Servlet生命周期與線程安全

        上一篇介紹了Servlet初始化，以及如何處理HTTP請求，實際上在這兩個過程中，都伴隨著Servlet的生命周期，都是Servlet生命周期的一部分。同時，由於Tomcat容器預設是採用單實例多線程的方式處理多個請求，這一特性就導致了線程安全問題的存在。因此，本篇主要講述Servlet生命周期與線程安全問題。

        1、Servlet生命周期

        Servlet是運行在容器當中的，所以其生命周期也由容器控制，最常用的容器就是Tomcat，筆者經歷過的所有項目也都是以Tomcat作為Servlet的容器。經過前面幾篇介紹，相信大家對Servlet的生命周期有了一定的瞭解。Servlet的生命周期其實是通過javax.servlet.Servlet介面中的init()、service()、destroy()等方法表示的，主要有四個階段組成：載入並實例化、初始化（init()）、處理請求（service()）、銷毀（destroy()）。下麵分別介紹這四個階段。

        載入並實例化

        Tomcat容器負責Servlet的載入並實例化，其實例化分兩種情況：當web.xml文件里配置了<load-on-startup>標簽並且裡面的數字>=0時，容器啟動時即載入Servlet類並創建類的實例；如果未配置<load-on-startup>標簽或數字<0時，容器啟動時不會載入Servlet類，當然也就不會創建類的實例。這時，當用戶首次訪問Servlet類時會載入並實例化。無論採用哪種方式實例化，都只會創建一個類的實例，無論多少用戶訪問Servlet，都共用這一個實例。

        初始化（init()）

        在Servlet類實例化之後，容器將調用init()方法，傳遞ServletConfig介面的對象，進行初始化。在init()方法中，可以通過getServletConfig()方法獲取ServletConfig對象，然後通過此對象的getInitParameter()等方法獲取web.xml文件中<init-param>標簽裡面的配置信息，並對配置信息進行解析，或者執行任何其他一次性活動。在Servlet的整個生命周期中，init()方法只會被執行一次。

        處理請求（service()）

        在Servlet初始化完成之後，容器就準備接收並處理客戶的請求了。處理請求時，容器會調用Servlet的service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)方法，這個方法會判斷用戶發送的請求類型，是“POST”請求還是“GET”請求或是其他請求，然後根據請求類型執行相應的doPost()方法、doGet()方法或其他方法。Tomcat容器會將用戶請求的數據封裝到HttpServletRequest對象中，伺服器處理完用戶請求之後，將結果信息返回到HttpServletResponse對象中，最終這兩個對象作為參數傳遞到doPost()、doGet()或其他方法中，將結果信息返回到頁面顯示。當多個客戶的請求到來時，伺服器會創建多個線程，每個客戶請求對應一個線程，每個請求的service()方法都能運行在自己獨立的線程中。

        銷毀（destroy()）

        當Tomcat容器關閉時或由於其他原因導致Servlet需要關閉或卸載時，容器會調用該對象的destroy()方法，以便讓Servlet對象可以釋放它所使用的資源，該方法同樣只會執行一次。在容器調用destroy()方法前，如果還有其他的線程正在service()方法中執行，容器會等待這些線程執行完畢或者等待伺服器設定的超時值到達。一旦Servlet對象的destroy()方法被調用，容器會釋放這個Servlet對象，在隨後的時間內，該對象會被java的垃圾收集器所回收。這四個階段共同組成了Servlet的生命周期。

        2、Servlet線程安全

        通過上面的Servlet生命周期可以看出，在Tomcat容器載入並實例化Servlet之後，會創建一個實例，並且這個實例是唯一的，無論多少用戶訪問Servlet，都共用這一個實例。而每次用戶訪問Servlet時，伺服器都會為每個用戶創建一個獨立的線程，每個線程都有它自己的堆棧空間。所以說是單實例多線程，這種預設以多線程方式執行的設計可大大降低對系統的資源需求，提高系統的併發量及響應時間，但也同時引發了Servlet的線程安全問題。

        對於Servlet中的局部變數，多線程下每個線程對局部變數都會有自己的一份copy，存在自己的堆棧空間中，這樣對局部變數的修改只會影響到自己的copy而不會對別的線程產生影響，所以這是線程安全的；對於Servlet中的實例（全局）變數，多線程下所有線程共用實例變數，這一共用就可能導致多個線程之間互相影響，從而引發線程的不安全。

        知道了引發線程不安全問題的原因，那麼該如何預防這一情況發生呢？

        不使用實例變數

        既然實例變數能引發線程安全問題，那麼只要在Servlet類的任何方法裡面都不使用實例變數，該Servlet就是線程安全的。事實上，線程安全問題大部分是由實例變數造成的，在Servlet中避免使用實例變數是保證Servlet線程安全的最佳選擇。

        使用synchronized

        synchronized關鍵字能保證一次只有一個線程可以訪問被保護的區段，所以理論上可以通過同步塊操作來保證Servlet的線程安全。但因為其“一次只有一個線程可以訪問”的特性，導致當大量用戶訪問同一資源時，只能排隊訪問，大量用戶處於阻塞狀態，這就大大降低了其用戶的吞吐量，從而使系統的效率和性能大大降低，不推薦使用此方法。

        其他方式

        Java的有些集合類也會引發線程安全問題，應避免使用。比如用Vector代替ArrayList，用Hashtable代替HashMap等。另外，不要在Servlet中創建其他線程來完成某個功能，因為Servlet本身就是多線程的，再在Servlet中創建線程，更容易引發線程安全問題。

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