Servlet的多線程和線程安全

 

線程安全

首先說明一下對線程安全的討論，哪一種狀況咱們能夠稱做線程安全？
網上對線程安全有不少描述，我比較喜歡《Java併發編程實戰》給出的定義，「當多個線程訪問某個類時，無論運行時環境採用何種調度方式，或者這些線程將如何交替執行，而且在主調代碼中不須要任何額外的同步或協同，這個類都能表現出正確的行爲，那麼就稱這個類是線程安全的」。

Servlet的調用過程和生命週期

Servlet的生命週期

Servlet是運行在Servlet容器中的，經常使用的tomcat、jboss、weblogic都是Servlet容器，其生命週期是由容器來管理。Servlet的生命週期經過java.servlet.Servlet接口中的init（）、service（）、和destroy（）方法表示。Servlet的生命週期有四個階段：加載並實例化、初始化、請求處理、銷燬。
加載並實例化
Servlet容器負責加載和實例化Servelt。當Servlet容器啓動時，或者在容器檢測到須要這個Servlet來響應第一個請求時，建立Servlet實例。當Servlet容器啓動後，Servlet經過類加載器來加載Servlet類，加載完成後再new一個Servlet對象來完成實例化。

初始化
在Servlet實例化以後，容器將調用init（）方法，並傳遞實現ServletConfig接口的對象。在init（）方法中，Servlet能夠部署描述符中讀取配置參數，或者執行任何其餘一次性活動。在Servlet的整個生命週期類，init（）方法只被調用一次。

請求處理
當Servlet初始化後，容器就能夠準備處理客戶機請求了。當容器收到對這一Servlet的請求，就調用Servlet的service（）方法，並把請求和響應對象做爲參數傳遞。當並行的請求到來時，多個service（）方法可以同時運行在獨立的線程中。經過分析ServletRequest或者HttpServletRequest對象，service（）方法處理用戶的請求，並調用ServletResponse或者HttpServletResponse對象來響應。

銷燬
一旦Servlet容器檢測到一個Servlet要被卸載，這多是由於要回收資源或者由於它正在被關閉，容器會在全部Servlet的service（）線程以後，調用Servlet的destroy（）方法。而後，Servlet就能夠進行無用存儲單元收集清理。這樣Servlet對象就被銷燬了。這四個階段共同決定了Servlet的生命週期。

Servlet的調用過程

1.客戶端經過發送請求給Tomcat，Tomcat發送客戶端的請求頁面給客戶端。

2.用戶對請求頁面進行相關操做後將頁面提交給Tomcat,Tomcat將其封裝成一個HttpRequest對象，而後對請求進行處理,。

3.Tomcat截獲請求，根據action屬性值查詢xml文件中對應的servlet-name，再根據servlet-name查詢到對應的java類（若是是第一次，Tomcat則會將servlet編譯成java類文件，因此若是servlet有不少的話第一次運行的時候程序會比較慢）。

4.Tomcat實例化查詢到的java類，注意該類只實例化一次。

5.調用java類對象的service()方法（若是不對service()方法進行重寫則根據提交的方式來決定執行doPost()方法仍是doGet()方法）。

6.經過request對象取得客戶端傳過來的數據，對數據進行處理後經過response對象將處理結果寫回客戶端。

 

Servlet是線程安全的嗎？

從上面Servlet的調用過程能夠看出，當客戶端第一次請求Servlet的時候,tomcat會根據web.xml配置文件實例化servlet，

當又有一個客戶端訪問該servlet的時候，不會再實例化該servlet，也就是多個線程在使用這個實例。

JSP/Servlet容器默認是採用單實例多線程(這是形成線程安全的主因)方式處理多個請求的，這種默認以多線程方式執行的設計可大大下降對系統的資源需求，提升系統的併發量及響應時間。

Servlet自己是無狀態的，一個無狀態的Servlet是絕對線程安全的，無狀態對象設計也是解決線程安全問題的一種有效手段。

因此，servlet是否線程安全是由它的實現來決定的，若是它內部的屬性或方法會被多個線程改變，它就是線程不安全的，反之，就是線程安全的。

下面這個示例來自《Java併發編程實戰》，在競態條件下存在線程不安全。

public class UnsafeCountingFactorizer implements Servlet{

private long count=0;
public long getCount(){
return count;
}

@Override
public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp)
throws ServletException, IOException {
BigInteger i=extractFromRequest();
BigInteger[] factors=factor(i);
++count;

}
}

遞增操做count++並不是是原子操做，它包含了三個獨立的操做：讀取count的值，將值加1，
而後將計算結果寫入coune，這是一個「讀取-修改-寫入」的操做序列，而且其結果狀態依賴於以前的狀態。在執行時序不一樣的狀況下，可能會產生錯誤。

 

影響Servlet線程安全的因素

多線程下每一個線程對局部變量都會有本身的一份copy，這樣對局部變量的修改只會影響到本身的copy而不會對別的線程產生影響，因此這是線程安全的。

可是對於實例變量來講，因爲servlet在Tomcat中是以單例模式存在的，全部的線程共享實例變量。多個線程對共享資源的訪問就形成了線程不安全問題。

如何控制Servlet的線程安全性？

避免使用實例變量
避免使用非線程安全的集合
在多個Servlet中對某個外部對象(例如文件)的修改是務必加鎖（Synchronized，或者ReentrantLock），互斥訪問。
屬性的線程安全：ServletContext、HttpSession是線程安全的；ServletRequest是非線程安全的。

 

設計線程安全的Servlet

1.實現 SingleThreadModel 接口
該接口指定了系統如何處理對同一個Servlet的調用。若是一個Servlet被這個接口指定，那麼在這個Servlet中的service方法將不會有兩個線程被同時執行，固然也就不存在線程安全的問題。可是，若是一個Servlet實現了SingleThreadModel接口，Servlet引擎將爲每一個新的請求建立一個單獨的Servlet實例，這將引發大量的系統開銷，在如今的Servlet開發中基本看不到SingleThreadModel的使用，這種方式瞭解便可，儘可能避免使用。

public class XXXXX extends HttpServlet implements SingleThreadModel { 
………… 
} 

2.同步對共享數據的操做
使用synchronized 關鍵字能保證一次只有一個線程能夠訪問被保護的區段，能夠經過同步塊操做來保證Servlet的線程安全。若是在程序中使用同步來保護要使用的共享的數據，也會使系統的性能大大降低。這是由於被同步的代碼塊在同一時刻只能有一個線程執行它，使得其同時處理客戶請求的吞吐量下降，並且不少客戶處於阻塞狀態。另外爲保證主存內容和線程的工做內存中的數據的一致性，要頻繁地刷新緩存,這也會大大地影響系統的性能。因此在實際的開發中也應避免或最小化Servlet 中的同步代碼。

同步代碼：

Public class XXXXXX extends HttpServlet { 
synchronized (this){XXXX} 
} 

3.避免使用實例變量
線程安全問題很大部分是由實例變量形成的，只要在Servlet裏面的任何方法裏面都不使用實例變量，那麼該Servlet就是線程安全的。

在Servlet中避免使用實例變量是保證Servlet線程安全的最佳選擇。

Java 內存模型中，方法中的臨時變量是在棧上分配空間，並且每一個線程都有本身私有的棧空間，因此它們不會影響線程的安全。

 

參考:

Servlet 工做原理解析

Servlet的多線程 和 Servlet線程安全