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  • 关于JAVA中的线程安全

     原理：

        首先要明白线程的工作原理，jvm有一个main   memory，而每个线程有自己的working   memory，一个线程对一个variable进行操作时，都要在自己的working   memory里面建立一个copy，操作完之后再写入main   memory。多个线程同时操作同一个variable，就可能会出现不可预知的结果。根据上面的解释，很容易想出相应的scenario。  
      而用synchronized的关键是建立一个monitor，这个monitor可以是要修改的variable也可以其他你认为合适的object比 如method，然后通过给这个monitor加锁来实现线程安全，每个线程在获得这个锁之后，要执行完   load到workingmemory   －>   use&assign   －>   store到mainmemory   的过程，才会释放它得到的锁。这样就实现了所谓的线程安全。

    举例 ：

    比如一个 ArrayList 类，在添加一个元素的时候，它可能会有两步来完成：1. 在 Items[Size] 的位置存放此元素；2. 增大 Size 的值。

    在单线程运行的情况下，如果 Size = 0，添加一个元素后，此元素在位置 0，而且 Size=1；
    而如果是在多线程情况下，比如 有两个线程，线程 A 先将元素存放在位置 0。但是此时 CPU 调度线程A暂停，线程 B 得到运行的机会。线程B也向此 ArrayList 添加元素，因为此时 Size 仍然等于 0 （注意哦，我们假设的是添加一个元素是要两个步骤哦，而线程A仅仅完成了步骤1），所以线程B也将元素存放在位置0。然后线程A和线程B都继续运行，都增 加 Size 的值。
    那好，现在我们来看看 ArrayList 的情况，元素实际上只有一个，存放在位置 0，而 Size 却等于 2。这就是“线程不安全”了。

    Java线程安全系列（1）--Servlet线程安全

    关键字: servlet 线程安全


    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 复制代码
    1. public class SimpleServlet extends HttpServlet   
    2.   
    3. {   
    4.        // A variable that is NOT thread-safe!   
    5.        private int counter = 0;   
    6.        public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException   
    7.        {   
    8.               doPost(req, resp);   
    9.        }   
    10.   
    11.        public void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException   
    12.        {   
    13.               resp.getWriter().println("<HTML><BODY>");   
    14.   
    15.               resp.getWriter().println(this + " ==> ");   
    16.   
    17.               resp.getWriter().println(Thread.currentThread() + ": <br>");   
    18.               for (int c = 0; c < 10; c++)   
    19.               {   
    20.                      resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");   
    21.                      try  
    22.                      {   
    23.                             Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);   
    24.                             counter++;   
    25.                      }   
    26.                      catch (InterruptedException exc)   
    27.                      {   
    28.                      }   
    29.               }   
    30.               resp.getWriter().println("</BODY></HTML>");   
    31.        }   
    32. }  
    [java] view plaincopy
    1. public class SimpleServlet extends HttpServlet  
    2.   
    3. {  
    4.        // A variable that is NOT thread-safe!  
    5.        private int counter = 0;  
    6.        public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException  
    7.        {  
    8.               doPost(req, resp);  
    9.        }  
    10.   
    11.        public void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException  
    12.        {  
    13.               resp.getWriter().println("<HTML><BODY>");  
    14.   
    15.               resp.getWriter().println(this + " ==> ");  
    16.   
    17.               resp.getWriter().println(Thread.currentThread() + ": <br>");  
    18.               for (int c = 0; c < 10; c++)  
    19.               {  
    20.                      resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");  
    21.                      try  
    22.                      {  
    23.                             Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);  
    24.                             counter++;  
    25.                      }  
    26.                      catch (InterruptedException exc)  
    27.                      {  
    28.                      }  
    29.               }  
    30.               resp.getWriter().println("</BODY></HTML>");  
    31.        }  
    32. }  


