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Spring框架里的bean，或者說組件，獲取實(shí)例的時(shí)候都是默認(rèn)的單例模式，這是在多線程開發(fā)的時(shí)候要尤其注意的地方。
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單例模式的意思就是只有一個(gè)實(shí)例。單例模式確保某一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，而且自行實(shí)例化并向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。這個(gè)類稱為單例類。
當(dāng)多用戶同時(shí)請(qǐng)求一個(gè)服務(wù)時(shí)，容器會(huì)給每一個(gè)請(qǐng)求分配一個(gè)線程，這是多個(gè)線程會(huì)并發(fā)執(zhí)行該請(qǐng)求多對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯（成員方法），此時(shí)就要注意了，如果該處理邏輯中有對(duì)該單列狀態(tài)的修改（體現(xiàn)為該單列的成員屬性），則必須考慮線程同步問題
同步機(jī)制的比較 ThreadLocal和線程同步機(jī)制相比有什么優(yōu)勢呢？ThreadLocal和線程同步機(jī)制都是為了解決多線程中相同變量的訪問沖突問題。
在同步機(jī)制中，通過對(duì)象的鎖機(jī)制保證同一時(shí)間只有一個(gè)線程訪問變量。這時(shí)該變量是多個(gè)線程共享的，使用同步機(jī)制要求程序慎密地分析什么時(shí)候?qū)ψ兞窟M(jìn)行讀寫，什么時(shí)候需要鎖定某個(gè)對(duì)象，什么時(shí)候釋放對(duì)象鎖等繁雜的問題，程序設(shè)計(jì)和編寫難度相對(duì)較大。
而ThreadLocal則從另一個(gè)角度來解決多線程的并發(fā)訪問。ThreadLocal會(huì)為每一個(gè)線程提供一個(gè)獨(dú)立的變量副本，從而隔離了多個(gè)線程對(duì)數(shù)據(jù)的訪問沖突。因?yàn)槊恳粋€(gè)線程都擁有自己的變量副本，從而也就沒有必要對(duì)該變量進(jìn)行同步了。ThreadLocal提供了線程安全的共享對(duì)象，在編寫多線程代碼時(shí)，可以把不安全的變量封裝進(jìn)ThreadLocal。
由于ThreadLocal中可以持有任何類型的對(duì)象，低版本JDK所提供的get()返回的是Object對(duì)象，需要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。但JDK 5.0通過泛型很好的解決了這個(gè)問題，在一定程度地簡化ThreadLocal的使用
概括起來說，對(duì)于多線程資源共享的問題，同步機(jī)制采用了“以時(shí)間換空間”的方式，而ThreadLocal采用了“以空間換時(shí)間”的方式。前者僅提供一份變量，讓不同的線程排隊(duì)訪問，而后者為每一個(gè)線程都提供了一份變量，因此可以同時(shí)訪問而互不影響。
Spring使用ThreadLocal解決線程安全問題
我們知道在一般情況下，只有無狀態(tài)的Bean才可以在多線程環(huán)境下共享，在Spring中，絕大部分Bean都可以聲明為singleton作用域。就是因?yàn)镾pring對(duì)一些Bean（如RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder等）中非線程安全狀態(tài)采用ThreadLocal進(jìn)行處理，讓它們也成為線程安全的狀態(tài)，因?yàn)橛袪顟B(tài)的Bean就可以在多線程中共享了。
一般的Web應(yīng)用劃分為展現(xiàn)層、服務(wù)層和持久層三個(gè)層次，在不同的層中編寫對(duì)應(yīng)的邏輯，下層通過接口向上層開放功能調(diào)用。在一般情況下，從接收請(qǐng)求到返回響應(yīng)所經(jīng)過的所有程序調(diào)用都同屬于一個(gè)線程
ThreadLocal是解決線程安全問題一個(gè)很好的思路，它通過為每個(gè)線程提供一個(gè)獨(dú)立的變量副本解決了變量并發(fā)訪問的沖突問題。在很多情況下，ThreadLocal比直接使用synchronized同步機(jī)制解決線程安全問題更簡單，更方便，且結(jié)果程序擁有更高的并發(fā)性。
如果你的代碼所在的進(jìn)程中有多個(gè)線程在同時(shí)運(yùn)行，而這些線程可能會(huì)同時(shí)運(yùn)行這段代碼。如果每次運(yùn)行結(jié)果和單線程運(yùn)行的結(jié)果是一樣的，而且其他的變量的值也和預(yù)期的是一樣的，就是線程安全的。 或者說:一個(gè)類或者程序所提供的接口對(duì)于線程來說是原子操作或者多個(gè)線程之間的切換不會(huì)導(dǎo)致該接口的執(zhí)行結(jié)果存在二義性,也就是說我們不用考慮同步的問題。 線程安全問題都是由全局變量及靜態(tài)變量引起的。
