Servlet线程安全性解析

        Servlet：单实例多线程，也可以认为是单进程多线程的运行在容器中。线程不安全，因为被多个线程访问一个实例，共享的数据可能会发生安全问题。

        每个客户端访问Servlet时，都是一个独立的线程。

        概述
        在探讨java线程安全前，让我们先简要介绍一下Java语言。
任何语言，如C++，C#，Java，它们都有相通之处，特别是语法，但如果有人问你，Java语言的核心是什么？类库？关键字？语法？似乎都不是。Java语言的核心，也就是Sun始终不愿意开源的东西：Java虚拟机的实现（不过sun公开了其Java虚拟机规范），也就有了BEA的JRockit，IBM的Jikes，Sun的Hotspot。
Java的核心有两点，Java类加载（Java Class Loader）和Java内存管理，它们具体体现在Java类库的以下几个类：
java.lang.ClassLoader（java.lang.Class）：我们调用的类，包括其接口和超类，import的类是怎么被Java虚拟机载入的？为什么static的字段在servlet容器里面可以一直生存下去（Spring容器中）？
java.lang.Thread(java.lang.ThreadLocal)：垃圾回收是怎么进行的（垃圾回收线程）？我们的程序是怎么退出的？
java.lang.refelect.Proxy（java.lang.refelect.Method）：为什么Tomcat、Tapestry、Webwork、Spring等容器和框架可以通过配置文件来调用我们写的类？Servlet规范、JSF规范、EJB规范、JDBC规范究竟是怎么回事？为什么它们几乎都是一些接口，而不是具体类？
         Servlet线程安全
        在Java的server side开发过程中，线程安全（Thread Safe）是一个尤为突出的问题。因为容器，如Servlet、EJB等一般都是多线程运行的。虽然在开发过程中，我们一般不考虑这些问题，但诊断问题（Robust），程序优化（Performance），我们必须深入它们。
        什么是线程安全？

引用

Thread-safe describes a program portion or routine that can be called from multiple programming threads without unwanted interaction between the threads。

        在Java里，线程安全一般体现在两个方面：
1、多个thread对同一个java实例的访问（read和modify）不会相互干扰，它主要体现在关键字synchronized。如ArrayList和Vector，HashMap和Hashtable（后者每个方法前都有synchronized关键字）。如果你在interator一个List对象时，其它线程remove一个element，问题就出现了。
2、每个线程都有自己的字段，而不会在多个线程之间共享。它主要体现在java.lang.ThreadLocal类，而没有Java关键字支持，如像static、transient那样。
         一个普遍的疑问，我们的Servlet中能够像JavaBean那样declare instance或static字段吗？如果不可以？会引发什么问题？
答案是：不可以。

        解决之道：

        1.  实现 SingleThreadModel 接口，该接口指定了系统如何处理对同一个Servlet的调用。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。这种方法只要继承这个接口就行了
public class DemoServerlet extends HttpServlet implements SingleThreadModel {
…………
}

         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，在本论文中的Servlet可以通过同步块操作来保证线程的安全。同步后的代码如下：
Public class DemoServerlet extends HttpServlet {
    …………
synchronized (this){XXXX}

}

         3.  避免使用实例变量
        线程安全问题还有些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。

         Servlet的多线程机制 　
　　  Servlet体系结构是建立在Java多线程机制之上的，它的生命周期是由Web容器负责的。当客户端第一次请求某个Servlet时，Servlet容器将会根据web.xml配置文件实例化这个Servlet类。当有新的客户端请求该Servlet时，一般不会再实例化该Servlet类，也就是有多个线程在使用这个实例。Servlet容器会自动使用线程池等技术来支持系统的运行，如图1所示。

        Java的内存模型JMM（Java Memory Model）JMM 主要是为了规定了线程和内存之间的一些关系。根据JMM的设计，系统存在一个主内存(Main Memory)，Java中所有实例变量都储存在主存中，对于所有线程都是共享的。每条线程都有自己的工作内存(Working Memory)，工作内存由缓存和堆栈两部分组成，缓存中保存的是主存中变量的拷贝，缓存可能并不总和主存同步，也就是缓存中变量的修改可能没有立刻写到主存中；堆栈中保存的是线程的局部变量，线程之间无法相互直接访问堆栈中的变量。根据JMM，我们可以将论文中所讨论的Servlet实例的内存模型抽象为图3所示的模型。

        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。
        同时因为struts也是通过servlet来实现的，因为Struts的Action被设计为线程不安全的，所以也涉及到这个问题，所以也使用同样的方法来解决！

评论

2 楼 geeksun 2013-07-10  

svygh123 写道

解释的很好,谢谢分享.

不客气，知识共享，呵呵

1 楼 svygh123 2013-07-06  

解释的很好,谢谢分享.