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Java线程安全系列（1）--Servlet线程安全

JavaServlet多线程threadC# 
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刚才search的时候，竟然发现一篇我很熟悉的文章。仔细一看，哇，竟然是我很早以前写的一篇，被人匿名转载。我现在就干脆再转到我的blog大本营上吧，我觉得对Java新手还是有帮助（原文没有做任何更改，可能有bug，呵呵）。
我很久以前的blog（http://chenzhiwu.spaces.live.com/），感觉发布技术文章特不方便，干脆就不用它了。

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。我们下面以实例讲解：

首先，我们写一个普通的Servlet，里面有instance字段count： 


public class SimpleServlet extends HttpServlet

{
       // A variable that is NOT thread-safe!
       private int counter = 0;
       public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException
       {
              doPost(req, resp);
       }

       public void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException
       {
              resp.getWriter().println("<HTML><BODY>");

              resp.getWriter().println(this + " ==> ");

              resp.getWriter().println(Thread.currentThread() + ": <br>");
              for (int c = 0; c < 10; c++)
              {
                     resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");
                     try
                     {
                            Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
                            counter++;
                     }
                     catch (InterruptedException exc)
                     {
                     }
              }
              resp.getWriter().println("</BODY></HTML>");
       }
}


然后，我们通过一个html页面向该servlet发出三次请求： 

<HTML>

<BODY>

<TABLE>
    <TR>
        <TD><IFRAME src="./SimpleServlet" name="servlet1" height="200%"> </IFRAME></TD>
    </TR>
    <TR>
        <TD><IFRAME src="./SimpleServlet" name="servlet2" height="200%"> </IFRAME></TD>
    </TR>
    <TR>
        <TD><IFRAME src="./SimpleServlet" name="servlet3" height="200%"> </IFRAME></TD>
    </TR>
</TABLE>
</BODY>
</HTML>




刷新页面几次后，产生的结果为：

com.zwchen.servlet.SimpleServlet@11e1bbf ==> Thread[http-8081-Processor23,5,main]:
Counter = 60
Counter = 61
Counter = 62
Counter = 65
Counter = 68
Counter = 71
Counter = 74
Counter = 77
Counter = 80
Counter = 83



com.zwchen.servlet.SimpleServlet@11e1bbf ==> Thread[http-8081-Processor22,5,main]:
Counter = 61
Counter = 63
Counter = 66
Counter = 69
Counter = 72
Counter = 75
Counter = 78
Counter = 81
Counter = 84
Counter = 87



com.zwchen.servlet.SimpleServlet@11e1bbf ==> Thread[http-8081-Processor24,5,main]:
Counter = 61
Counter = 64
Counter = 67
Counter = 70
Counter = 73
Counter = 76
Counter = 79
Counter = 82
Counter = 85
Counter = 88

我们会发现三点：

servlet只产生了一个Servlet对象，因为输出this时，其hashcode都一样，

servlet在不同的线程（线程池）中运行，如http-8081-Processor22，http-8081-Processor23

Count被这三个doGet方法共享，并且并行修改。



上面的结果，违反了线程安全的两个方面。

那么，我们怎样保证按照我们期望的结果运行呢？首先，我想保证产生的count都是顺序执行的。

我们将Servlet代码重构如下： 



public class SimpleServlet extends HttpServlet

{

  //A variable that is NOT thread-safe!

  private int counter = 0;

  private String mutex = "";

 

  public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)

    throws ServletException, IOException
{

    doPost(req, resp);

  }

  public void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)

    throws ServletException, IOException

  {

    resp.getWriter().println("<HTML><BODY>");

    resp.getWriter().println(this + ": <br>");

    synchronized (mutex)

    {    
      for (int c = 0; c < 10; c++)
      {
        resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");
        try
          {

          Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
          counter++;
        }
        catch (InterruptedException exc) { }
      }
    }
    resp.getWriter().println("</BODY></HTML>");
  }

}



我们的输出结果为：

com.zwchen.servlet.SimpleServlet@109da93:
Counter = 0
Counter = 1
Counter = 2
Counter = 3
Counter = 4
Counter = 5
Counter = 6
Counter = 7
Counter = 8
Counter = 9


com.zwchen.servlet.SimpleServlet@109da93:
Counter = 10
Counter = 11
Counter = 12
Counter = 13
Counter = 14
Counter = 15
Counter = 16
Counter = 17
Counter = 18
Counter = 19

com.zwchen.servlet.SimpleServlet@109da93:
Counter = 20
Counter = 21
Counter = 22
Counter = 23
Counter = 24
Counter = 25
Counter = 26
Counter = 27
Counter = 28
Counter = 29


