Servlet及JSP中的多線程同步問題

Servlet/JSP技術和ASP、PHP等相比，由於其多線程運行而具有很高的執行效率。由於Servlet/JSP預設是以多線程模式執行的，所以，在編寫代碼時需要非常細緻地考慮多線程的同步問題。然而，很多人編寫Servlet/JSP程式時並沒有注意到多線程同步的問題，這往往造成編寫的程式在少量使用者訪問時沒有任何問題，而在並發使用者上升到一定值時，就會經常出現一些莫明其妙的問題，對於這類隨機性的問題調試難度也很大。

　　一、在Servlet/JSP中的幾種變數類型

　　在編寫Servlet/JSP程式時，對執行個體變數一定要小心使用。因為執行個體變數是非安全執行緒的。在Servlet/JSP中，變數可以歸為下面的幾類：

　　1. 類變數

　　request，response，session，config，application，以及JSP頁面內建的page, pageContext。其中除了application外，其它都是安全執行緒的。

　　2. 執行個體變數

　　執行個體變數是執行個體所有的，在堆中分配。在Servlet/JSP容器中，一般僅執行個體化一個Servlet/JSP執行個體，啟動多個該執行個體的線程來處理請求。而執行個體變數是該執行個體所有的線程所共用，所以，執行個體變數不是安全執行緒的。

　　3. 局部變數

　　局部變數在堆棧中分配，因為每一個線程有自己的執行堆棧，所以，局部變數是安全執行緒的。

　　二、在Servlet/JSP中的多線程同步問題

　　在JSP中，使用執行個體變數要特別謹慎。首先請看下面的代碼：

// instanceconcurrenttest.jsp
<%@ page contentType="text/html;charset=GBK" %>
<%!
//定義執行個體變數
String username;
String password;
java.io.PrintWriter output;
%>
<%
//從request中擷取參數
username = request.getParameter("username");
password = request.getParameter("password");
output = response.getWriter();
showUserInfo();
%>
<%!
public void showUserInfo() {
//為了突出並發問題，在這兒首先執行一個費時操作
int i =0;
double sum = 0.0;
while (i++ < 200000000) {
sum += i;
}

output.println(Thread.currentThread().getName() + "<br>");
output.println("username:" + username + "<br>");
output.println("password:" + password + "<br>");
}
%>

　　在這個頁面中，首先定義了兩個執行個體變數，username和password。然後在從request中擷取這兩個參數，並調用showUserInfo()方法將請求使用者的資訊回顯在該客戶的瀏覽器上。在一個使用者訪問是，不存在問題。但在多個使用者並發訪問時，就會出現其它使用者的資訊顯示在另外一些使用者的瀏覽器上的問題。這是一個嚴重的問題。為了突出並發問題，便於測試、觀察，我們在回顯使用者資訊時執行了一個類比的費時操作，比如，下面的兩個使用者同時訪問（可以啟動兩個IE瀏覽器，或者在兩台機器上同時訪問）：

a： http://localhost:8080/instanceconcurrenttest.jsp?username=a&password=123

b： http://localhost:8080/instanceconcurrenttest.jsp?username=b&password=456

如果a點選連結後，b再點選連結，那麼，a將返回一個空白螢幕，b則得到a以及b兩個線程的輸出。請看下面的螢幕：

圖1：a的螢幕

圖2：b的螢幕

　　從運行結果的上可以看到，Web伺服器啟動了兩個線程分別來處理來自a和b的請求，但是在a卻得到一個空白的螢幕。這是因為上面程式中的output, username和password都是執行個體變數，是所有線程共用的。在a訪問該頁面後，將output設定為a的輸出，username,password分別置為a的資訊，而在a執行printUserInfo()輸出username和password資訊前，b又訪問了該頁面，把username和password置為了b的資訊，並把輸出output指向到了b。隨後a的線程列印時，就列印到了b的螢幕了，並且，a的使用者名稱和密碼也被b的取代。請參加所示：

圖3：a、b兩個線程的時間軸

　　而實際程式中，由於設定執行個體變數，使用執行個體變數這兩個時間點非常接近，所以，像本例的同步問題並沒有這麼突出，可能會偶爾出現，但這卻更加具有危險性，也更加難於調試。

　　同樣，對於Servlet也存在執行個體變數的多線程問題，請看上面頁面的Servlet版：

// InstanceConcurrentTest.java
import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
import java.io.PrintWriter;
public class InstanceConcurrentTest extends HttpServlet
{
String username;
String password;
PrintWriter out;
public void doGet(HttpServletRequest request,
HttpServletResponse response)
throws ServletException,java.io.IOException
{
//從request中擷取參數
username = request.getParameter("username");
password = request.getParameter("password");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +
" | set username:" + username);
out = response.getWriter();
showUserInfo();
}
public void showUserInfo() {
//為了突出並發問題，在這兒首先執行一個費時操作
int i =0;
double sum = 0.0;
while (i++ < 200000000) {
sum += i;
}
out.println("thread:" + Thread.currentThread().getName());
out.println("username:"+ username);
out.println("password:" + password);
}
}

　　三、解決方案

　　1. 以單線程運行Servlet/JSP

　　在JSP中，通過設定：，在Servlet中，通過實現javax.servlet.SingleThreadModel，此時Web容器將保證JSP或Servlet執行個體以單線程方式運行。

　　重要提示：在測試中發現，Tomcat 4.1.17不能正確支援isThreadSafe屬性，所以，指定isTheadSafe為false後，在Tomcat 4.1.17中仍然出現多線程問題，這是Tomcat 4.1.17的Bug。在Tomcat 3.3.1和Resin 2.1.5中測試通過。

　　2. 去除執行個體變數，通過參數傳遞

　　從上面的分析可見，應該在Servlet/JSP中盡量避免使用執行個體變數。比如，下面的修正代碼，去除了執行個體變數，通過定義局部變數，並參數進行傳遞。這樣，由於局部變數是線上程的堆棧中進行分配的，所以是安全執行緒的。不會出現多線程同步的問題。代碼如下：

<%@ page contentType="text/html;charset=GBK" %>
<%
//使用局部變數
String username;
String password;
java.io.PrintWriter output;
//從request中擷取參數
username = request.getParameter("username");
password = request.getParameter("password");
output = response.getWriter();
showUserInfo(output, username, password);
%>
<%!
public void showUserInfo(java.io.PrintWriter _output,
String _username, String _password) {
//為了突出並發問題，在這兒首先執行一個費時操作
int i =0;
double sum = 0.0;
while (i++ < 200000000) {
sum += i;
}
_output.println(Thread.currentThread().getName() + "<br>");
_output.println("username:" + _username + "<br>");
_output.println("password:" + _password + "<br>");
}
%>

註：有的資料上指出在printUserInfo()方法或者執行個體變數的相關動作陳述式上使用synchronized關鍵字進行同步，但這樣並不能解決多線程的問題。因為，這樣雖然可以使對執行個體變數的作業碼進行同步，但並不能阻止一個線程使用另外一個線程修改後的“髒的”執行個體變數。所以，除了降低運行效率外，不會起到預期效果。