Java學習資料-Servlet單例多線程

Servlet 單例多線程

Servlet如何處理多個請求訪問？

Servlet容器默認是採用單實例多線程的方式處理多個請求的：

1.當web服務器啓動的時候（或客戶端發送請求到服務器時），Servlet就被加載並實例化(只存在一個Servlet實例)；

2.容器初始化化Servlet主要就是讀取配置文件（例如tomcat,能夠經過servlet.xml的<Connector>設置線程池中線程數目，初始化線程池經過web.xml,初始化每一個參數值等等。

3.當請求到達時，Servlet容器經過調度線程(Dispatchaer Thread) 調度它管理下線程池中等待執行的線程（Worker Thread）給請求者；

4.線程執行Servlet的service方法；

5.請求結束，放回線程池，等待被調用；

（注意：避免使用實例變量（成員變量），由於若是存在成員變量，可能發生多線程同時訪問該資源時，都來操做它，照成數據的不一致，所以產生線程安全問題）

從上面能夠看出：

第一：Servlet單實例，減小了產生servlet的開銷；

第二：經過線程池來響應多個請求，提升了請求的響應時間；

第三：Servlet容器並不關心到達的Servlet請求訪問的是不是同一個Servlet仍是另外一個Servlet，直接分配給它一個新的線程；若是是同一個Servlet的多個請求，那麼Servlet的service方法將在多線程中併發的執行；

第四：每個請求由ServletRequest對象來接受請求，由ServletResponse對象來響應該請求；

Servlet/JSP技術和ASP、PHP等相比，因爲其多線程運行而具備很高的執行效率。因爲Servlet/JSP默認是以多線程模式執行的，因此，在編寫代碼時須要很是細緻地考慮多線程的安全性問題。 

JSP的中存在的多線程問題： 

當客戶端第一次請求某一個JSP文件時，服務端把該JSP編譯成一個CLASS文件，並建立一個該類的實例，而後建立一個線程處理CLIENT端的請求。若是有多個客戶端同時請求該JSP文件，則服務端會建立多個線程。每一個客戶端請求對應一個線程。以多線程方式執行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. 

對JSP中可能用的的變量說明以下: 

實例變量: 實例變量是在堆中分配的,並被屬於該實例的全部線程共享，因此不是線程安全的. 

JSP系統提供的8個類變量 

JSP中用到的OUT,REQUEST,RESPONSE,SESSION,CONFIG,PAGE,PAGECONXT是線程安全的(由於每一個線程對應的request，respone對象都是不同的，不存在共享問題), APPLICATION在整個系統內被使用,因此不是線程安全的. 

局部變量: 局部變量在堆棧中分配,由於每一個線程都有它本身的堆棧空間,因此是線程安全的. 

靜態類: 靜態類不用被實例化,就可直接使用,也不是線程安全的. 

外部資源: 在程序中可能會有多個線程或進程同時操做同一個資源(如:多個線程或進程同時對一個文件進行寫操做).此時也要注意同步問題. 

使它以單線程方式執行,這時，仍然只有一個實例，全部客戶端的請求以串行方式執行。這樣會下降系統的性能 

問題 

問題一. 說明其Servlet容器如何採用單實例多線程的方式來處理請求 

問題二. 如何在開發中保證servlet是單實例多線程的方式來工做(也就是說如何開發線程安全的servelt)。 

一. Servlet容器如何同時來處理多個請求 

Java的內存模型JMM（Java Memory Model） 

JMM主要是爲了規定了線程和內存之間的一些關係。根據JMM的設計，系統存在一個主內存(Main Memory)，Java中全部實例變量都儲存在主存中，對於全部線程都是共享的。每條線程都有本身的工做內存(Working Memory)，工做內存由緩存和堆棧兩部分組成，緩存中保存的是主存中變量的拷貝，緩存可能並不總和主存同步，也就是緩存中變量的修改可能沒有馬上寫到主存中；堆棧中保存的是線程的局部變量，線程之間沒法相互直接訪問堆棧中的變量。根據JMM，咱們能夠將論文中所討論的Servlet實例的內存模型抽象爲圖所示的模型。 

