Servlet生命周期与线程安全

上一篇介绍了Servlet初始化，以及如何处理HTTP请求，实际上在这两个过程中，都伴随着Servlet的生命周期，都是Servlet生命周期的一部分。同时，由于Tomcat容器默认是采用单实例多线程的方式处理多个请求，这一特性就导致了线程安全问题的存在。因此，本篇主要讲述Servlet生命周期与线程安全问题。

1、Servlet生命周期

Servlet是运行在容器当中的，所以其生命周期也由容器控制，最常用的容器就是Tomcat，笔者经历过的所有项目也都是以Tomcat作为Servlet的容器。经过前面几篇介绍，相信大家对Servlet的生命周期有了一定的了解。Servlet的生命周期其实是通过javax.servlet.Servlet接口中的init()、service()、destroy()等方法表示的，主要有四个阶段组成：加载并实例化、初始化（init()）、处理请求（service()）、销毁（destroy()）。下面分别介绍这四个阶段。

加载并实例化

        Tomcat容器负责Servlet的加载并实例化，其实例化分两种情况：当web.xml文件里配置了<load-on-startup>标签并且里面的数字>=0时，容器启动时即加载Servlet类并创建类的实例；如果未配置<load-on-startup>标签或数字<0时，容器启动时不会加载Servlet类，当然也就不会创建类的实例。这时，当用户首次访问Servlet类时会加载并实例化。无论采用哪种方式实例化，都只会创建一个类的实例，无论多少用户访问Servlet，都共用这一个实例。

初始化（init()）

在Servlet类实例化之后，容器将调用init()方法，传递ServletConfig接口的对象，进行初始化。在init()方法中，可以通过getServletConfig()方法获取ServletConfig对象，然后通过此对象的getInitParameter()等方法获取web.xml文件中<init-param>标签里面的配置信息，并对配置信息进行解析，或者执行任何其他一次性活动。在Servlet的整个生命周期中，init()方法只会被执行一次。

处理请求（service()）

        在Servlet初始化完成之后，容器就准备接收并处理客户的请求了。处理请求时，容器会调用Servlet的service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)方法，这个方法会判断用户发送的请求类型，是“POST”请求还是“GET”请求或是其他请求，然后根据请求类型执行相应的doPost()方法、doGet()方法或其他方法。Tomcat容器会将用户请求的数据封装到HttpServletRequest对象中，服务器处理完用户请求之后，将结果信息返回到HttpServletResponse对象中，最终这两个对象作为参数传递到doPost()、doGet()或其他方法中，将结果信息返回到页面显示。当多个客户的请求到来时，服务器会创建多个线程，每个客户请求对应一个线程，每个请求的service()方法都能运行在自己独立的线程中。

销毁（destroy()）

        当Tomcat容器关闭时或由于其他原因导致Servlet需要关闭或卸载时，容器会调用该对象的destroy()方法，以便让Servlet对象可以释放它所使用的资源，该方法同样只会执行一次。在容器调用destroy()方法前，如果还有其他的线程正在service()方法中执行，容器会等待这些线程执行完毕或者等待服务器设定的超时值到达。一旦Servlet对象的destroy()方法被调用，容器会释放这个Servlet对象，在随后的时间内，该对象会被java的垃圾收集器所回收。这四个阶段共同组成了Servlet的生命周期。

2、Servlet线程安全

通过上面的Servlet生命周期可以看出，在Tomcat容器加载并实例化Servlet之后，会创建一个实例，并且这个实例是唯一的，无论多少用户访问Servlet，都共用这一个实例。而每次用户访问Servlet时，服务器都会为每个用户创建一个独立的线程，每个线程都有它自己的堆栈空间。所以说是单实例多线程，这种默认以多线程方式执行的设计可大大降低对系统的资源需求，提高系统的并发量及响应时间，但也同时引发了Servlet的线程安全问题。

对于Servlet中的局部变量，多线程下每个线程对局部变量都会有自己的一份copy，存在自己的堆栈空间中，这样对局部变量的修改只会影响到自己的copy而不会对别的线程产生影响，所以这是线程安全的；对于Servlet中的实例（全局）变量，多线程下所有线程共享实例变量，这一共享就可能导致多个线程之间互相影响，从而引发线程的不安全。

知道了引发线程不安全问题的原因，那么该如何预防这一情况发生呢？

不使用实例变量

既然实例变量能引发线程安全问题，那么只要在Servlet类的任何方法里面都不使用实例变量，该Servlet就是线程安全的。事实上，线程安全问题大部分是由实例变量造成的，在Servlet中避免使用实例变量是保证Servlet线程安全的最佳选择。

使用synchronized

        synchronized关键字能保证一次只有一个线程可以访问被保护的区段，所以理论上可以通过同步块操作来保证Servlet的线程安全。但因为其“一次只有一个线程可以访问”的特性，导致当大量用户访问同一资源时，只能排队访问，大量用户处于阻塞状态，这就大大降低了其用户的吞吐量，从而使系统的效率和性能大大降低，不推荐使用此方法。

其他方式

Java的有些集合类也会引发线程安全问题，应避免使用。比如用Vector代替ArrayList，用Hashtable代替HashMap等。另外，不要在Servlet中创建其他线程来完成某个功能，因为Servlet本身就是多线程的，再在Servlet中创建线程，更容易引发线程安全问题。

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