開發線程安全的Spring Web應用

2019-11-18 15:46:11

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前言

　　假如開發者正開發或維護基于Servlet的Web應用，則Servlet規范建議最好能夠看看。因為它含有的內容對于Web應用開發者理解Servlet容器的工作機理很有幫助。

　　其中，規范給出了Servlet容器是如何處理客戶請求的。Servlet容器將會根據web.xml配置文件中定義的各個Servet而創建相應的單例。因此，多個客戶請求可能同時訪問這些單例，即多個線程同時訪問它們。在Web應用中保證線程安全是很重要的。開發者應該對這個問題保持警惕，而且必須確保各自的代碼必須以線程安全的方式運行。

　　溫習線程安全

　　大部分java開發者都應該聽過synchronized要害字。在不采用任何第三方庫的前提下，Java本身對線程提供了原生支持，而且synchronized要害字往往是Java應用中實現線程安全最重要的因素。Java中的同步提供了互斥支持。通過同步一塊代碼或整個方法能夠保證同時最多只有單個線程執行它，從而實現了線程安全。引入同步具有副作用，即阻塞。比如，大公司或律師辦公室的前臺小姐同時需要處理電話、郵件、受訪客戶等等。這使得她的工作很繁忙，而且導致一些事情不能夠及時處理。

　　在Web應用中需要警惕阻塞。受同步保護的代碼塊使得其同時處理客戶請求的吞吐量降低，而且很多客戶處于阻塞狀態，除非某客戶處理完成。而且互斥不僅會帶來阻塞，還會帶來死鎖。通常，死鎖是不可恢復的。如下條件將觸發死鎖的發生：線程A鎖住了線程B等待的資源，而且線程B鎖住了線程A等待的資源，即線程B一直在等待線程A釋放鎖，線程A也是如此。因此，對于多線程的應用而言，死鎖的預防和處理通常都是很頭疼的。

　　另外，synchronized要害字還使得大量的同步對象到處使用，從而引入了死鎖的可能性。比如，java.util.Hashtable和java.util.Vector中提供的方法都是受互斥保護的，因此除非確實需要使用它們，否則盡量不用。開發者只需要使用java.util.HashMap和java.util.ArrayList即可。當然，java.util.Collections中的同步方法也使用了synchronized要害字。

　　盡管可重入更易于治理，但它引入了其他問題。可重入代碼避免了線程間數據的共享。考慮如下代碼（姑且認為Java中的方法是線程安全的）：

public Double pi() {
　int a = 22;
　int b = 7;
　return new Double(a / b);
}
　　不管同時進入該方法的線程有多少，它總是線程安全的。各個線程都維護了屬于各個線程的棧，并不同其他線程共享。其中，各個線程在當前方法（包括靜態方法）中創建的方法變量僅屬于當前線程，即存儲在當前線程的棧中。因此，當線程A和B同時進入上述方法時，它們都將創建a和b。由于上述方法不存在數據共享，因此上述方法是線程安全的。請注重：22/7值同PI值較接近，但它們不相等。

　　接下來，看看如何優化上述代碼吧。

PRivate Double pi = null;

public Double pi() {
　if (pi == null) {
　　pi = new Double(22 / 7);
　}

　return pi;
}
　　盡管改進后的方法能夠提高性能，但并不是線程安全的。比如：假如pi為null，而且線程A和B同時進入第4行。因此，線程A和B會同時測試pi是否為空，它們都將返回true。接下來，假如線程A繼續執行（線程B由于某種原因被暫掛），然后返回對內存地址的引用。其中，該內存地址含有22/7的結果，即pi值。最后，線程A退出方法。當線程B再次進入第5行時，新的內存地址將覆蓋原先的內存地址（線程A提供的）。這太危險了，而且這種問題往往難于調試。

　　假如使用ThreadLocal，則不僅能夠保證pi()方法是線程安全，而且能夠提供性能的改善。 private static ThreadLocal pi = new ThreadLocal();

public Double pi() {
　if (pi.get() == null) {
　　pi.set(new Double(22 / 7));
　}
　return (Double)pi.get();
}
　　ThreadLocal類能夠包裹任何對象，而且能夠將對象綁定到當前線程，使得它僅僅供當前線程使用。當線程初次執行pi()方法時，由于沒有對象綁定到ThreadLocal實例pi上，因此get()方法返回null。借助于set()方法能夠將對象綁定到當前線程，而且不供其它線程使用。因此，假如不同線程需要經常訪問pi()方法，則借助于ThreadLocal不僅能夠保證線程安全，而且能夠提高性能。

　　目前，存在很多關于如何使用ThreadLocal的資源。在Java 1.4之前，ThreadLocal的性能確實很差，但是現已解決了這個問題。另外，由于對ThreadLocal的錯誤理解，使得很多開發者對它的誤用。注重，上述實例使用ThreadLocal的方式是絕對沒問題的。在引入ThreadLocal后，上述方法的行為并未發生改變，但是方法已經是線程安全的了。

　　通過可重入的方式開發線程安全的代碼要求開發者謹慎使用實例變量或靜態變量，尤其對于修改那些其他線程需要使用的對象而言。某些場合，使用同步可能更為合適。然而，為識別由于同步而引起的應用性能瓶頸往往只能借助于專業的性能評測工具或負載測試完成。

　　Web應用中的線程安全

　　在溫習線程安全的知識后，來研究Web應用中是如何線程安全的吧！開發者通過創建Web頁面來操作數據庫。比如，在Web層和業務邏輯層都能夠操作RDBMS。本文使用Hibernate將業務模型持久化到數據庫中。在Web層，開發者可以使用Tapestry、Wicket、Struts、WebWork、JSF、Spring MVC，或者其他運行在Web容器中的Web框架。

　　至于Web層的具體實現并不是本文的重點。本文將關注如何治理數據庫連接，這也是Web應用中處理線程安全問題是經常要考慮的資源。數據庫連接對象，比如連接、結果集、Statement、Hibernate session，是有狀態對象。當然，它們不是線程安全的，因此不能夠同時供多個線程訪問。在本文前面已經提到，開發者應盡量避免使用同步。無論是synchronized要害字，還是那些同步類（Hashtable或Vector），應盡量避免使用。因此，假如使用可重入，則不用處理阻塞或死鎖。

　　當然，通過可重入實現線程安全以訪問數據庫并不是件簡單的工作。比如，有些開發者可能會在Servlet容器配置中添加過濾器。因此，在客戶請求到來時，過濾器將創建JDBC連接或Hibernate Session，并借助于ThreadLocal類將它們綁定到當前線程中，從而供業務邏輯使用。假如直接使用J2EE API，則開發者除了需要做很多同業務邏輯無關的操作外，還需要治理事務、DB錯誤等等開發內容。請注重，這些同業務邏輯無關的操作的維護工作往往很費時間。

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