 

工做者線程Work Thread:執行代碼的一組線程。 

調度線程Dispatcher Thread：每一個線程都具備分配給它的線程優先級,線程是根據優先級調度執行的。 

Servlet採用多線程來處理多個請求同時訪問。servlet依賴於一個線程池來服務請求。線程池其實是一系列的工做者線程集合。Servlet使用一個調度線程來管理工做者線程。 

當容器收到一個Servlet請求，調度線程從線程池中選出一個工做者線程,將請求傳遞給該工做者線程，而後由該線程來執行Servlet的service方法。當這個線程正在執行的時候,容器收到另一個請求,調度線程一樣從線程池中選出另外一個工做者線程來服務新的請求,容器並不關心這個請求是否訪問的是同一個Servlet.當容器同時收到對同一個Servlet的多個請求的時候，那麼這個Servlet的service()方法將在多線程中併發執行。 

Servlet容器默認採用單實例多線程的方式來處理請求，這樣減小產生Servlet實例的開銷，提高了對請求的響應時間，對於Tomcat能夠在server.xml中經過<Connector>元素設置線程池中線程的數目。 

就實現來講： 

調度者線程類所擔負的責任如其名字，該類的責任是調度線程，只須要利用本身的屬性完成本身的責任。因此該類是承擔了責任的，而且該類的責任又集中到惟一的單體對象中。而其餘對象又依賴於該特定對象所承擔的責任，咱們就須要獲得該特定對象。那該類就是一個單例模式的實現了。 

注意：服務器可使用多個實例來處理請求，代替單個實例的請求排隊帶來的效益問題。服務器建立一個Servlet類的多個Servlet實例組成的實例池，對於每一個請求分配Servlet實例進行響應處理，以後放回到實例池中等待下此請求。這樣就形成併發訪問的問題。 

此時,局部變量(字段)也是安全的，但對於全局變量和共享數據是不安全的，須要進行同步處理。而對於這樣多實例的狀況SingleThreadModel接口並不能解決併發訪問問題。 SingleThreadModel接口在servlet規範中已經被廢棄了。

二 如何開發線程安全的Servlet 

　　一、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。這種方法只要將前面的Concurrent Test類的類頭定義更改成： 

Public class Concurrent Test extends HttpServlet implements SingleThreadModel { 

………… 

} 

　　二、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，在本論文中的Servlet能夠經過同步塊操做來保證線程的安全。同步後的代碼以下： 

………… 

Public class Concurrent Test extends HttpServlet { ………… 

Username = request.getParameter ("username"); 

Synchronized (this){ 

Output = response.getWriter (); 

Try { 

Thread. Sleep (5000); 

} Catch (Interrupted Exception e){} 

output.println("用戶名:"+Username+"<BR>"); 

} 

} 

} 

　　三、避免使用實例變量 

　　本實例中的線程安全問題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。 

　　修正上面的Servlet代碼，將實例變量改成局部變量實現一樣的功能，代碼以下： 

…… 

Public class Concurrent Test extends HttpServlet {public void service (HttpServletRequest request, HttpServletResponse 

Response) throws ServletException, IOException { 

Print Writer output; 

String username; 

Response.setContentType ("text/html; charset=gb2312"); 

…… 

} 

} 

　**　對上面的三種方法進行測試，能夠代表用它們都能設計出線程安全的Servlet程序。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。SingleThreadModel在Servlet2.4中已再也不提倡使用；一樣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；在Serlet中避免使用實例變量是保證Servlet線程安全的最佳選擇。從Java 內存模型也能夠知道，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。

