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servlet 线程　安全 threadlocal (基础知识了)

关键字: j2ee servlet 线程　安全 threadlocal

1.在用Servlet时，我们都知道Servlet只会被初始化一次，只有一个实例。

2.在Struts1中，ActionServlet也仅是初始化一次，也是单实例。

为什么会这样，无非是为了提高效率。但是线程安全不容忽视。但是在WebWork、Struts2却做好了线程安全。

下面具体介绍：

Servlet线程安全

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？

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：

Java代码

servlet 线程　安全 threadlocal (基础知识了)
  1. public class SimpleServlet extends HttpServlet   
  2. {   
  3.     // A variable that is NOT thread-safe!   
  4.     private int counter = 0;   
  5.     public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)   
  6.             throws ServletException, IOException   
  7.     {   
  8.         doPost(req, resp);   
  9.     }   
  10.     public void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)   
  11.             throws ServletException, IOException   
  12.     {   
  13.         resp.getWriter().println("<HTML><BODY>");   
  14.         resp.getWriter().println(this + " ==> ");   
  15.         resp.getWriter().println(Thread.currentThread() + ": <br>");   
  16.         for (int c = 0; c < 10; c++)   
  17.         {   
  18.             resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");   
  19.             try  
  20.             {   
  21.                 Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);   
  22.                 counter++;   
  23.             }   
  24.             catch (InterruptedException exc)   
  25.             {   
  26.             }   
  27.         }   
  28.         resp.getWriter().println("</BODY></HTML>");   
  29.     }   
  30. }   
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代码

servlet 线程　安全 threadlocal (基础知识了)
  1. <HTML>  
  2. <BODY>  
  3. <TABLE>  
  4. <TR>  
  5. <TD><IFRAME src="./SimpleServlet" name="servlet1" height="200%"> </IFRAME></TD>  
  6. </TR>  
  7. <TR>  
  8. <TD><IFRAME src="./SimpleServlet" name="servlet2" height="200%"> </IFRAME></TD>  
  9. </TR>  
  10. <TR>  
  11. <TD><IFRAME src="./SimpleServlet" name="servlet3" height="200%"> </IFRAME></TD>  
  12. </TR>  
  13. </TABLE>  
  14. </BODY>  
  15. </HTML>   
<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：

Java代码

servlet 线程　安全 threadlocal (基础知识了)
  1. com.zwchen.servlet.SimpleServlet@11e1bbf ==> Thread[http-8081-Processor23,5,main]:    
  2. Counter = 60  
  3. Counter = 61  
  4. Counter = 62  
  5. Counter = 65  
  6. Counter = 68  
  7. Counter = 71  
  8. Counter = 74  
  9. Counter = 77  
  10. Counter = 80  
  11. Counter = 83  
  12. com.zwchen.servlet.SimpleServlet@11e1bbf ==> Thread[http-8081-Processor22,5,main]:    
  13. Counter = 61  
  14. Counter = 63  
  15. Counter = 66  
  16. Counter = 69  
  17. Counter = 72  
  18. Counter = 75  
  19. Counter = 78  
  20. Counter = 81  
  21. Counter = 84  
  22. Counter = 87  
  23. com.zwchen.servlet.SimpleServlet@11e1bbf ==> Thread[http-8081-Processor24,5,main]:    
  24. Counter = 61  
  25. Counter = 64  
  26. Counter = 67  
  27. Counter = 70  
  28. Counter = 73  
  29. Counter = 76  
  30. Counter = 79  
  31. Counter = 82  
  32. Counter = 85  
  33. Counter = 88   
[email protected] ==> 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



