Struts中action线程安全问题解析

背景

Struts是Java Web应用程序的开发框架之一，它采用了MVC的设计模式，其中Action作为控制器部分的一部分，负责处理用户请求并返回响应。在使用Struts进行Web应用程序开发时，一个常见的问题是：是否需要考虑Action的线程安全性？当有多个用户同时发出请求时，是否会出现线程安全问题？

问题分析

通常情况下，一个Action类只会有一个实例，来负责处理多个请求。但是，在多线程情况下，如果不加以控制，可能会造成变量互相干扰，以及线程安全问题。主要表现为以下两种情况：

成员变量共享

如果在Action类中定义了一些成员变量，如下代码示例：

public class MyAction extends Action {
    private int count = 0;
    public ActionForward execute(ActionMapping mapping, ActionForm form, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        count++;
        //some logic...
    }
}

在多线程情况下，如果有多个线程同时访问此Action实例，就有可能导致成员变量（如上述的count）造成共享的问题。举例来说，有两个请求同时访问MyAction实例，每个请求都对成员变量count进行自增操作，而两个操作可能并不是原子性的，就会出现计数器的混乱现象。

对象状态共享

在一个Action实例的执行过程中，可能会对共享对象的状态进行修改，如下代码示例：

public class MyAction extends Action {
    private MyService myService = new MyService();
    public ActionForward execute(ActionMapping mapping, ActionForm form, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        myService.addCount();
        //some logic...
    }
}

在上述代码中，多个请求可能共享同一个MyAction实例，而每个请求又都会对相同的myService对象访问和修改，这就会导致对象状态共享的问题，或者说线程不安全的问题。

解决方案

在Struts框架中，为解决Action类的线程安全问题，需要考虑以下几个方面：

ActionScope

每个Action的请求映射（mapping）都有不同的作用域（scope），包括：request、session、application三种作用域。开发者可以根据实际情况，在struts-config.xml配置文件中为Action指定对应作用域。

例如：

<action path="/myAction" type="com.xxx.MyAction" scope="request">
    <forward name="success" path="/success.jsp" />
</action>

上述配置指定了MyAction的作用域为request，即每次请求结束后，Action对象都会被垃圾回收掉，避免了Action实例共享的问题。

ThreadLocal

ThreadLocal是一种Java的线程封闭技术，可以在同一线程内传递变量，它可以避免多线程并发修改变量引发的线程安全问题。在Struts中常使用ThreadLocal来解决Action中的线程安全问题。具体做法是，在Action类中定义每个变量的ThreadLocal，如下代码示例：

public class MyAction extends Action {
    private ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>() {
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        };
    };
    public ActionForward execute(ActionMapping mapping, ActionForm form, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        count.set(count.get() + 1);
        //some logic...
    }
}

在上述代码中，每个线程都有一个独立的count变量，避免了线程安全问题。

单例模式

Struts中的Action默认是单例模式（Singleton）的，这就有可能导致线程安全问题。因此，在一些特定的场景下，开发者需要覆盖Action的默认行为，以每次请求都创建一个新的Action实例，如下代码示例：

public class MyAction extends Action {
    public ActionForward execute(ActionMapping mapping, ActionForm form, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        //在此处新建一个Action实例
        MyAction action = new MyAction();
        //some logic...
    }
}

示例

举个栗子

在上述问题分析中，我们曾经提到了成员变量共享的问题。现在，我们来看一个示例。

public class CountAction extends Action {
    //计数器，在多线程请求下容易出问题
    private int count = 0;
    public ActionForward execute(ActionMapping mapping, ActionForm form, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        count++;
        request.setAttribute("count", count);
        return mapping.findForward("index");
    }
}

在上述代码中，我们定义了一个CountAction，这个Action有一个成员变量：count。在每个请求执行的过程中，都会自增count的值，并把最新值放进request作用域中。接下来，我们来写个简单的测试：

@Test
public void testCountAction() throws Exception {
    CountAction action = new CountAction();
    MockHttpServletRequest request1 = new MockHttpServletRequest();
    MockHttpServletRequest request2 = new MockHttpServletRequest();
    MockHttpServletResponse response1 = new MockHttpServletResponse();
    MockHttpServletResponse response2 = new MockHttpServletResponse();
    action.execute(null, null, request1, response1);
    assertThat(request1.getAttribute("count"), equalTo(1));
    action.execute(null, null, request2, response2);
    assertThat(request2.getAttribute("count"), equalTo(2));
}

在上面的测试中，我们使用MockHttpServletRequest和MockHttpServletResponse构造了两个请求，分别访问CountAction。第一次访问后，期望request.getAttribute("count")的值为1；第二次访问后，期望request.getAttribute("count")的值为2。但是，这个测试会失败，因为count共享的问题。由于CountAction是单例模式，而我们测试用例中开启了两个线程分别访问该对象，导致count的值出现了不一致的情况。

线程安全的解决方案

为了解决上述问题，我们可以通过使用ThreadLocal绑定每个线程独立的计数器。修改后的代码对比如下：

public class SafeCountAction extends Action {
    //计数器，绑定到每个线程
    private ThreadLocal<Integer> count = new ThreadLocal<Integer>() {
        protected Integer initialValue() {
            return 0;
        };
    };
    public ActionForward execute(ActionMapping mapping, ActionForm form, HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) {
        count.set(count.get() + 1);
        request.setAttribute("count", count.get());
        return mapping.findForward("index");
    }
}

我们可以在测试用例中等价地执行以下代码，并期望测试通过：

@Test
public void testSafeCountAction() throws Exception {
    SafeCountAction action = new SafeCountAction();
    MockHttpServletRequest request1 = new MockHttpServletRequest();
    MockHttpServletRequest request2 = new MockHttpServletRequest();
    MockHttpServletResponse response1 = new MockHttpServletResponse();
    MockHttpServletResponse response2 = new MockHttpServletResponse();
    action.execute(null, null, request1, response1);
    assertThat(request1.getAttribute("count"), equalTo(1));
    action.execute(null, null, request2, response2);
    assertThat(request2.getAttribute("count"), equalTo(1));
}

在上面的测试代码中，我们测试了两遍线程访问SafeCountAction对象，并将期望的值分别设为1，测试通过。