Servlet及JSP中的多线程同步问题

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Servlet/JSP技术和ASP、PHP等相比，由于其多线程运行而具有很高的执行效率。由于Servlet/JSP默认是以多线程模式执行的，所以，在编写代码时需要非常细致地考虑多线程的同步问题。然而，很多人编写Servlet/JSP程序时并没有注意到多线程同步的问题，这往往造成编写的程序在少量用户访问时没有任何问题，而在并发用户上升到一定值时，就会经常出现一些莫明其妙的问题，对于这类随机性的问题调试难度也很大。

　　一、在Servlet/JSP中的几种变量类型

　　在编写Servlet/JSP程序时，对实例变量一定要小心使用。因为实例变量是非线程安全的。在Servlet/JSP中，变量可以归为下面的几类：

　　1. 类变量

　　request，response，session，config，application，以及JSP页面内置的page, pageContext。其中除了application外，其它都是线程安全的。

　　2. 实例变量

　　实例变量是实例所有的，在堆中分配。在Servlet/JSP容器中，一般仅实例化一个Servlet/JSP实例，启动多个该实例的线程来处理请求。而实例变量是该实例所有的线程所共享，所以，实例变量不是线程安全的。

　　3. 局部变量

　　局部变量在堆栈中分配，因为每一个线程有自己的执行堆栈，所以，局部变量是线程安全的。

　　二、在Servlet/JSP中的多线程同步问题

　　在JSP中，使用实例变量要特别谨慎。首先请看下面的代码：

// instanceconcurrenttest.jsp
<%@ page contentType="text/html;charset=GBK" %>
<%!
//定义实例变量
String username;
String password;
java.io.PrintWriter output;
%>
<%
//从request中获取参数
username = request.getParameter("username");
password = request.getParameter("password");
output = response.getWriter();
showUserInfo();
%>
<%!
public void showUserInfo() {
//为了突出并发问题，在这儿首先执行一个费时操作
int i =0;
double sum = 0.0;
while (i++ < 200000000) {
sum += i;
}

output.println(Thread.currentThread().getName() + "<br>");
output.println("username:" + username + "<br>");
output.println("password:" + password + "<br>");
}
%>



　　在这个页面中，首先定义了两个实例变量，username和password。然后在从request中获取这两个参数，并调用showUserInfo()方法将请求用户的信息回显在该客户的浏览器上。在一个用户访问是，不存在问题。但在多个用户并发访问时，就会出现其它用户的信息显示在另外一些用户的浏览器上的问题。这是一个严重的问题。为了突出并发问题，便于测试、观察，我们在回显用户信息时执行了一个模拟的费时操作，比如，下面的两个用户同时访问（可以启动两个IE浏览器，或者在两台机器上同时访问）：

a： http://localhost:8080/instanceconcurrenttest.jsp?username=a&password=123

b： http://localhost:8080/instanceconcurrenttest.jsp?username=b&password=456

如果a点击链接后，b再点击链接，那么，a将返回一个空白屏幕，b则得到a以及b两个线程的输出。请看下面的屏幕截图：




图1：a的屏幕





图2：b的屏幕


　　从运行结果的截图上可以看到，Web服务器启动了两个线程分别来处理来自a和b的请求，但是在a却得到一个空白的屏幕。这是因为上面程序中的output, username和password都是实例变量，是所有线程共享的。在a访问该页面后，将output设置为a的输出，username,password分别置为a的信息，而在a执行printUserInfo()输出username和password信息前，b又访问了该页面，把username和password置为了b的信息，并把输出output指向到了b。随后a的线程打印时，就打印到了b的屏幕了，并且，a的用户名和密码也被b的取代。请参加下图所示：




图3：a、b两个线程的时间线


　　而实际程序中，由于设置实例变量，使用实例变量这两个时间点非常接近，所以，像本例的同步问题并没有这么突出，可能会偶尔出现，但这却更加具有危险性，也更加难于调试。

　　同样，对于Servlet也存在实例变量的多线程问题，请看上面页面的Servlet版：

// InstanceConcurrentTest.java
import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
import java.io.PrintWriter;
public class InstanceConcurrentTest extends HttpServlet
{
String username;
String password;
PrintWriter out;
public void doGet(HttpServletRequest request,
HttpServletResponse response)
throws ServletException,java.io.IOException
{
//从request中获取参数
username = request.getParameter("username");
password = request.getParameter("password");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" | set username:" + username);
out = response.getWriter();
showUserInfo();
}
public void showUserInfo() {
//为了突出并发问题，在这儿首先执行一个费时操作
int i =0;
double sum = 0.0;
while (i++ < 200000000) {
sum += i;
}
out.println("thread:" + Thread.currentThread().getName());
out.println("username:"+ username);
out.println("password:" + password);
}
}



　　三、解决方案

　　1. 以单线程运行Servlet/JSP

　　在JSP中，通过设置：，在Servlet中，通过实现javax.servlet.SingleThreadModel，此时Web容器将保证JSP或Servlet实例以单线程方式运行。

　　重要提示：在测试中发现，Tomcat 4.1.17不能正确支持isThreadSafe属性，所以，指定isTheadSafe为false后，在Tomcat 4.1.17中仍然出现多线程问题，这是Tomcat 4.1.17的Bug。在Tomcat 3.3.1和Resin 2.1.5中测试通过。

　　2. 去除实例变量，通过参数传递

　　从上面的分析可见，应该在Servlet/JSP中尽量避免使用实例变量。比如，下面的修正代码，去除了实例变量，通过定义局部变量，并参数进行传递。这样，由于局部变量是在线程的堆栈中进行分配的，所以是线程安全的。不会出现多线程同步的问题。代码如下：

<%@ page contentType="text/html;charset=GBK" %>
<%
//使用局部变量
String username;
String password;
java.io.PrintWriter output;
//从request中获取参数
username = request.getParameter("username");
password = request.getParameter("password");
output = response.getWriter();
showUserInfo(output, username, password);
%>
<%!
public void showUserInfo(java.io.PrintWriter _output,
String _username, String _password) {
//为了突出并发问题，在这儿首先执行一个费时操作
int i =0;
double sum = 0.0;
while (i++ < 200000000) {
sum += i;
}
_output.println(Thread.currentThread().getName() + "<br>");
_output.println("username:" + _username + "<br>");
_output.println("password:" + _password + "<br>");
}
%>

注：有的资料上指出在printUserInfo()方法或者实例变量的相关操作语句上使用synchronized关键字进行同步，但这样并不能解决多线程的问题。因为，这样虽然可以使对实例变量的操作代码进行同步，但并不能阻止一个线程使用另外一个线程修改后的“脏的”实例变量。所以，除了降低运行效率外，不会起到预期效果。