java线程安全

linyajun

2233人浏览 · 2008-11-02 21:27:00

linyajun · 2008-11-02 21:27:00 发布

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？

引用

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

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>");
}
}

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：

Java代码

<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>

<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：

com.zwchen.servlet.SimpleServlet@11e1bbf ==> 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

com.zwchen.servlet.SimpleServlet@11e1bbf ==> 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

com.zwchen.servlet.SimpleServlet@11e1bbf ==> 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

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>");
}
}

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：

com.zwchen.servlet.SimpleServlet@109da93:
Counter = 0
Counter = 1
Counter = 2
Counter = 3
Counter = 4
Counter = 5
Counter = 6
Counter = 7
Counter = 8
Counter = 9

com.zwchen.servlet.SimpleServlet@109da93:
Counter = 10
Counter = 11
Counter = 12
Counter = 13
Counter = 14
Counter = 15
Counter = 16
Counter = 17
Counter = 18
Counter = 19

com.zwchen.servlet.SimpleServlet@109da93:
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！