    然后，我们通过一个html页面向该servlet发出三次请求：

    Java代码 复制代码
    1. <HTML>   
    2.   
    3. <BODY>   
    4.   
    5. <TABLE>   
    6.     <TR>   
    7.         <TD><IFRAME src="./SimpleServlet" name="servlet1" height="200%"> </IFRAME></TD>   
    8.     </TR>   
    9.     <TR>   
    10.         <TD><IFRAME src="./SimpleServlet" name="servlet2" height="200%"> </IFRAME></TD>   
    11.     </TR>   
    12.     <TR>   
    13.         <TD><IFRAME src="./SimpleServlet" name="servlet3" height="200%"> </IFRAME></TD>   
    14.     </TR>   
    15. </TABLE>   
    16. </BODY>   
    17. </HTML>  
    [java] view plaincopy
    1. <HTML>  
    2.   
    3. <BODY>  
    4.   
    5. <TABLE>  
    6.     <TR>  
    7.         <TD><IFRAME src="./SimpleServlet" name="servlet1" height="200%"> </IFRAME></TD>  
    8.     </TR>  
    9.     <TR>  
    10.         <TD><IFRAME src="./SimpleServlet" name="servlet2" height="200%"> </IFRAME></TD>  
    11.     </TR>  
    12.     <TR>  
    13.         <TD><IFRAME src="./SimpleServlet" name="servlet3" height="200%"> </IFRAME></TD>  
    14.     </TR>  
    15. </TABLE>  
    16. </BODY>  
    17. </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 复制代码
    1. public class SimpleServlet extends HttpServlet   
    2.   
    3. {   
    4.   
    5.   //A variable that is NOT thread-safe!   
    6.   
    7.   private int counter = 0;   
    8.   
    9.   private String mutex = "";   
    10.   
    11.     
    12.   
    13.   public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)   
    14.   
    15.     throws ServletException, IOException   
    16. {   
    17.   
    18.     doPost(req, resp);   
    19.   
    20.   }   
    21.   
    22.   public void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)   
    23.   
    24.     throws ServletException, IOException   
    25.   
    26.   {   
    27.   
    28.     resp.getWriter().println("<HTML><BODY>");   
    29.   
    30.     resp.getWriter().println(this + ": <br>");   
    31.   
    32.     synchronized (mutex)   
    33.   
    34.     {       
    35.       for (int c = 0; c < 10; c++)   
    36.       {   
    37.         resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");   
    38.         try  
    39.           {   
    40.   
    41.           Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);   
    42.           counter++;   
    43.         }   
    44.         catch (InterruptedException exc) { }   
    45.       }   
    46.     }   
    47.     resp.getWriter().println("</BODY></HTML>");   
    48.   }   
    49.   
    50. }  
    [java] view plaincopy
    1. public class SimpleServlet extends HttpServlet  
    2.   
    3. {  
    4.   
    5.   //A variable that is NOT thread-safe!  
    6.   
    7.   private int counter = 0;  
    8.   
    9.   private String mutex = "";  
    10.   
    11.    
    12.   
    13.   public void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)  
    14.   
    15.     throws ServletException, IOException  
    16. {  
    17.   
    18.     doPost(req, resp);  
    19.   
    20.   }  
    21.   
    22.   public void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)  
    23.   
    24.     throws ServletException, IOException  
    25.   
    26.   {  
    27.   
    28.     resp.getWriter().println("<HTML><BODY>");  
    29.   
    30.     resp.getWriter().println(this + ": <br>");  
    31.   
    32.     synchronized (mutex)  
    33.   
    34.     {      
    35.       for (int c = 0; c < 10; c++)  
    36.       {  
    37.         resp.getWriter().println("Counter = " + counter + "<BR>");  
    38.         try  
    39.           {  
    40.   
    41.           Thread.sleep((long) Math.random() * 1000);  
    42.           counter++;  
    43.         }  
    44.         catch (InterruptedException exc) { }  
    45.       }  
    46.     }  
    47.     resp.getWriter().println("</BODY></HTML>");  
    48.   }  
    49.   
    50. }  



    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！
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