Servlet 线程问题与解决方案

不错的文章，转自：http://blog.youkuaiyun.com/Explorering/archive/2006/10/11/1330744.aspx

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。 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。

实例变量不正确的使用是造成Servlet线程不安全的主要原因。下面针对该问题给出了三种解决方案并对方案的选取给出了一些参考性的建议。

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

Public class Concurrent Test 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 Concurrent Test extends HttpServlet { …………
Username = request.getParameter ("username"); 
Synchronized (this){
Output = response.getWriter (); 
Try {
Thread. Sleep (5000);
} Catch (Interrupted Exception e){}
output.println("用户名:"+Username+"
"); 
} 
}
}

　　3、避免使用实例变量

　　本实例中的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。

　　修正上面的Servlet代码，将实例变量改为局部变量实现同样的功能，代码如下：

Public class Concurrent Test extends HttpServlet {public void service (HttpServletRequest request, HttpServletResponse 
Response) throws ServletException, IOException {
Print Writer output; 
String username;
Response.setContentType ("text/html; charset=gb2312");
…… 
} 
}

　　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。

补充：

servlet存在的多线程问题
实例变量: 实例变量是在堆中分配的,并被属于该实例的所有线程共享，所以不是线程安全的.
JSP系统提供的8个类变量:
JSP中用到的OUT,REQUEST,RESPONSE,SESSION,CONFIG,PAGE,PAGECONXT是线程安全的,APPLICATION在整个系统内被使用,所以不是线程安全的.
局部变量: 局部变量在堆栈中分配,因为每个线程都有它自己的堆栈空间,所以是线程安全的.
静态类: 静态类不用被实例化,就可直接使用,也不是线程安全的.
外部资源: 在程序中可能会有多个线程或进程同时操作同一个资源(如:多个线程或进程同时对一个文件进行写操作).

此时也要注意同步问题. 使它以单线程方式执行,这时，仍然只有一个实例，所有客户端的请求以串行方式执行。这样会降低系统的性能
对于存在线程不安全的类,如何避免出现线程安全问题:
1、采用synchronized同步。缺点就是存在堵塞问题。
2、使用ThreadLocal(实际上就是一个HashMap),这样不同的线程维护自己的对象，线程之间相互不干扰。

ThreadLocal的设计
首先看看ThreadLocal的接口：
Object get() ; // 返回当前线程的线程局部变量副本 protected Object
initialValue(); // 返回该线程局部变量的当前线程的初始值
void set(Object value); // 设置当前线程的线程局部变量副本的值
　　ThreadLocal有3个方法，其中值得注意的是initialValue()，该方法是一个protected
的方法，显然是为了子类重写而特意实现的。该方法返回当前线程在该线程局部变量的初始
值，这个方法是一个延迟调用方法，在一个线程第1次调用get()或者set(Object)时才执行
，并且仅执行1次。ThreadLocal中的确实实现直接返回一个null：
protected Object initialValue() { return null; }
　　ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢？其实实现的思路很简单，
在ThreadLocal类中有一个Map，用于存储每一个线程的变量的副本。比如下面的示例实现：

public class ThreadLocal 
{ 
　private Map values = Collections.synchronizedMap(new HashMap()); 
　public Object get() 
　{ 
　　Thread curThread = Thread.currentThread(); 
　　Object o = values.get(curThread); 
　　if (o == null && !values.containsKey(curThread)) 
　　{ 
　　　o = initialValue(); 
　　　values.put(curThread, o); 
　　} 
　　return o; 
　}

　public void set(Object newValue) 
　{ 
　　values.put(Thread.currentThread(), newValue); 
　}

　public Object initialValue() 
　{ 
　　return null; 
　} 
}

　　当然，这并不是一个工业强度的实现，但JDK中的ThreadLocal的实现总体思路也类似于此。
ThreadLocal的使用
　　如果希望线程局部变量初始化其它值，那么需要自己实现ThreadLocal的子类并重写该
方法，通常使用一个内部匿名类对ThreadLocal进行子类化，比如下面的例子，SerialNum类
为每一个类分配一个序号：

public class SerialNum 
{ 
　// The next serial number to be assigned 
　private static int nextSerialNum = 0; 
　private static ThreadLocal serialNum = new ThreadLocal() 
　{ 
　　protected synchronized Object initialValue() 
　　{ 
　　　return new Integer(nextSerialNum++); 
　　} 
　};

　public static int get() 
　{ 
　　return ((Integer) (serialNum.get())).intValue(); 
　} 
}

