JAVA WEB——Servlet详解（二）

本文内容，摘抄于：https://www.cnblogs.com/xdp-gacl/p/3760336.html 中（ 5.5、Servlet的线程安全问题）部分。
                              https://www.cnblogs.com/gw811/archive/2012/09/07/2674859.html

一、Servlet的多线程工作

    Servlet采用多线程来处理多个请求的同时访问。Servlet容器通过线程池来管理维护服务请求。所谓线程池，相当于数据库连接池，实际上是等待执行代码的一组线程，叫做工作者线程。Servlet容器通过一个调度线程来管理工作者线程。
    · 当容器收到一个Servlet的访问请求，调度者线程就从线程池中选出一个工作者线程，将用户请求传递给该线程，然后由该线程处理Servlet的service()方法；
    · 当这个线程在执行的时候，容器收到一个新的请求，调度者线程再次从线程池中选出一个新的工作者线程；
    · 当容器同时收到对同一个Servlet的多个请求时，那么Servlet的service方法将在多线程中并发执行。
注：
    1.Servlet容器默认采用单实例多线程的方式来处理请求。这样减少了产生Servlet实例的开销，提升了对请求的响应时间；
    2.对于Tomcat容器来讲，可以在其server.xml中通过<Connector>中设置线程池中的线程数目。

二、Servlet的线程安全问题

      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。
　　这样，当两个或多个线程同时访问同一个Servlet时，可能会发生多个线程同时访问同一资源的情况，数据可能会变得不一致。所以在用Servlet构建的Web应用时如果不注意线程安全的问题，会使所写的Servlet程序有难以发现的错误。例如下面的代码：
       不存在线程安全问题的代码：
package gacl.servlet.study;
import java.io.IOException;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

public class ServletDemo3 extends HttpServlet {
public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {

/**
* 当多线程并发访问这个方法里面的代码时，会存在线程安全问题吗
* i变量被多个线程并发访问，但是没有线程安全问题，因为i是doGet方法里面的局部变量，
* 当有多个线程并发访问doGet方法时，每一个线程里面都有自己的i变量，
* 各个线程操作的都是自己的i变量，所以不存在线程安全问题
* 多线程并发访问某一个方法的时候，如果在方法内部定义了一些资源(变量，集合等)
* 那么每一个线程都有这些东西，所以就不存在线程安全问题了
*/
int i=1;
i++;
response.getWriter().write(i);
}

public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {
doGet(request, response);
}

}存在线程安全问题的代码：package gacl.servlet.study;
import java.io.IOException;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;

public class ServletDemo3 extends HttpServlet {
int i=1;
public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {
i++;
try {
Thread.sleep(1000*4);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
response.getWriter().write(i+"");
}

public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {
doGet(request, response);
}
}              把i定义成全局变量，当多个线程并发访问变量i时，就会存在线程安全问题了，如下图所示：同时开启两个浏览器模拟并发访问同一个Servlet，本来正常来说，第一个浏览器应该看到2，而第二个浏览器应该看到3的，结果两个浏览器都看到了3，这就不正常。
　　
　　线程安全问题只存在多个线程并发操作同一个资源的情况下，所以在编写Servlet的时候，如果并发访问某一个资源(变量，集合等)，就会存在线程安全问题，那么该如何解决这个问题呢？
       要开发线程安全的Servlet应该从一下几个方面进行：
      1、变量的线程安全； 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；（如上面的代码例子所示）。
       2、代码块的线程安全； 使用同步块Synchronized，这种做法是给Servlet对象加了一把锁，保证任何时候都只有一个线程在访问该Servlet对象里面的资源，这样就不存在线程安全问题了。但是要注意的是，这种做法虽然解决了线程安全问题，但是编写Servlet却万万不能用这种方式处理线程安全问题，假如有9999个人同时访问这个Servlet，那么这9999个人必须按先后顺序排队轮流访问。不要在service方法和响应方法上直接使用同步，这会严重影响性能。
       具体例子如下：
package gacl.servlet.study;

import java.io.IOException;

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

public class ServletDemo3 extends HttpServlet {

int i=1;
public void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {
/**
* 加了synchronized后，并发访问i时就不存在线程安全问题了，
* 为什么加了synchronized后就没有线程安全问题了呢？
* 假如现在有一个线程访问Servlet对象，那么它就先拿到了Servlet对象的那把锁
* 等到它执行完之后才会把锁还给Servlet对象，由于是它先拿到了Servlet对象的那把锁，
* 所以当有别的线程来访问这个Servlet对象时，由于锁已经被之前的线程拿走了，后面的线程只能排队等候了
*
*/
synchronized (this) {//在java中，每一个对象都有一把锁，这里的this指的就是Servlet对象
i++;
try {
Thread.sleep(1000*4);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
response.getWriter().write(i+"");
}

}

public void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)
throws ServletException, IOException {
doGet(request, response);
}

}3、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。这种方法只要将前面的Concurrent Test类的类头定义更改为：

public class ConcurrentTest extends HttpServlet implements SingleThreadModel  {
...  ...
}

       如果servlet实现了该接口，会确保不会有两个线程同时执行servlet的service方法。 servlet容器通过同步化访问servlet的单实例来保证，也可以通过维持servlet的实例池，对于新的请求会分配给一个空闲的servlet。 注意：SingleThreadModel不会解决所有的线程安全隐患。 例如，会话属性和静态变量仍然可以被多线程的多请求同时访问，即便使用了SingleThreadModel servlet。建议开发人员应当采取其他手段来解决这些问题，而不是实现该接口，比如 避免实例变量的使用或者在访问资源时同步代码块。该接口在Servlet　API 2.4中将不推荐使用。

       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。

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。