深入理解Servlet线程安全问题

        前言

                在上一篇关于Serlvet框架和Servlet生命周期的学习中，我们已经知道了在多线程的情况下

            Servlet是线程不安全的。Servlet体系是建立在java多线程的基础之上的,它的生命周期是由Tomcat

            来维护的。当客户端第一次请求Servlet的时候,tomcat会根据web.xml配置文件实例化servlet，

            当又有一个客户端访问该servlet的时候，不会再实例化该servlet，也就是多个线程在使用这个实例。

         Servlet线程池

                 serlvet采用多线程来处理多个请求同时访问，Tomcat容器维护了一个线程池来服务请求。

             线程池实际上是等待执行代码的一组线程叫做工作组线程(Worker Thread)，Tomcat容器使用一个

             调度线程来管理工作组线程(Dispatcher Thead)。

             

                       当容器收到一个Servlet请求，Dispatcher线程从线程池中选出一个工作组线程，将请求传递

               给该线程，然后由该线程来执行Servlet的service方法。

                       当这个线程正在执行的时候，容器收到另一个请求，调度者线程将从线程池中选出另外一个

               工作组线程来服务则个新的请求，容器并不关心这个请求是否访问的是同一个Servlet还是另一个

               Servlet。当容器收到对同一个Servlet的多个请求的时候，那这个servlet的service方法将在多线程

               中并发的执行。

           Servlet线程安全问题

                      多线程和单线程Servlet具体区别：多线程下每个线程对局部变量都会有自己的一份copy，这

               样对局部变量的修改只会影响到自己的copy而不会对别的线程产生影响，线程安全的。但是对于

               实例变量来说，由于servlet在Tomcat中是以单例模式存在的，所有的线程共享实例变量。多个线程

               对共享资源的访问就造成了线程不安全问题。

                     对于单线程而言就不存在这方面的问题(static变量除外)

                     这里我们写一个实例来模拟一下：               

package com.kiritor;

import java.io.IOException;
import java.io.PrintWriter;

import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

/**
 * Servlet implementation class ThreadServlet
 */
public class ThreadServlet extends HttpServlet {
	private static final long serialVersionUID = 1L;
	private String message;

	/**
	 * @see HttpServlet#HttpServlet()
	 */
	public ThreadServlet() {
		super();
		// TODO Auto-generated constructor stub
	}

	/**
	 * @see HttpServlet#doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse
	 *      response)
	 */
	protected void doGet(HttpServletRequest request,
			HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
		this.doPost(request, response);
	}

	/**
	 * @see HttpServlet#doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse
	 *      response)
	 */
	protected void doPost(HttpServletRequest request,
			HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
		message = request.getParameter("message");
		PrintWriter printWriter = response.getWriter();
		try {
			Thread.sleep(5000);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		printWriter.write(message);
	}

}

           之后我们在打开两个浏览器：

                 http://localhost:8080/Servlet03/ThreadServlet?message=helloA

                 http://localhost:8080/Servlet03/ThreadServlet?message=helloB

               我们不断的尝试刷新浏览器，可以发现的是输出结果并不是我们想象的那么简单，而且错误的输出

            是具有偶然性的，这更增加了程序潜在的危险性。

               至于其实际的输出效果笔者就贴图了，读者可自行进行演示。

          设计线程安全的Servlet

                  针对上述的情况如何设计线程安全的Servlet呢？我们知道的是多线程是不共享局部变量的

              servlet线程不安全也是针对于共享资源的访问才产生的。 因此这里就有一种方式了。

             变量的线程安全

                   这里的变量变量指的是字段和共享数据，主要是表单的参数值。基于多线程不共享局部变量的

              特点我们可以将这类变量参数本地化。例如对于上面的一个实例我们可以这样设计。                 

protected void doPost(HttpServletRequest request,
			HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
		String message;
		message = request.getParameter("message");
		PrintWriter printWriter = response.getWriter();
		try {
			Thread.sleep(5000);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		printWriter.write(message);
	}

               属性的线程安全

                      ServletContext：它是线程不安全的，多线程下可以同时进行读写，因此我们要对其读写操作进行

                 同步或者深度的clone。

                      HttpSession:同样是线程不安全的，和ServletContext的操作一样。

                      ServletRequest:它是线程安全的，对于每一个请求由一个工作线程来执行，都会创建一个

                 ServletRequest对象，所以ServletResquest只能在一个线程中被访问，而且他只在service()方法内是

                 有效的。

                同步的集合类

                     在使用java中的集合API进行处理的时候，选择同步的集合。

                外部对象互斥

                     在多个Servlet中对某个外部对象(例如文件)的修改是务必加锁，互斥访问。不过这里需要注意的是

                 使用Synchronized的时候这意味着线程需要排队等待处理，因此在使用同步块的时候要尽量的缩小同

                 步块的代码范围。不要直接在方法上用同步，这样会严重影响性能。

                     值得一提的是最好别再serlvet中创建自己的线程来完成某个功能，这会是情况更加复杂。

             Single ThreadMode接口

                      这也是解决servlet线程安全问题的一个方法，Single ThreadMode是一个标识接口，如果一个Servlet

                  实现了该接口，那么Tomcat将保证在一个时刻仅有一个线程可以在给定的Serlvet实例的service方法中

                  执行。其他所有请求进行排队。(针对单个实例)

                       可以看出的是这种方式虽然可以解决线程安全问题，可以效率太过低下。

                       其再Servlet的规范中已经被废弃了。

            总结

                     Servlet的线程安全问题只有在大量的并发访问时才会显现出来，并且很难发现，因此在编写Servlet程序

                 时要特别注意。线程安全问题主要是由实例变量造成的,因此在Servlet中应避免使用实例变量。如果应用程

                 序设计无法避免使用实例变量，那么使用同步来保护要使用的实例变量，但为保证系统的最佳性能，应该

                 同步可用性最小的代码路径。