通常线程的生命周期


通常线程的生命周期，包括初始状态，可运行状态，运行状态，休眠状态，终止状态
不同的语言会根据自己的要求有简约和合并
POSIX的线程规范，把初始化状态和可运行状态合并了
java把可运行状态和运行状态合并了

java中线程的生命周期

  1. new
  2. runnable
  3. blocked
  4. waited
  5. timed_waited
  6. terminated

jvm线程和操作系统线程的区别

由runnable状态到blocked状态的转换，是由于线程等待sychronized隐式锁。对于线程调用阻塞式API时，在JVM层面，状态不会发生变化，在操作系统层面，线程进入休眠状态。也就是说java线程依然是runnable状态。JVM不关心操作系统的线程调度，从JVM的角度来看，等待cpu（操作系统线程处于runnable状态）与等待IO（操作系统处于休眠状态）没有区别，都是等待某个资源，都处于runnable状态。

锁的问题

当java线程请求一个其他线程所持有的锁的时候，发出请求的线程会阻塞，然而，内置锁是可重入的，如果一个线程要获取他已经持有的锁，请求会成功。因此可以认为获取锁的粒度是线程。 作为区分，pthread互斥体获取操作是以调用为粒度的。

servlet中线程安全的问题

  1. 上下文ServletContext
    作用域不是线程安全的，因为上下文作用域共享于整个Web应用。每个请求都在一个单独的线程中处理，则当（同一个或多个用户的）多个请求（在相同或不同的Servlet中）同时操作上下文属性时，就有可能产生问题可以类似如下使用
   synchronzized(getServletContext()){   
    //设置属性       
   //调用业务逻辑       
   //获取属性值   
}
  1. 会话（HttpSession）
    会话是用来维护服务器与某个客户的持续会话状态的。正常来说，一个客户一次只发送一个请求的话，那么任何给定时刻，在会话中一次也只有一个线程运行，这样看上去是线程安全的。不过，如果一个客户同时发送了多个请求（比如新建了多个浏览器窗口）呢？此时在一个会话中，就可能有多个线程运行，也就可能产生线程安全问题。
    但是，Tomacat每一个独立的HttpSession中保存的所有属性，是存储在一个独立的ConcurrentHashMap中的：

protected Map<String, Object> attributes = new ConcurrentHashMap<>();

所以我可以看到 HttpSession.getAttribute()， HttpSession.setAttribute() 等等方法就都是线程安全的。

另外如果我们要将一个对象保存在HttpSession中时，那么该对象应该是可序列化的。不然在进行HttpSession的持久化时，就会被抛弃了，无法恢复了：

        else if ( (value instanceof Serializable)
                && (!exclude(keys[i]) )) {
            saveNames.add(keys[i]);
            saveValues.add(value);
        } else {
            removeAttributeInternal(keys[i], true);
        }

所以从源码的分析，我们得出了下面的结论：

1）HttpSession.getAttribute()， HttpSession.setAttribute() 等等方法都是线程安全的；

2）要保存在HttpSession中对象应该是序列化的；

 HttpSession session=request.getSession();  
synchronzized(session){   
   //设置属性       
  //调用业务逻辑       
  //获取属性值   
}

但是，需要特别注意的是：
如果你能保证不会对”从HttpSession中获得的对象“调用set方法来修改它，那么保存在HttpSession中的对象可以不是线程安全的(因为他是”事实不可变对象“，并且ConcurrentHashMap保证了它是被”安全发布的“)；但是如果你不能保证这一点，那么你必须要实现”保存在HttpSession中的对象必须是线程安全“。不然的话，就存在并发问题。
3. 请求（HttpServletRequest）
安全