[email protected] ==> 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



[email protected] ==> 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：

Java代码

servlet 线程　安全 threadlocal (基础知识了)
  1. public class SimpleServlet extends HttpServlet   
  2. {   
  3.     // A variable that is NOT thread-safe!   
  4.     private int counter = 0;   
  5.     private String mutex = "";   
  6.     public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)   
  7.     throws ServletException, IOException   
  8.     {   
  9.         doPost(req, resp);   
  10.     }   
  11.     public void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)   
  12.     throws ServletException, IOException   
  13.     {   
  14.         resp.getWriter().println("<HTML><BODY>");   
  15.         resp.getWriter().println(this + ": <br>");   
  16.         synchronized (mutex)   
  17.         {   
  18.             for (int c = 0; c < 10; c++)   
  19.             {   
  20.                 resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");   
  21.                 try  
  22.                 {   
  23.                     Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);   
  24.                     counter++;   
  25.                 }   
  26.                 catch (InterruptedException exc) {   
  27.                 }   
  28.             }   
  29.         }   
  30.         resp.getWriter().println("</BODY></HTML>");   
  31.     }   
  32. }   
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：

Java代码

servlet 线程　安全 threadlocal (基础知识了)
  1. com.zwchen.servlet.SimpleServlet@109da93:    
  2. Counter = 0  
  3. Counter = 1  
  4. Counter = 2  
  5. Counter = 3  
  6. Counter = 4  
  7. Counter = 5  
  8. Counter = 6  
  9. Counter = 7  
  10. Counter = 8  
  11. Counter = 9  
  12. com.zwchen.servlet.SimpleServlet@109da93:    
  13. Counter = 10  
  14. Counter = 11  
  15. Counter = 12  
  16. Counter = 13  
  17. Counter = 14  
  18. Counter = 15  
  19. Counter = 16  
  20. Counter = 17  
  21. Counter = 18  
  22. Counter = 19  
  23. com.zwchen.servlet.SimpleServlet@109da93:    
  24. Counter = 20  
  25. Counter = 21  
  26. Counter = 22  
  27. Counter = 23  
  28. Counter = 24  
  29. Counter = 25  
  30. Counter = 26  
  31. Counter = 27  
  32. Counter = 28  
  33. Counter = 29   
[email protected]: 
Counter = 0
Counter = 1
Counter = 2
Counter = 3
Counter = 4
Counter = 5
Counter = 6
Counter = 7
Counter = 8
Counter = 9



[email protected]: 
Counter = 10
Counter = 11
Counter = 12
Counter = 13
Counter = 14
Counter = 15
Counter = 16
Counter = 17
Counter = 18
Counter = 19



[email protected]: 
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！

现在，我们保证了顺序，但是我们怎么保证Counter字段（不是局部变量！）在每个Servlet的线程下都是独立的呢？也就是说，并发请求时，它们都不相互干扰。

我现在将Servlet代码重构如下：

Java代码

servlet 线程　安全 threadlocal (基础知识了)
  1. public class SimpleServlet extends HttpServlet   
  2. {   
  3.     private ThreadLocal counter = new ThreadLocal() {   
  4.         protected synchronized Object initialValue()   
  5.         {   
  6.             return new Integer(0);   
  7.         }   
  8.     };   
  9.     public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)   
  10.             throws ServletException, IOException   
  11.     {   
  12.         doPost(req, resp);   
  13.     }   
  14.     public void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)   
  15.             throws ServletException, IOException   
  16.     {   
  17.         resp.getWriter().println("<HTML><BODY>");   
  18.         resp.getWriter().println(   
  19.                 this + "[" + Thread.currentThread() + "]: <br>");   
  20.         for (int c = 0; c < 10; c++)   
  21.         {   
  22.             resp.getWriter().println(counter.get() + "<br>");   
  23.             try  
  24.             {   
  25.                 Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);   
  26.                 int c1 = ((Integer) counter.get()).intValue();   
  27.                 c1++;   
  28.                 counter.set(new Integer(c1));   
  29.             }   
  30.             catch (InterruptedException exc)   
  31.             {   
  32.             }   
  33.         }   
  34.         resp.getWriter().println("</BODY></HTML>");   
  35.     }   
  36. }   
public class SimpleServlet extends HttpServlet
{
	private ThreadLocal counter = new ThreadLocal() {
		protected synchronized Object initialValue()
		{
			return new Integer(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 + "[" + Thread.currentThread() + "]: <br>");
		for (int c = 0; c < 10; c++)
		{
			resp.getWriter().println(counter.get() + "<br>");
			try
			{
				Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);
				int c1 = ((Integer) counter.get()).intValue();
				c1++;
				counter.set(new Integer(c1));
			}
			catch (InterruptedException exc)
			{
			}
		}

