action,servlet单实例线程安全问题

原文地址：action,servlet单实例线程安全问题作者：盛夏光年
一，servlet容器如何同时处理多个请求。

Servlet采用多线程来处理多个请求同时访问，Servelet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者线程(Worker Thread)，Servlet容器使用一个调度线程来管理工作者线程(Dispatcher Thread)。

当容器收到一个访问Servlet的请求，调度者线程从线程池中选出一个工作者线程，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，容器收到另外一个请求，调度者线程将从池中选出另外一个工作者线程来服务新的请求，容器并不关系这个请求是否访问的是同一个Servlet还是另外一个Servlet。
当容器同时收到对同一Servlet的多个请求，那这个Servlet的service方法将在多线程中并发的执行。


二，Servlet容器默认采用单实例多线程的方式来处理请求，这样减少产生Servlet实例的开销，提升了对请求的响应时间。对于Tomcat可以在server.xml中通过<Connector>元素设置线程池中线程的数目。

就实现来说：
  调度者线程类所担负的责任如其名字，该类的责任是调度线程，只需要利用自己的属性完成自己的责任。所以该类是承担了责任的，并且该类的责任又集中到唯一的单体对象中。
而其他对象又依赖于该特定对象所承担的责任，我们就需要得到该特定对象。那该类就是一个单例模式的实现了。

三，如何开发线程安全的Servlet                                                                                                                
1，变量的线程安全：这里的变量指字段和共享数据(如表单参数值)。

  a，将 参数变量 本地化。多线程并不共享局部变量.所以我们要尽可能的在servlet中使用局部变量。
   例如：String user = "";
         user = request.getParameter("user");

  b，使用同步块Synchronized，防止可能异步调用的代码块。这意味着线程需要排队处理。
  在使用同板块的时候要尽可能的缩小同步代码的范围，不要直接在sevice方法和响应方法上使用同步，这样会严重影响性能。



2,属性的线程安全：ServletContext，HttpSession，ServletRequest对象中属性
  ServletContext：（线程是不安全的）
   ServletContext是可以多线程同时读/写属性的，线程是不安全的。要对属性的读写进行同步处理或者进行深度Clone()。
   所以在Servlet上下文中尽可能少量保存会被修改（写）的数据，可以采取其他方式在多个Servlet中共享，比方我们可以使用单例模式来处理共享数据。
  HttpSession：（线程是不安全的）
   HttpSession对象在用户会话期间存在，只能在处理属于同一个Session的请求的线程中被访问，因此Session对象的属性访问理论上是线程安全的。
   当用户打开多个同属于一个进程的浏览器窗口，在这些窗口的访问属于同一个Session，会出现多次请求，需要多个工作线程来处理请求，可能造成同时多线程读写属性。
   这时我们需要对属性的读写进行同步处理：使用同步块Synchronized和使用读/写器来解决。

  ServletRequest：（线程是安全的）
   对于每一个请求，由一个工作线程来执行，都会创建有一个新的ServletRequest对象，所以ServletRequest对象只能在一个线程中被访问。ServletRequest是线程安全的。
   注意：ServletRequest对象在service方法的范围内是有效的，不要试图在service方法结束后仍然保存请求对象的引用。

3，使用同步的集合类：
  使用Vector代替ArrayList，使用Hashtable代替HashMap。

4，不要在Servlet中创建自己的线程来完成某个功能。
  Servlet本身就是多线程的，在Servlet中再创建线程，将导致执行情况复杂化，出现多线程安全问题。

5，在多个servlet中对外部对象(比方文件)进行修改操作一定要加锁，做到互斥的访问。

四，SingleThreadModel接口
javax.servlet.SingleThreadModel接口是一个标识接口，如果一个Servlet实现了这个接口，那Servlet容器将保证在一个时刻仅有一个线程可以在给定的servlet实例的service方法中执行。将其他所有请求进行排队。
服务器可以使用多个实例来处理请求，代替单个实例的请求排队带来的效益问题。服务器创建一个Servlet类的多个Servlet实例组成的实例池，对于每个请求分配Servlet实例进行响应处理，之后放回到实例池中等待下此请求。这样就造成并发访问的问题。
此时,局部变量(字段)也是安全的，但对于全局变量和共享数据是不安全的，需要进行同步处理。而对于这样多实例的情况SingleThreadModel接口并不能解决并发访问问题。

SingleThreadModel接口在servlet规范中已经被废弃了。





Servlet的生命周期：
1.       Servlet被服务器实例化后，容器运行其init方法，请求到达时运行其service方法；
2.       service运行请求对应的doXXX(doGet,doPost)方法；
3.       服务器销毁实例，运行其destory方法；
Servlet的生命周期由Servlet容器管理；
（三个概念的理解：
Servlet容器 < Web容器 < 应用服务器？
Servlet容器的主要任务就是管理Servlet的生命周期；
Web容器也称之为web服务器，主要任务就是管理和部署web应用的；
应用服务器的功能非常强大，不仅可以管理和部署web应用，也可以部署EJB应用，实现容器管理的事务等等。。。

Web服务器就是跟基于HTTP的请求打交道，而EJB容器更多是跟数据库，事务管理等服务接口交互，所以应用服务器的功能是很多的。
常见的web服务器就是Tomcat,但Tomcat同样也是Servlet服务器；
常见的应用服务器有WebLogic，WebSphere，但都是收费的；
没有Servlet容器，可以用Web容器直接访问静态Html页面，比如安装了apache等；如果需要显示Jsp/Servlet，就需要安装一个Servlet容器；但是光有servlet容器也是不够的，它需要被解析为html显示，所以仍需要一个web容器；所以，我们常把web容器和Servlet容器视为一体，因为他们两个容器都有对方的功能实现了，都没有独立的存在了，比如tomcat！
）

