Servlet单例多线程
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hello菜bird 发表于9个月前
Servlet单例多线程
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Servlet如何处理多个请求访问?
Servlet容器默认是采用单实例多线程的方式处理多个请求的:
1.当web服务器启动的时候(或客户端发送请求到服务器时),Servlet就被加载并实例化(只存在一个Servlet实例);
2.容器初始化化Servlet主要就是读取配置文件(例如tomcat,可以通过servlet.xml的<Connector>设置线程池中线程数目,初始化线程池通过web.xml,初始化每个参数值等等。
3.当请求到达时,Servlet容器通过调度线程(Dispatchaer Thread) 调度它管理下线程池中等待执行的线程(Worker Thread)给请求者;
4.线程执行Servlet的service方法;
5.请求结束,放回线程池,等待被调用;
(注意:避免使用实例变量(成员变量),因为如果存在成员变量,可能发生多线程同时访问该资源时,都来操作它,造成数据的不一致,因此产生线程安全问题)
从上面可以看出:
第一:Servlet单实例,减少了产生servlet的开销;
第二:通过线程池来响应多个请求,提高了请求的响应时间;
第三:Servlet容器并不关心到达的Servlet请求访问的是否是同一个Servlet还是另一个Servlet,直接分配给它一个新的线程;如果是同一个Servlet的多个请求,那么Servlet的service方法将在多线程中并发的执行;
第四:每一个请求由ServletRequest对象来接受请求,由ServletResponse对象来响应该请求;

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。
JSP的中存在的多线程问题: 
当客户端第一次请求某一个JSP文件时,服务端把该JSP编译成一个CLASS文件,并创建一个该类的实例,然后创建一个线程处理CLIENT端的请求。如果有多个客户端同时请求该JSP文件,则服务端会创建多个线程。每个客户端请求对应一个线程。以多线程方式执行可大大降低对系统的资源需求,提高系统的并发量及响应时间.
对JSP中可能用的的变量说明如下: 
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(因为每个线程对应的request,respone对象都是不一样的,不存在共享问题), 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. 
问题一. 说明其Servlet容器如何采用单实例多线程的方式来处理请求 
问题二. 如何在开发中保证servlet是单实例多线程的方式来工作(也就是说如何开发线程安全的servelt)。
一. Servlet容器如何同时来处理多个请求 

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。
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。
注意:服务器可以使用多个实例来处理请求,代替单个实例的请求排队带来的效益问题。服务器创建一个Servlet类的多个Servlet实例组成的实例池,对于每个请求分配Servlet实例进行响应处理,之后放回到实例池中等待下此请求。这样就造成并发访问的问题。 
此时,局部变量(字段)也是安全的,但对于全局变量和共享数据是不安全的,需要进行同步处理。而对于这样多实例的情况SingleThreadModel接口并不能解决并发访问问题。 SingleThreadModel接口在servlet规范中已经被废弃了。
二 如何开发线程安全的Servlet 
  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+"<BR>"); 
} 
} 
}
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。
更加详细的说明:
1,变量的线程安全:这里的变量指字段和共享数据(如表单参数值)。 
a,将 参数变量 本地化。多线程并不共享局部变量.所以我们要尽可能的在servlet中使用局部变量。 
例如:String user = ""; 
user = request.getParameter("user"); 

b,使用同步块Synchronized,防止可能异步调用的代码块。这意味着线程需要排队处理。在使用同板块的时候要尽可能的缩小同步代码的范围,不要直接在sevice方法和响应方法上使用同步,这样会严重影响性能。
2,属性的线程安全:ServletContext,HttpSession,ServletRequest对象中属性。 
ServletContext:(线程是不安全的) 
ServletContext是可以多线程同时读/写属性的,线程是不安全的。要对属性的读写进行同步处理或者进行深度Clone()。所以在Servlet上下文中尽可能少量保存会被修改(写)的数据,可以采取其他方式在多个Servlet中共享,比方我们可以使用单例模式来处理共享数据。 
HttpSession:(线程是不安全的) 
HttpSession对象在用户会话期间存在,只能在处理属于同一个Session的请求的线程中被访问,因此Session对象的属性访问理论上是线程安全的。 
当用户打开多个同属于一个进程的浏览器窗口,在这些窗口的访问属于同一个Session,会出现多次请求,需要多个工作线程来处理请求,可能造成同时多线程读写属性。这时我们需要对属性的读写进行同步处理:使用同步块Synchronized和使用读/写器来解决。 
ServletRequest:(线程是安全的) 
对于每一个请求,由一个工作线程来执行,都会创建有一个新的ServletRequest对象,所以ServletRequest对象只能在一个线程中被访问。ServletRequest是线程安全的。注意:ServletRequest对象在service方法的范围内是有效的,不要试图在service方法结束后仍然保存请求对象的引用。 

4,不要在Servlet中创建自己的线程来完成某个功能。 
Servlet本身就是多线程的,在Servlet中再创建线程,将导致执行情况复杂化,出现多线程安全问题。 

5,在多个servlet中对外部对象(比方文件)进行修改操作一定要加锁,做到互斥的访问。 

6,javax.servlet.SingleThreadModel接口是一个标识接口,如果一个Servlet实现了这个接口,那Servlet容器将保证在一个时刻仅有一个线程可以在给定的servlet实例的service方法中执行。将其他所有请求进行排队。 


PS:
Servlet并非只是单例的. 当container开始启动,或是客户端发出请求服务时,Container会按照容器的配置负责加载和实例化一个Servlet(也可以配置为多个,不过一般不这么干).不过一般来说一个servlet只会有一个实例。
1) Struts2的Action是原型,非单实例的;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 默认是单实例的. 

Struts1 Action是单实例的,spring mvc的controller也是如此。因此开发时要求必须是线程安全的,因为仅有Action的一个实例来处理所有的请求。单例策略限制了Struts1 Action能作的事,并且要在开发时特别小心。Action资源必须是线程安全的或同步的。 
Spring的Ioc容器管理的bean 默认是单实例的。
Struts2 Action对象为每一个请求产生一个实例,因此没有线程安全问题。(实际上,servlet容器给每个请求产生许多可丢弃的对象,并且不会导致性能和垃圾回收问题)。
当Spring管理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 )




Servlet的生命周期:

1.      Servlet在web服务器启动时被加载并实例化,容器运行其init方法初始化,请求到达时运行其service方法;

2.      service运行请求对应的doXXX(doGet,doPost)方法;

3.      服务器销毁实例,运行其destory方法;

Servlet的生命周期由Servlet容器管理;

(三个概念的理解:

Servlet容器<Web容器<应用服务器?

Servlet容器的主要任务就是管理Servlet的生命周期;

Web容器也称之为web服务器,主要任务就是管理和部署web应用的;

应用服务器的功能非常强大,不仅可以管理和部署web应用,也可以部署EJB应用,实现容器管理的事务等等。。。


Web服务器就是跟基于HTTP的请求打交道,而EJB容器更多是跟数据库,事务管理等服务接口交互,所以应用服务器的功能是很多的。

常见的web服务器就是Tomcat,但Tomcat同样也是Servlet服务器;

常见的应用服务器有WebLogic,WebSphere,但都是收费的;

没有Servlet容器,可以用Web容器直接访问静态Html页面,比如安装了apache等;如果需要显示Jsp/Servlet,就需要安装一个Servlet容器;但是光有servlet容器也是不够的,它需要被解析为html显示,所以仍需要一个web容器;所以,我们常把web容器和Servlet容器视为一体,因为他们两个容器都有对方的功能实现了,都没有独立的存在了,比如tomcat!

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