若每個(gè)線程中對(duì)全局變量、靜態(tài)變量只有讀操作，而無寫操作，一般來說，這個(gè)全局變量是線程安全的；若有多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行寫操作，一般都需要考慮線程同步，否則就可能影響線程安全。
1） 常量始終是線程安全的，因?yàn)橹淮嬖谧x操作。
2）每次調(diào)用方法前都新建一個(gè)實(shí)例是線程安全的，因?yàn)椴粫?huì)訪問共享的資源。
3）局部變量是線程安全的。因?yàn)槊繄?zhí)行一個(gè)方法，都會(huì)在獨(dú)立的空間創(chuàng)建局部變量，它不是共享的資源。局部變量包括方法的參數(shù)變量和方法內(nèi)變量。
有狀態(tài)就是有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。有狀態(tài)對(duì)象(Stateful Bean)，就是有實(shí)例變量的對(duì)象 ，可以保存數(shù)據(jù)，是非線程安全的。在不同方法調(diào)用間不保留任何狀態(tài)。
無狀態(tài)就是一次操作，不能保存數(shù)據(jù)。無狀態(tài)對(duì)象(Stateless Bean)，就是沒有實(shí)例變量的對(duì)象 .不能保存數(shù)據(jù)，是不變類，是線程安全的。
有狀態(tài)對(duì)象:
無狀態(tài)的Bean適合用不變模式，技術(shù)就是單例模式，這樣可以共享實(shí)例，提高性能。有狀態(tài)的Bean，多線程環(huán)境下不安全，那么適合用Prototype原型模式。Prototype: 每次對(duì)bean的請(qǐng)求都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的bean實(shí)例。
Struts2默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)是Prototype模式。也就是每個(gè)請(qǐng)求都新生成一個(gè)Action實(shí)例，所以不存在線程安全問題。需要注意的是，如果由Spring管理action的生命周期， scope要配成prototype作用域。
二、線程安全案例：
SimpleDateFormat(下面簡稱sdf)類內(nèi)部有一個(gè)Calendar對(duì)象引用,它用來儲(chǔ)存和這個(gè)sdf相關(guān)的日期信息,例如sdf.parse(dateStr), sdf.format(date) 諸如此類的方法參數(shù)傳入的日期相關(guān)String, Date等等, 都是交友Calendar引用來儲(chǔ)存的.這樣就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)問題,如果你的sdf是個(gè)static的, 那么多個(gè)thread 之間就會(huì)共享這個(gè)sdf, 同時(shí)也是共享這個(gè)Calendar引用, 并且, 觀察 sdf.parse() 方法,你會(huì)發(fā)現(xiàn)有如下的調(diào)用:
Date parse() {
calendar.clear(); // 清理calendar
... // 執(zhí)行一些操作, 設(shè)置 calendar 的日期什么的
calendar.getTime(); // 獲取calendar的時(shí)間
}
這里會(huì)導(dǎo)致的問題就是, 如果 線程A 調(diào)用了 sdf.parse(), 并且進(jìn)行了 calendar.clear()后還未執(zhí)行calendar.getTime()的時(shí)候,線程B又調(diào)用了sdf.parse(), 這時(shí)候線程B也執(zhí)行了sdf.clear()方法, 這樣就導(dǎo)致線程A的的calendar數(shù)據(jù)被清空了(實(shí)際上A,B的同時(shí)被清空了). 又或者當(dāng) A 執(zhí)行了calendar.clear() 后被掛起, 這時(shí)候B 開始調(diào)用sdf.parse()并順利i結(jié)束, 這樣 A 的 calendar內(nèi)存儲(chǔ)的的date 變成了后來B設(shè)置的calendar的date
這個(gè)問題背后隱藏著一個(gè)更為重要的問題--無狀態(tài)：無狀態(tài)方法的好處之一，就是它在各種環(huán)境下，都可以安全的調(diào)用。衡量一個(gè)方法是否是有狀態(tài)的，就看它是否改動(dòng)了其它的東西，比如全局變量，比如實(shí)例的字段。format方法在運(yùn)行過程中改動(dòng)了SimpleDateFormat的calendar字段，所以，它是有狀態(tài)的。
這也同時(shí)提醒我們?cè)陂_發(fā)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候注意下一下三點(diǎn):
1.自己寫公用類的時(shí)候，要對(duì)多線程調(diào)用情況下的后果在注釋里進(jìn)行明確說明