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

现在，我刷新html页面三次，第三次结果如下：

Java代码

servlet 线程　安全 threadlocal (基础知识了)
  1. com.zwchen.servlet.SimpleServlet@124e935[Thread[http-8081-Processor22,5,main]]:    
  2. 20  
  3. 21  
  4. 22  
  5. 23  
  6. 24  
  7. 25  
  8. 26  
  9. 27  
  10. 28  
  11. 29  
  12. com.zwchen.servlet.SimpleServlet@124e935[Thread[http-8081-Processor25,5,main]]:    
  13. 20  
  14. 21  
  15. 22  
  16. 23  
  17. 24  
  18. 25  
  19. 26  
  20. 27  
  21. 28  
  22. 29  
  23. com.zwchen.servlet.SimpleServlet@124e935[Thread[http-8081-Processor23,5,main]]:    
  24. 20  
  25. 21  
  26. 22  
  27. 23  
  28. 24  
  29. 25  
  30. 26  
  31. 27  
  32. 28  
  33. 29   
[email protected][Thread[http-8081-Processor22,5,main]]: 
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

[email protected][Thread[http-8081-Processor25,5,main]]: 
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

[email protected][Thread[http-8081-Processor23,5,main]]: 
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

从以上结果，我们可以发现：

1、在该html页面内的并发三次请求中，该Servlet里面的counter字段都不相互干扰

2、counter字段还是实例字段，并且都会保留状态，不是每次都用0开始

3、html页面内的三次请求都在不同的线程，但在同一个实例中。

总之，在Java里面，字段（不是局部变量）有三个共享范围：instance field，static field，local thread field，而后者往往在服务器端这种多线程环境必须考虑到的。

在J2EE项目开发过程中， ThreadLocal类有时有非常重要的作用，下面是我碰到的，但可以延伸：

1、在用Hibernate做web开发的持久化时，有个模式叫做Open Session In View，也就是将session保留到页面中，在response结束后，在OpenSessionInViewFilter中关闭session，这对于延迟加载非常有效，例如，我们在页面上显示User的详细信息，需要显示该user的所属Department的信息; 但是，在list users这种不需要显示department信息的地方，那个user的department信息就不会加载，也就是说加载相关信息是动态的，但不会出现LazyInitializationException，也就是Load on demand。不过，注意慎用该模式。

2、在工作流开发，例如OSWorflow，每次调用其服务前，都需要将caller对象传入，这样会导致我们的方法非常臃肿，如果我们在调用该方法的上层，如在Servlet里调用它之前，将User对象置于 ThreadLocal中，那么可以在工作流方法内通过get()方法获取，而不用传入参数。

3、为什么Web框架中，Webwork的action中可以有field，但Struts却不能？其实，也就是说，Struts不是线程安全的，而Webwork是线程安全的。大家可以参考Webwork的ActionContext类：

Java代码

servlet 线程　安全 threadlocal (基础知识了)
  1. public class ActionContext implements Serializable {   
  2. static ThreadLocal actionContext = new ActionContextThreadLocal();   
  3. ……………   
public class ActionContext implements Serializable {

static ThreadLocal actionContext = new ActionContextThreadLocal();

……………

而对于Struts，我们可以从ActionServlet.process() => RequestProcessor. processActionPerform，在RequestProcessor中有字段   protected HashMap actions = new HashMap()；我们不难发现，我们所写的action是共享的，那么内部字段必然也是共享。注意，这种共享类似于Servlet里面的字段。

Java综合 servlet 多线程 java thread webwork
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