Servlet线程安全有关问题

2012-11-01

Servlet线程安全问题摘要：介绍了Servlet多线程机制，通过一个实例并结合Java 的内存模型说明引起Servlet线

Servlet线程安全问题

摘要：介绍了Servlet多线程机制，通过一个实例并结合Java 的内存模型说明引起Servlet线程不安全的原因，给出了保证Servlet线程安全的三种解决方案，并说明三种方案在实际开发中的取舍。

　　关键字：Servlet 线程安全同步 Java内存模型实例变量?

　　Servlet/JSP技术和ASP、PHP等相比，由于其多线程运行而具有很高的执行效率。由于Servlet/JSP默认是以多线程模式执行的，所以，在编写代码时需要非常细致地考虑多线程的安全性问题。然而，很多人编写Servlet/JSP程序时并没有注意到多线程安全性的问题，这往往造成编写的程序在少量用户访问时没有任何问题，而在并发用户上升到一定值时，就会经常出现一些莫明其妙的问题。

　　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。

图1 Servlet线程池

　　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。

　　Servlet的线程安全问题

　　Servlet的线程安全问题主要是由于实例变量使用不当而引起的，这里以一个现实的例子来说明。

图2 a用户和b用户的浏览器输出

　　从图2中可以看到，Web服务器启动了两个线程分别处理来自用户a和用户b的请求，但是在用户a的浏览器上却得到一个空白的屏幕，用户a的信息显示在用户b的浏览器上。该Servlet存在线程不安全问题。下面我们就从分析该实例的内存模型入手,观察不同时刻实例变量output的值来分析使该Servlet线程不安全的原因。

　　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。

图3 Servlet实例的JMM模型

　　下面根据图3所示的内存模型，来分析当用户a和b的线程（简称为a线程、b线程）并发执行时，Servlet实例中所涉及变量的变化情况及线程的执行情况，如图4所示。

调度时刻a线程b线程T1访问Servlet页面T2访问Servlet页面T3output=a的输出username=a休眠5000毫秒，让出CPUT4output=b的输出（写回主存）username=b休眠5000毫秒，让出CPUT5在用户b的浏览器上输出a线程的username的值,a线程终止。T6在用户b的浏览器上输出b线程的username的值,b线程终止。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　图4 Servlet实例的线程调度情况

　　从图4中可以清楚的看到，由于b线程对实例变量output的修改覆盖了a线程对实例变量output的修改，从而导致了用户a的信息显示在了用户b的浏览器上。如果在a线程执行输出语句时，b线程对output的修改还没有刷新到主存，那么将不会出现图2所示的输出结果，因此这只是一种偶然现象，但这更增加了程序潜在的危险性。?

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 {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。

　　小结

　　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。

servlet 什么时候被实例化？

分三种情况：
loadOnStartup < 0?
? 即负数的情况下，web容器启动的时候不做实例化处理，servlet首次被调用时做实例化
? 这种情况和没有设置loadOnStartup是一样的。
loadOnStartup > 0
? web容器启动的时候做实例化处理，顺序是由小到大，正整数小的先被实例化
loadOnStartup = 0
? web容器启动的时候做实例化处理，相当于是最大整数，因此web容器启动时，最后被实例化

转自：http://www.yesky.com/334/1951334_2.shtml?

热点排行

行业软件

Servlet线程安全有关问题