这符合了我们的要求，输出都是按顺序的，这正式synchronized的含义。

附带说一下，我现在synchronized的是一个字符串变量mutex，不是this对象，这主要是从performance和Scalability考虑。Synchronized用在this对象上，会带来严重的可伸缩性的问题（Scalability），所有的并发请求都要排队！
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| 从分布式系统的角度看REST
评论
12 楼 Bll 2014-12-04  
1.为什么不能同步基本数据类型和基本数据类型的包装类型(比如，Integer)呢？
2.为什么不能同步构造方法呢？


dyrone1988 写道
lzmhehe 写道
引用
    synchronized (mutex)  
 
    {      
      for (int c = 0; c < 10; c++)  
      {  
        resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");  
        try 
          {  
 
          Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);  
          counter++;  
        }  
        catch (InterruptedException exc) { }  
      }  
    }


改成

    synchronized (counter)   
  
    {       
      for (int c = 0; c < 10; c++)   
      {   
        resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");   
        try  
          {   
  
          Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);   
          counter++;   
        }   
        catch (InterruptedException exc) { }   
      }   
    }



可以吗？



不可以

11 楼 icolorfulday 2014-06-29  
wang12 写道
使用这份代码在Tocmat7中进行测试，结果表明并没有出现线程安全问题。Tomat7使用ThreadPoolExecutor来处理线程访问问题。个人认为在Tomcat7中不存在这种类型的线程安全问题

的确，使用Tomcat7测试不出现该线程安全问题。我还以为是我的测试方法不对造成，感谢你的评论，让我知道了是这个因素。
10 楼 wang12 2013-04-13  
使用这份代码在Tocmat7中进行测试，结果表明并没有出现线程安全问题。Tomat7使用ThreadPoolExecutor来处理线程访问问题。个人认为在Tomcat7中不存在这种类型的线程安全问题
9 楼 lazy_ 2012-11-03  
引用
private String mutex = ""; 

1 为什么不是private final String mutex = ""？
如果作为锁对象本身被修改，例如一个线程，做了操作，mutex = "123"，
结果会怎样？

2 如果锁对象不是String这类的immutable对象，而是mutable对象，例如
Class MyLock{
    private String name;
    //setters and getters
   .....
}
会是怎样？


private final MyLock mutex = new MyLock();
一个线程做了操作，mutex.setName("newName");
这个锁还能起作用吗？
8 楼 dyrone1988 2012-03-22  
lzmhehe 写道
引用
    synchronized (mutex)  
 
    {      
      for (int c = 0; c < 10; c++)  
      {  
        resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");  
        try 
          {  
 
          Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);  
          counter++;  
        }  
        catch (InterruptedException exc) { }  
      }  
    }


改成

    synchronized (counter)   
  
    {       
      for (int c = 0; c < 10; c++)   
      {   
        resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");   
        try  
          {   
  
          Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);   
          counter++;   
        }   
        catch (InterruptedException exc) { }   
      }   
    }



可以吗？



不可以
7 楼 zss503 2012-02-02  
为什么我没有出线程安全问题？有什么能解释吗？
6 楼 q631951221 2011-12-06  
呵呵，那个转载的真是，转载都不加原作者！
5 楼 janwen 2009-10-15  
我用两种方法都没有出现线程安全问题，数字的顺序都是正确的！
4 楼 A_Bing 2008-04-28  
非常有帮助哈... 感谢楼主...
3 楼 lzmhehe 2008-01-14  
引用
    synchronized (mutex)  
 
    {      
      for (int c = 0; c < 10; c++)  
      {  
        resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");  
        try 
          {  
 
          Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);  
          counter++;  
        }  
        catch (InterruptedException exc) { }  
      }  
    }


改成 

    synchronized (counter)   
  
    {       
      for (int c = 0; c < 10; c++)   
      {   
        resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");   
        try  
          {   
  
          Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);   
          counter++;   
        }   
        catch (InterruptedException exc) { }   
      }   
    }



可以吗？
2 楼 ruby_tei 2007-09-26  
不错的文章，谢谢分享！
1 楼 zwchen 2007-06-16  
其实我这篇文章也是参考国外网站才写出的来的（肯定参考了Javaworld），遗憾当时没有记下Reference。我估计现在写专业文章再不会这样了，因为这是不尊重别人劳动成功啊！
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