Servlet是如何处理多个请求同时访问呢？
Servlet容器默认是采用单实例多线程的方式处理多个请求的：
1.       当web服务器启动的时候（或客户端发送请求到服务器时），Servlet就被加载并实例化（只存在一个Servlet实例）；
2.       容器初始化Servlet。主要就是读取配置文件（例如tomcat，可以通过servlet.xml的<Connector>设置线程池中线程数目，初始化线程池；通过web.xml，初始化每个参数值等等）；
3.       当请求到达时，Servlet容器通过调度线程（Dispatchaer Thread）调度它管理下的线程池中等待执行的线程（Worker Thread）给请求者；
4.       线程执行Servlet的service方法；
5.       请求结束，放回线程池，等到被调用；
从上面可以看出：
第一：Servlet单实例，减少了产生servlet的开销；
第二：通过线程池来响应多个请求，提高了请求的响应时间；
第三：Servlet容器并不关心到达的Servlet请求访问的是否是同一个Servlet还是另一个Servlet，直接分配给它一个新的线程；如果是同一个Servlet的多个请求，那么Servlet的service方法将在多线程中并发的执行；
第四：每一个请求由ServletRequest对象来接受请求，由ServletResponse对象来响应该请求；

问题出现了：
同一个Servlet的的多个请求到来时，可能发生多线程同时访问同一资源的情况，数据可能变的不一致，可能会因为线程安全问题发生错误。
解决：
1.       实现 SingleThreadModel 接口
如果一个Servlet被这个接口指定,那么在这个Servlet中的service方法将不会有两个线程被同时执行，当然也就不存在线程安全的问题；
2.       同步对共享数据的操作
使用synchronized 关键字能保证一次只有一个线程可以访问被保护的区段，Servlet可以通过同步块操作来保证线程的安全。
ServletRequest对象是线程安全的，但是ServletContext和HttpSession不是线程安全的；
要使用同步的集合类： Vector代替ArrayList，HsahTable代替HashMap；
3.       避免使用实例变量（成员变量）
线程安全问题是由实例变量造成的，只要在Servlet里面的任何方法里面都不使用实例变量，那么该Servlet就是线程安全的。

对上面的三种方法进行测试，可以表明用它们都能设计出线程安全的Servlet程序。但是，如果一个Servlet实现了SingleThreadModel接口，Servlet引擎将为每个新的请求创建一个单独的Servlet实例，这将引起大量的系统开销。SingleThreadModel在Servlet2.4中 已不再提倡使用；同样如果在程序中使用同步来保护要使用的共享的数据，也会使系统的性能大大下降。这是因为被同步的代码块在同一时刻只能有一个线程执行 它，使得其同时处理客户请求的吞吐量降低，而且很多客户处于阻塞状态。另外为保证主存内容和线程的工作内存中的数据的一致性，要频繁地刷新缓存,这也会大大地影响系统的性能。所以在实际的开发中也应避免或最小化 Servlet 中的同步代码；在Serlet中避免使用实例变量是保证Servlet线程安全的最佳选择。从Java 内存模型也可以知道，方法中的临时变量是在栈上分配空间，而且每个线程都有自己私有的栈空间，所以它们不会影响线程的安全。
　 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。





在使用Struts1.X和Struts2.X的时候我们会发现一个很明显的问题：
Action的单实例问题：Struts1.X中的Action都是Singleton的，但是Struts2.X中，Action却全是Prototype的；尤其是我们配置SSH三层架构的时候，让Spring来管理Struts的Action，如果使用Struts2，默认都要为每个Action的Bean添加 prototype="true" 这个属性，不然，当操作一个对象时候，无论你是删除还是修改一个对象，始终会出现最后一次访问的记录；
为什么Struts2会采用Prototype模式而不是单实例的模式呢？
首先，单实例的模式最主要的一个问题就是线程同步问题，如果处理不好程序会有严重的bug，Servlet就是一个例子,它同样是采用单实例多线程的模式，如果多线程中同时访问一个共享的数据，没有加同步锁（synchronized），可能会出现数据错误。
这就找到了单实例引线程安全问题的原因：单实例是否能够被状态化，通俗一点说，就是单实例类中是否可以有成员变量，有成员变量的就是状态，无成员变量就是无状态；
状态化的单实例适用的场合是作为一个状态窗户对外提供服务；比如，论坛帖子的计数器，用户浏览一次，就synchronized的加1；
无状态的单实例适用的场合就是工具性质的功能，常用的Servlet就属于此类，每次来个请求，都始终是一个Servlet实例在工作；（所有Servlet是不建议在它里面定义成员变量的，就是有也必须synchronized处理）；
我们知道：
Struts1.X中Action从页面获得数据是从FormBean获得的，它不需要定义成员变量获取页面数据，所有它是无状态的，采用的是单实例模式，而且线程安全的；
Struts2.X 采用值绑定模式，在Action页面定义了成员变量与页面的标签name绑定，一次获取页面数据，它是有状态的，很容易出现线程安全问题，如果单纯用 synchronized处理，并发访问肯定出问题，所有它采用了prototype模式，就是非单实例的模式，线程不安全；
有人担心Struts2每次都创建Action会有性能问题。