Servlet的生命周期

Servlet是运行在Servlet容器中的，常用的tomcat、jboss、weblogic都是Servlet容器，其生命周期是由容器来管理。Servlet的生命周期通过java.servlet.Servlet接口中的init（）、service（）、和destroy（）方法表示。Servlet的生命周期有四个阶段：加载并实例化、初始化、请求处理、销毁。
加载并实例化
Servlet容器负责加载和实例化Servelt。当Servlet容器启动时，或者在容器检测到需要这个Servlet来响应第一个请求时，创建Servlet实例。当Servlet容器启动后，Servlet通过类加载器来加载Servlet类，加载完成后再new一个Servlet对象来完成实例化。

初始化
在Servlet实例化之后，容器将调用init（）方法，并传递实现ServletConfig接口的对象。在init（）方法中，Servlet可以部署描述符中读取配置参数，或者执行任何其他一次性活动。在Servlet的整个生命周期类，init（）方法只被调用一次。

请求处理
当Servlet初始化后，容器就可以准备处理客户机请求了。当容器收到对这一Servlet的请求，就调用Servlet的service（）方法，并把请求和响应对象作为参数传递。当并行的请求到来时，多个service（）方法能够同时运行在独立的线程中。通过分析ServletRequest或者HttpServletRequest对象，service（）方法处理用户的请求，并调用ServletResponse或者HttpServletResponse对象来响应。

销毁
一旦Servlet容器检测到一个Servlet要被卸载，这可能是因为要回收资源或者因为它正在被关闭，容器会在所有Servlet的service（）线程之后，调用Servlet的destroy（）方法。然后，Servlet就可以进行无用存储单元收集清理。这样Servlet对象就被销毁了。这四个阶段共同决定了Servlet的生命周期。

Servlet的调用过程

1.客户端通过发送请求给Tomcat，Tomcat发送客户端的请求页面给客户端。

2.用户对请求页面进行相关操作后将页面提交给Tomcat,Tomcat将其封装成一个HttpRequest对象，然后对请求进行处理,。

3.Tomcat截获请求，根据action属性值查询xml文件中对应的servlet-name，再根据servlet-name查询到对应的java类（如果是第一次，Tomcat则会将servlet编译成java类文件，所以如果servlet有很多的话第一次运行的时候程序会比较慢）。

4.Tomcat实例化查询到的java类，注意该类只实例化一次。

5.调用java类对象的service()方法（如果不对service()方法进行重写则根据提交的方式来决定执行doPost()方法还是doGet()方法）。

6.通过request对象取得客户端传过来的数据，对数据进行处理后通过response对象将处理结果写回客户端。

Servlet是线程安全的吗？

从上面Servlet的调用过程可以看出，当客户端第一次请求Servlet的时候,tomcat会根据web.xml配置文件实例化servlet，

当又有一个客户端访问该servlet的时候，不会再实例化该servlet，也就是多个线程在使用这个实例。

JSP/Servlet容器默认是采用单实例多线程(这是造成线程安全的主因)方式处理多个请求的，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。

Servlet本身是无状态的，一个无状态的Servlet是绝对线程安全的，无状态对象设计也是解决线程安全问题的一种有效手段。

设计线程安全的Servlet
1.实现 SingleThreadModel 接口
该接口指定了系统如何处理对同一个Servlet的调用。如果一个Servlet被这个接口指定，那么在这个Servlet中的service方法将不会有两个线程被同时执行，当然也就不存在线程安全的问题。但是，如果一个Servlet实现了SingleThreadModel接口，Servlet引擎将为每个新的请求创建一个单独的Servlet实例，这将引起大量的系统开销，在现在的Servlet开发中基本看不到SingleThreadModel的使用，这种方式了解即可，尽量避免使用。

public class XXXXX extends HttpServlet implements SingleThreadModel {
…………
}

2.同步对共享数据的操作
使用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，可以通过同步块操作来保证Servlet的线程安全。如果在程序中使用同步来保护要使用的共享的数据，也会使系统的性能大大下降。这是因为被同步的代码块在同一时刻只能有一个线程执行它，使得其同时处理客户请求的吞吐量降低，而且很多客户处于阻塞状态。另外为保证主存内容和线程的工作内存中的数据的一致性，要频繁地刷新缓存,这也会大大地影响系统的性能。所以在实际的开发中也应避免或最小化Servlet 中的同步代码。