　　SerialNum类的使用将非常地简单，因为get()方法是static的，所以在需要获取当前线
程的序号时，简单地调用：

int serial = SerialNum.get(); 即可。
　　在线程是活动的并且ThreadLocal对象是可访问的时，该线程就持有一个到该线程局部
变量副本的隐含引用，当该线程运行结束后，该线程拥有的所以线程局部变量的副本都将失
效，并等待垃圾收集器收集。
ThreadLocal与其它同步机制的比较
　　ThreadLocal和其它同步机制相比有什么优势呢？ThreadLocal和其它所有的同步机制都
是为了解决多线程中的对同一变量的访问冲突，在普通的同步机制中，是通过对象加锁来实
现多个线程对同一变量的安全访问的。这时该变量是多个线程共享的，使用这种同步机制需
要很细致地分析在什么时候对变量进行读写，什么时候需要锁定某个对象，什么时候释放该
对象的锁等等很多。所有这些都是因为多个线程共享了资源造成的。ThreadLocal就从另一
个角度来解决多线程的并发访问，ThreadLocal会为每一个线程维护一个和该线程绑定的变
量的副本，从而隔离了多个线程的数据，每一个线程都拥有自己的变量副本，从而也就没有
必要对该变量进行同步了。ThreadLocal提供了线程安全的共享对象，在编写多线程代码时
，可以把不安全的整个变量封装进ThreadLocal，或者把该对象的特定于线程的状态封装进
ThreadLocal。
　　由于ThreadLocal中可以持有任何类型的对象，所以使用ThreadLocal get当前线程的值
是需要进行强制类型转换。但随着新的Java版本（1.5）将模版的引入，新的支持模版参数
的ThreadLocal<T>类将从中受益。也可以减少强制类型转换，并将一些错误检查提前到了编
译期，将一定程度地简化ThreadLocal的使用。
总结
当然ThreadLocal并不能替代同步机制，两者面向的问题领域不同。同步机制是为了同
步多个线程对相同资源的并发访问，是为了多个线程之间进行通信的有效方式；而
ThreadLocal是隔离多个线程的数据共享，从根本上就不在多个线程之间共享资源（变量）
，这样当然不需要对多个线程进行同步了。所以，如果你需要进行多个线程之间进行通信，
则使用同步机制；如果需要隔离多个线程之间的共享冲突，可以使用ThreadLocal，这将极
大地简化你的程序，使程序更加易读、简洁。

ThreadLocal常见用途：
存放当前session用户
存放一些context变量，比如webwork的ActionContext
存放session，比如Spring hibernate orm的session


例子：用 ThreadLocal 实现每线程 Singleton
线程局部变量常被用来描绘有状态“单子”（Singleton） 或线程安全的共享对象，或者是通过把不安全的整个变量封装进 ThreadLocal，或者是通过把对象的特定于线程的状态封装进 ThreadLocal。例如，在与数据库有紧密联系的应用程序中，程序的很多方法可能都需要访问数据库。在系统的每个方法中都包含一个 Connection 作为参数是不方便的 — 用“单子”来访问连接可能是一个虽然更粗糙，但却方便得多的技术。然而，多个线程不能安全地共享一个 JDBC Connection。如清单 3 所示，通过使用“单子”中的 ThreadLocal，我们就能让我们的程序中的任何类容易地获取每线程 Connection 的一个引用。这样，我们可以认为 ThreadLocal 允许我们创建每线程单子。
例：把一个 JDBC 连接存储到一个每线程 Singleton 中

public class ConnectionDispenser { 
  private static class ThreadLocalConnection extends ThreadLocal {
           public Object initialValue() {
                  return DriverManager.getConnection(ConfigurationSingleton.getDbUrl());
           }
   }
    private ThreadLocalConnection conn = new ThreadLocalConnection();
    public static Connection getConnection() {
            return (Connection) conn.get();
   }
}

注意：
理论上来说，ThreadLocal是的确是相对于每个线程，每个线程会有自己的ThreadLocal。但是上面已经讲到，一般的应用服务器都会维护一套线程池。因此，不同用户访问，可能会接受到同样的线程。因此，在做基于TheadLocal时，需要谨慎，避免出现ThreadLocal变量的缓存，导致其他线程访问到本线程变量。