更加詳細的說明：

1，變量的線程安全：這裏的變量指字段和共享數據(如表單參數值)。 

a，將 參數變量 本地化。多線程並不共享局部變量.因此咱們要儘量的在servlet中使用局部變量。 

例如：String user = ""; 

user = request.getParameter("user"); 

b，使用同步塊Synchronized，防止可能異步調用的代碼塊。這意味着線程須要排隊處理。在使用同板塊的時候要儘量的縮小同步代碼的範圍，不要直接在sevice方法和響應方法上使用同步，這樣會嚴重影響性能。 

2,屬性的線程安全：ServletContext，HttpSession，ServletRequest對象中屬性。 

ServletContext：（線程是不安全的） 

ServletContext是能夠多線程同時讀/寫屬性的，線程是不安全的。要對屬性的讀寫進行同步處理或者進行深度Clone()。因此在Servlet上下文中儘量少許保存會被修改（寫）的數據，能夠採起其餘方式在多個Servlet中共享，比方咱們可使用單例模式來處理共享數據。 

HttpSession：（線程是不安全的） 

HttpSession對象在用戶會話期間存在，只能在處理屬於同一個Session的請求的線程中被訪問，所以Session對象的屬性訪問理論上是線程安全的。 

當用戶打開多個同屬於一個進程的瀏覽器窗口，在這些窗口的訪問屬於同一個Session，會出現屢次請求，須要多個工做線程來處理請求，可能形成同時多線程讀寫屬性。這時咱們須要對屬性的讀寫進行同步處理：使用同步塊Synchronized和使用讀/寫器來解決。 

ServletRequest：（線程是安全的） 

對於每個請求，由一個工做線程來執行，都會建立有一個新的ServletRequest對象，因此ServletRequest對象只能在一個線程中被訪問。ServletRequest是線程安全的。注意：ServletRequest對象在service方法的範圍內是有效的，不要試圖在service方法結束後仍然保存請求對象的引用。 

3，使用同步的集合類： 

使用Vector代替ArrayList，使用Hashtable代替HashMap。 

4，不要在Servlet中建立本身的線程來完成某個功能。 

Servlet自己就是多線程的，在Servlet中再建立線程，將致使執行狀況複雜化，出現多線程安全問題。 

5，在多個servlet中對外部對象(比方文件)進行修改操做必定要加鎖，作到互斥的訪問。 

6，javax.servlet.SingleThreadModel接口是一個標識接口，若是一個Servlet實現了這個接口，那Servlet容器將保證在一個時刻僅有一個線程能夠在給定的servlet實例的service方法中執行。將其餘全部請求進行排隊。 

PS：

Servlet並不是只是單例的. 當container開始啓動,或是客戶端發出請求服務時,Container會按照容器的配置負責加載和實例化一個Servlet（也能夠配置爲多個，不過通常不這麼幹）.不過通常來講一個servlet只會有一個實例。

1) Struts2的Action是原型，非單實例的；會對每個請求,產生一個Action的實例來處理。 

2) Struts1的Action,Spring的Ioc容器管理的bean 默認是單實例的. 

Struts1 Action是單實例的，spring mvc的controller也是如此。所以開發時要求必須是線程安全的，由於僅有Action的一個實例來處理全部的請求。單例策略限制了Struts1 Action能做的事，而且要在開發時特別當心。Action資源必須是線程安全的或同步的。 

Spring的Ioc容器管理的bean 默認是單實例的。

Struts2 Action對象爲每個請求產生一個實例，所以沒有線程安全問題。（實際上，servlet容器給每一個請求產生許多可丟棄的對象，而且不會致使性能和垃圾回收問題）。

