maioria dos casos, deve-se confiar na implementação padrão de service() e sobrescrever os métodos do* correspondentes.

Em que casos é necessário substituir o método service()?