同步代码：

Public class XXXXXX extends HttpServlet {
synchronized (this){XXXX}
}

3.避免使用实例变量
线程安全问题很大部分是由实例变量造成的，只要在Servlet里面的任何方法里面都不使用实例变量，那么该Servlet就是线程安全的。

在Servlet中避免使用实例变量是保证Servlet线程安全的最佳选择。

部分内容总结

线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生，可以通过Thread.interrupted()方法检测到是否有中断发生。
对象终结规则：一个对象的初始化完成(构造函数执行结束)先行发生于它的finalize()方法的开始。

所以，对于Java内存模型总结起来就是：

  1. 为什么定义Java内存模型？现代计算机体系大部是采用的对称多处理器的体系架构。每个处理器均有独立的寄存器组和缓存，多个处理器可同时执行同一进程中的不同线程，这里称为处理器的乱序执行。在Java中，不同的线程可能访问同一个共享或共享变量。如果任由编译器或处理器对这些访问进行优化的话，很有可能出现无法想象的问题，这里称为编译器的重排序。除了处理器的乱序执行、编译器的重排序，还有内存系统的重排序。因此Java语言规范引入了Java内存模型，通过定义多项规则对编译器和处理器进行限制，主要是针对可见性和有序性。
  2. 三个基本原则：原子性、可见性、有序性。
  3. Java内存模型涉及的几个关键词：锁、volatile字段、final修饰符与对象的安全发布。其中：第一是锁，锁操作是具备happens-before关系的，解锁操作happens-before之后对同一把锁的加锁操作。实际上，在解锁的时候，JVM需要强制刷新缓存，使得当前线程所修改的内存对其他线程可见。第二是volatile字段，volatile字段可以看成是一种不保证原子性的同步但保证可见性的特性，其性能往往是优于锁操作的。但是，频繁地访问 volatile字段也会出现因为不断地强制刷新缓存而影响程序的性能的问题。第三是final修饰符，final修饰的实例字段则是涉及到新建对象的发布问题。当一个对象包含final修饰的实例字段时，其他线程能够看到已经初始化的final实例字段，这是安全的。
  4. Happens-Before的7个规则：
    (1).程序次序规则：在一个线程内，按照程序代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作。准确地说，应该是控制流顺序而不是程序代码顺序，因为要考虑分支、循环等结构。
    (2).管程锁定规则：一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作。这里必须强调的是同一个锁，而”后面”是指时间上的先后顺序。
    (3).volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作，这里的”后面”同样是指时间上的先后顺序。
    (4).线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作。
    (5).线程终止规则：线程中的所有操作都先行发生于对此线程的终止检测，我们可以通过Thread.join（）方法结束、Thread.isAlive（）的返回值等手段检测到线程已经终止执行。
    (6).线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生，可以通过Thread.interrupted()方法检测到是否有中断发生。
    (7).对象终结规则：一个对象的初始化完成(构造函数执行结束)先行发生于它的finalize()方法的开始。
  5. Happens-Before的1个特性：传递性。
  6. Java内存模型底层怎么实现的？主要是通过内存屏障(memory barrier)禁止重排序的，即时编译器根据具体的底层体系架构，将这些内存屏障替换成具体的 CPU 指令。对于编译器而言，内存屏障将限制它所能做的重排序优化。而对于处理器而言，内存屏障将会导致缓存的刷新操作。比如，对于volatile，编译器将在volatile字段的读写操作前后各插入一些内存屏障。

[部分内容引用王宝令老师的java并发并发编程课程以及后面同学的回复总结]

https://time.geekbang.org/column/article/86666