Servlet線程安全深入探索
Servlet/JSP技術和ASP、PHP等相比，由于其多線程運行而具有很高的執(zhí)行效率。由于Servlet/JSP默認是以多線程模式執(zhí)行的，所以，在編寫代碼時需要非常細致地考慮多線程的安全性問題。然而，很多人編寫Servlet/JSP程序時并沒有注意到多線程安全性的問題，這往往造成編寫的程序在少量用戶訪問時沒有任何問題，而在并發(fā)用戶上升到一定值時，就會經常出現(xiàn)一些莫明其妙的問題。
Servlet體系結構是建立在Java多線程機制之上的，它的生命周期是由Web容器負責的。當客戶端第一次請求某個Servlet時，Servlet容器將會根據(jù)web.xml配置文件實例化這個Servlet類。當有新的客戶端請求該Servlet時，一般不會再實例化該Servlet類，也就是有多個線程在使用這個實例。Servlet容器會自動使用線程池等技術來支持系統(tǒng)的運行，如圖1所示。
這樣，當兩個或多個線程同時訪問同一個Servlet時，可能會發(fā)生多個線程同時訪問同一資源的情況，數(shù)據(jù)可能會變得不一致。所以在用Servlet構建的Web應用時如果不注意線程安全的問題，會使所寫的Servlet程序有難以發(fā)現(xiàn)的錯誤。
Servlet的線程安全問題
Servlet的線程安全問題主要是由于實例變量使用不當而引起的，這里以一個現(xiàn)實的例子來說明。
- Import javax.servlet. *;
- Import javax.servlet.http. *;
- Import java.io. *;
- Public class Concurrent Test extends HttpServlet {PrintWriter output;
- Public void service (HttpServletRequest request,
- HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {String username;
- Response.setContentType ("text/html; charset=gb2312");
- Username = request.getParameter ("username");
- Output = response.getWriter ();
- Try {Thread. sleep (5000); //為了突出并發(fā)問題，在這設置一個延時
- } Catch (Interrupted Exception e){}
- output.println("用戶名:"+Username+"<BR>");
- }
- }
該Servlet中定義了一個實例變量output，在service方法將其賦值為用戶的輸出。當一個用戶訪問該Servlet時，程序會正常的運行，但當多個用戶并發(fā)訪問時，就可能會出現(xiàn)其它用戶的信息顯示在另外一些用戶的瀏覽器上的問題。這是一個嚴重的問題。為了突出并發(fā)問題，便于測試、觀察，我們在回顯用戶信息時執(zhí)行了一個延時的操作。假設已在web.xml配置文件中注冊了該Servlet，現(xiàn)有兩個用戶a和b同時訪問該Servlet（可以啟動兩個IE瀏覽器，或者在兩臺機器上同時訪問）,即同時在瀏覽器中輸入：
a： http://localhost: 8080/servlet/ConcurrentTest? Username=a
b： http://localhost: 8080/servlet/ConcurrentTest? Username=b
如果用戶b比用戶a回車的時間稍慢一點，將得到如圖2所示的輸出：
從圖2中可以看到，Web服務器啟動了兩個線程分別處理來自用戶a和用戶b的請求，但是在用戶a的瀏覽器上卻得到一個空白的屏幕，用戶a的信息顯示在用戶b的瀏覽器上。該Servlet存在線程不安全問題。下面我們就從分析該實例的內存模型入手,觀察不同時刻實例變量output的值來分析使該Servlet線程不安全的原因。
Java的內存模型JMM（Java Memory Model）JMM主要是為了規(guī)定了線程和內存之間的一些關系。根據(jù)JMM的設計，系統(tǒng)存在一個主內存(Main Memory)，Java中所有實例變量都儲存在主存中，對于所有線程都是共享的。每條線程都有自己的工作內存(Working Memory)，工作內存由緩存和堆棧兩部分組成，緩存中保存的是主存中變量的拷貝，緩存可能并不總和主存同步，也就是緩存中變量的修改可能沒有立刻寫到主存中；堆棧中保存的是線程的局部變量，線程之間無法相互直接訪問堆棧中的變量。根據(jù)JMM，我們可以將論文中所討論的Servlet實例的內存模型抽象為圖3所示的模型。
下面根據(jù)圖3所示的內存模型，來分析當用戶a和b的線程（簡稱為a線程、b線程）并發(fā)執(zhí)行時，Servlet實例中所涉及變量的變化情況及線程的執(zhí)行情況，如下表所示。
| 調度時刻 | a線程 | b線程 |
| T1 | 訪問Servlet頁面 | |
| T2 | 訪問Servlet頁面 | |
| T3 | output=a的輸出username=a休眠5000毫秒，讓出CPU | |
| T4 | output=b的輸出（寫回主存）username=b休眠5000毫秒，讓出CPU | |
| T5 | 在用戶b的瀏覽器上輸出a線程的username的值,a線程終止。 | |
| T6 | 在用戶b的瀏覽器上輸出b線程的username的值,b線程終止。 |
從上表中可以清楚的看到，由于b線程對實例變量output的修改覆蓋了a線程對實例變量output的修改，從而導致了用戶a的信息顯示在了用戶b的瀏覽器上。如果在a線程執(zhí)行輸出語句時，b線程對output的修改還沒有刷新到主存，那么將不會出現(xiàn)圖2所示的輸出結果，因此這只是一種偶然現(xiàn)象，但這更增加了程序潛在的危險性。
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