2.對(duì)線程環(huán)境下，對(duì)每一個(gè)共享的可變變量都要注意其線程安全性
3.我們的類和方法在做設(shè)計(jì)的時(shí)候，要盡量設(shè)計(jì)成無狀態(tài)的
三.解決辦法
1.需要的時(shí)候創(chuàng)建新實(shí)例：
說明：在需要用到SimpleDateFormat 的地方新建一個(gè)實(shí)例，不管什么時(shí)候，將有線程安全問題的對(duì)象由共享變?yōu)榫植克接卸寄鼙苊舛嗑€程問題，不過也加重了創(chuàng)建對(duì)象的負(fù)擔(dān)。在一般情況下，這樣其實(shí)對(duì)性能影響比不是很明顯的。
2.使用同步：同步SimpleDateFormat對(duì)象
public class DateSyncUtil {
private static SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
public static String formatDate(Date date)throws ParseException{
synchronized(sdf){
return sdf.format(date);
}
}
public static Date parse(String strDate) throws ParseException{
synchronized(sdf){
return sdf.parse(strDate);
}
}
}
說明：當(dāng)線程較多時(shí)，當(dāng)一個(gè)線程調(diào)用該方法時(shí)，其他想要調(diào)用此方法的線程就要block，多線程并發(fā)量大的時(shí)候會(huì)對(duì)性能有一定的影響。
3.使用ThreadLocal：
public class ConcurrentDateUtil {
private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>() {
@Override
protected DateFormat initialValue() {
return new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
}
};
public static Date parse(String dateStr) throws ParseException {
return threadLocal.get().parse(dateStr);
}
public static String format(Date date) {
return threadLocal.get().format(date);
}
}
或
public class ThreadLocalDateUtil {
private static final String date_format = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss";
private static ThreadLocal<DateFormat> threadLocal = new ThreadLocal<DateFormat>();
public static DateFormat getDateFormat()
{
DateFormat df = threadLocal.get();
if(df==null){
df = new SimpleDateFormat(date_format);
threadLocal.set(df);
}
return df;
}
public static String formatDate(Date date) throws ParseException {
return getDateFormat().format(date);
}
public static Date parse(String strDate) throws ParseException {
return getDateFormat().parse(strDate);
}
}
說明：使用ThreadLocal, 也是將共享變量變?yōu)楠?dú)享，線程獨(dú)享肯定能比方法獨(dú)享在并發(fā)環(huán)境中能減少不少創(chuàng)建對(duì)象的開銷。如果對(duì)性能要求比較高的情況下，一般推薦使用這種方法。
4.拋棄JDK，使用其他類庫中的時(shí)間格式化類：
1.使用Apache commons 里的FastDateFormat，宣稱是既快又線程安全的SimpleDateFormat, 可惜它只能對(duì)日期進(jìn)行format, 不能對(duì)日期串進(jìn)行解析。
2.使用Joda-Time類庫來處理時(shí)間相關(guān)問題
做一個(gè)簡單的壓力測試，方法一最慢，方法三最快，但是就算是最慢的方法一性能也不差，一般系統(tǒng)方法一和方法二就可以滿足，所以說在這個(gè)點(diǎn)很難成為你系統(tǒng)的瓶頸所在。從簡單的角度來說，建議使用方法一或者方法二，如果在必要的時(shí)候，追求那么一點(diǎn)性能提升的話，可以考慮用方法三，用ThreadLocal做緩存。
Joda-Time類庫對(duì)時(shí)間處理方式比較完美，建議使用。