當Spring管理Struts2的Action時，bean默認是單實例的，能夠經過配置參數將其設置爲原型。(scope="prototype ）

Servlet的生命週期：

1.      Servlet在web服務器啓動時被加載並實例化，容器運行其init方法初始化，請求到達時運行其service方法；

2.      service運行請求對應的doXXX(doGet,doPost)方法；

3.      服務器銷燬實例，運行其destory方法；

Servlet的生命週期由Servlet容器管理；

（三個概念的理解：

Servlet容器<Web容器<應用服務器？

Servlet容器的主要任務就是管理Servlet的生命週期；

Web容器也稱之爲web服務器，主要任務就是管理和部署web應用的；

應用服務器的功能很是強大，不只能夠管理和部署web應用，也能夠部署EJB應用，實現容器管理的事務等等。。。

Web服務器就是跟基於HTTP的請求打交道，而EJB容器更可能是跟數據庫，事務管理等服務接口交互，因此應用服務器的功能是不少的。

常見的web服務器就是Tomcat,但Tomcat一樣也是Servlet服務器；

常見的應用服務器有WebLogic，WebSphere，但都是收費的；

沒有Servlet容器，能夠用Web容器直接訪問靜態Html頁面，好比安裝了apache等；若是須要顯示Jsp/Servlet，就須要安裝一個Servlet容器；可是光有servlet容器也是不夠的，它須要被解析爲html顯示，因此仍須要一個web容器；因此，咱們常把web容器和Servlet容器視爲一體，由於他們兩個容器都有對方的功能實現了，都沒有獨立的存在了，好比tomcat！

）

Servlet是如何處理多個請求同時訪問呢？

Servlet容器默認是採用單實例多線程的方式處理多個請求的：

1.      當web服務器啓動的時候（或客戶端發送請求到服務器時），Servlet就被加載並實例化（只存在一個Servlet實例）；

2.      容器初始化Servlet。主要就是讀取配置文件（例如tomcat，能夠經過servlet.xml的<Connector>設置線程池中線程數目，初始化線程池；經過web.xml，初始化每一個參數值等等）；

3.      當請求到達時，Servlet容器經過調度線程（Dispatchaer Thread）調度它管理下的線程池中等待執行的線程（Worker Thread）給請求者；

4.      線程執行Servlet的service方法；

5.      請求結束，放回線程池，等到被調用；

從上面能夠看出：

第一：Servlet單實例，減小了產生servlet的開銷；

第二：經過線程池來響應多個請求，提升了請求的響應時間；

第三：Servlet容器並不關心到達的Servlet請求訪問的是不是同一個Servlet仍是另外一個Servlet，直接分配給它一個新的線程；若是是同一個Servlet的多個請求，那麼Servlet的service方法將在多線程中併發的執行；

第四：每個請求由ServletRequest對象來接受請求，由ServletResponse對象來響應該請求；

問題出現了：

同一個Servlet的的多個請求到來時，若是該Servlet中存在成員變量，可能發生多線程同時訪問該資源時，都來操做它，形成數據的不一致，所以產生線程安全問題。

解決：

1.      實現SingleThreadModel接口

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；

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，Servlet能夠經過同步塊操做來保證線程的安全。

ServletRequest對象是線程安全的，可是ServletContext和HttpSession不是線程安全的；

要使用同步的集合類：Vector代替ArrayList，HsahTable代替HashMap；

3.      避免使用實例變量（成員變量）

線程安全問題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。（全部建議不要在servlet中定義成員變量，儘可能用局部變量代替）

對上面的三種方法進行測試，能夠代表用它們都能設計出線程安全的Servlet程序。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。SingleThreadModel在Servlet2.4中已再也不提倡使用；一樣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；在Serlet中避免使用實例變量是保證Servlet線程安全的最佳選擇。從Java內存模型也能夠知道，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。

　Servlet的線程安全問題只有在大量的併發訪問時纔會顯現出來，而且很難發現，所以在編寫Servlet程序時要特別注意。線程安全問題主要是由實例變量形成的,所以在Servlet中應避免使用實例變量。若是應用程序設計沒法避免使用實例變量，那麼使用同步來保護要使用的實例變量，但爲保證系統的最佳性能，應該同步可用性最小的代碼路徑。