Servlet 线程安全与并发编程深度解析

Servlet 线程安全与并发编程深度解析

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一、Servlet 线程安全机制与风险场景

1.1 Servlet 容器工作原理

• 单实例多线程模型：每个Servlet在容器中只有一个实例，通过线程池处理并发请求
• 请求处理流程：
  1. 接收HTTP请求创建HttpServletRequest和HttpServletResponse
  2. 从线程池获取工作线程
  3. 调用service()方法处理请求
  4. 返回响应后线程归还线程池

1.2 线程安全风险根源

风险类型	典型场景	后果示例
实例变量共享	Servlet中定义成员变量	数据竞争导致脏读/丢失更新
静态变量共享	全局计数器、缓存容器	统计结果不准确
共享对象传递	将非线程安全对象传递给其他组件	并发修改异常
资源未正确关闭	数据库连接未及时释放	连接池耗尽导致系统瘫痪

1.3 典型风险场景分析

场景1：成员变量共享

public class UnsafeServlet extends HttpServlet {private int counter = 0;  // 危险！所有线程共享protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) {counter++;// 多线程下counter值不可预测}
}

场景2：共享非线程安全工具类

public class DateServlet extends HttpServlet {private SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd");  // 非线程安全protected void doGet(...) {Date date = sdf.parse(request.getParameter("date"));  // 可能抛出异常}
}

场景3：缓存管理不当

public class CacheServlet extends HttpServlet {private static Map<String, Object> cache = new HashMap<>();  // HashMap非线程安全protected void doPost(...) {cache.put(key, value);  // 并发put可能丢失数据}
}

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二、线程安全解决方案体系

2.1 防御性编程原则

1. 无状态化设计：业务处理不依赖实例变量
2. 局部变量优先：方法内创建的变量线程安全
3. 不可变对象：使用String、BigInteger等
4. 线程封闭：通过ThreadLocal隔离状态

2.2 同步控制方案对比

方案	适用场景	优点	缺点
synchronized	临界区代码简单	实现简单	性能差，可能死锁
ReentrantLock	需要高级功能（如超时）	功能丰富	需手动释放锁
ReadWriteLock	读多写少场景	提升读性能	实现复杂
ThreadLocal	线程级状态隔离	无锁高性能	内存泄漏风险

2.3 实用解决方案示例

方案1：方法同步

public class SafeServlet extends HttpServlet {private int counter = 0;public synchronized void doGet(...) {  // 方法级同步counter++;// 业务处理}
}

方案2：使用线程安全容器

public class CacheServlet extends HttpServlet {private static Map<String, Object> cache = new ConcurrentHashMap<>();protected void doPost(...) {cache.put(key, value);  // 安全操作}
}

方案3：ThreadLocal隔离

public class DateFormatServlet extends HttpServlet {private static final ThreadLocal<SimpleDateFormat> formatters = ThreadLocal.withInitial(() -> new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd"));protected void doGet(...) {SimpleDateFormat sdf = formatters.get();  // 每个线程独立实例Date date = sdf.parse(...);}
}

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三、Spring Boot 中 Servlet 的线程安全体现在哪里？

1. Spring Boot 还是使用 Servlet 的单实例多线程模型

Spring Boot 底层是基于 嵌入式 Servlet 容器（如 Tomcat、Jetty、Undertow），这些容器依旧遵循 Servlet 规范，也就是：

• 一个 @RestController（或者 @Controller）的 bean 实例是 单例（默认是 Spring 单例）

• 每个请求来临时，由容器（如 Tomcat）分配线程处理，这些线程会调用 Controller 方法

2. Spring 会为每个请求注入 独立的 request/response 对象

你在 Controller 方法中这样写：

@GetMapping("/hello")
public String hello(HttpServletRequest request) {// request 是每个请求独立的对象return "Hello";
}

这个 request 实际是由 Spring MVC 使用 参数解析器 从当前线程上下文（ThreadLocal）中注入的，线程之间是互不影响的。

3. Spring Boot Controller/Service 中也存在线程安全问题！

Spring 帮你注入的是线程安全的 request，但你写的代码如果有 共享状态（比如成员变量），那依然会有线程安全问题：

@RestController
public class UnsafeController {private int count = 0;@GetMapping("/count")public String count() {count++;  // 非线程安全，多线程下会有竞态条件return "count=" + count;}
}

和 Servlet 示例中本质上一样的危险。

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四、Spring Boot 中线程安全的体现/处理方式有哪些？

场景	Spring Boot 中的处理方式	安全性体现
Controller 请求处理	每个请求分配独立线程 + 参数注入	请求无共享状态
多个请求共享字段	使用局部变量 / ThreadLocal / 并发容器	手动保证安全
Service 单例共享状态	避免使用成员变量做临时状态	防御性编程
并发控制需求	使用 @Async、synchronized、锁对象等	显式控制

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五、实战举例：Spring Boot 安全与不安全对比

❌ 不安全示例（成员变量共享）

@RestController
public class BadController {private List<String> list = new ArrayList<>();@PostMapping("/add")public String add(@RequestParam String value) {list.add(value);  // 非线程安全return "OK";}
}

✅ 安全改法（使用线程安全容器）

@RestController
public class GoodController {private List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());@PostMapping("/add")public String add(@RequestParam String value) {list.add(value);  // 安全return "OK";}
}

或者直接用 CopyOnWriteArrayList。

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六、补充：Spring 线程封闭的典型应用

Spring 中常用的 ThreadLocal 场景是：

• RequestContextHolder：将请求上下文与线程绑定

• TransactionSynchronizationManager：事务同步绑定

• SecurityContextHolder：Spring Security 用户上下文绑定

平时在 Controller 里能随便用这些上下文，其实都是 ThreadLocal 实现的线程封闭。

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七、不可变对象与线程安全

不可变对象特征

1. 所有字段final修饰
2. 类声明为final
3. 不暴露可变字段
4. 构造后状态不可变

String类实现分析

public final class String {private final char value[];private final int hash;public String substring(int beginIndex) {return new String(value, beginIndex, subLen);}
}

final关键字的正确理解

• 引用不可变 vs 对象不可变

  final List<String> list = new ArrayList<>();  // 可以修改list内容
  list = new LinkedList<>();                    // 编译错误final String s = "hello";
  s = "world";                                  // 编译错误
  

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