Servlet单例多线程详解

这里只讨论servlet的单例创建，多线程同步访问。

servlet声明周期参照上一篇文章：http://blog.youkuaiyun.com/afterlife_qiye/article/details/47858389

一）servlet的单例特点：

1）servlet单实例，减少了创建servlet的开销。

2）servlet容器通过线程池管理调度线程，提高了请求的响应速度。

3）Servlet容器不关心到达的Servlet请求访问的是否是同一个Servlet还是Servlet，直接分配给他一个新的线程；如果是同一个Servlet的多个请求，那么Servlet的Service方法将在多线程中兵法执行。

4）每一个请求由ServletRequest对象来接收请求，有ServletResponse对象来响应请求。

二）servlet可用变量分析：

实例变量：实例变量是在堆中分配的，并被属于该市里的所有线程供相关，所以不是线程安全的。

JSP中的内置对象：Out,Request,Response,Session,Config,Page,PageConext 每个线程对应的request、Response都是不一样的，不存在共享问题因此是线程安全的，Application在整个系统中被使用，所以不是线程安全的。

局部变量：局部变量在堆栈中分配，因为每个线程都有自己的堆栈，所以是线程安全的。

静态类：静态类不用被实例化，可以直接使用，也不是安全的。

外部资源：程序中可能会有多个线程或进程同时访问同一个资源（如：多个线程或进程同时对一个文件进行写操作），此时要注意同步问题。

servlet以单例的方式执行，客户端的请求以串行方式执行，这样会降低系统的性能。

三）Servlet容器如何同时处理多个请求

java内存模型（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。

Servlet实例的内存模型抽象为图所示

工作者线程Work Thread:执行代码的一组线程。 
调度线程Dispatcher Thread：每个线程都具有分配给它的线程优先级,线程是根据优先级调度执行的。 

Servlet采用多线程来处理多个请求同时访问,servlet依赖于一个线程池来服务请求,线程池实际上是一系列的工作者线程集合,Servlet使用一个调度线程来管理工作者线程。 

当容器收到一个Servlet请求，调度线程从线程池中选出一个工作者线程,将请求传递给该工作者线程，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,调度线程同样从线程池中选出另一个工作者线程来服务新的请求,容器并不关心这个请求是否访问的是同一个Servlet.当容器同时收到对同一个Servlet的多个请求的时候，那么这个Servlet的service()方法将在多线程中并发执行。 
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。 

四）如何开发线程安全的Servlet

1)实现SingleThreadModel接口

         该接口制定了系统如何处理同一个Servlet的调用，Servlet实现了这个皆苦，那么这个Servlet的service方法将不会有两个线程同时执行，也就不存在线程安全问题。

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。

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。（所有建议不要在servlet中定义成员变量，尽量用局部变量代替）

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。

五）不同框架比较

Struts1 Action、Struts2 action、spring controller 比较

1）Struts2的Action是原型，非单实例，会对每一个请求，产生一个Action的实例来处理。

2）Struts1的Action、Spring的IOC容器管理的Bean，默认是单实例。

3）Spring管理的Struts2的Action时，bean默认是单实例的，可以通过配置参数将其设置为原型（scope="prototype"）。