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精通有状态vs无状态(Stateful vs Stateless)—Immutable模式之姐妹篇

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摘自:http://peterwei.iteye.com/blog/960532

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基本概念:
有状态就是有数据存储功能。有状态对象(Stateful Bean),就是有实例变量的对象,可以保存数据,是非线程安全的。在不同方法调用间不保留任何状态。
无状态就是一次操作,不能保存数据。无状态对象(Stateless Bean),就是没有实例变量的对象.不能保存数据,是不变类,是线程安全的。
代码更好理解:

/**
 * 有状态bean,有state,user等属性,并且user有存偖功能,是可变的。
 * 
 * @author Peter Wei
 * 
 */
public class StatefulBean {

	public int state;
	// 由于多线程环境下,user是引用对象,是非线程安全的
	public User user;

	public int getState() {
		return state;
	}

	public void setState(int state) {
		this.state = state;
	}

	public User getUser() {
		return user;
	}

	public void setUser(User user) {
		this.user = user;
	}
}

/**
 * 无状态bean,不能存偖数据。因为没有任何属性,所以是不可变的。只有一系统的方法操作。
 * 
 * @author Peter Wei
 * 
 */
public class StatelessBeanService {

	// 虽然有billDao属性,但billDao是没有状态信息的,是Stateless Bean.
	BillDao billDao;

	public BillDao getBillDao() {
		return billDao;
	}

	public void setBillDao(BillDao billDao) {
		this.billDao = billDao;
	}

	public List<user> findUser(String Id) {
return null;
	}
}

单例模式中的有状态和无状态:
单例类可以是有状态的(stateful),一个有状态的单例对象一般也是可变(mutable)单例对象。有状态的可变的单例对象常常当做状态库(repositary)使用。比如一个单例对象TaskCache(Spring中配为singleton)可以持有一个AtomicLong类型的属性,用来给一个系统提供一个数值惟一的序列号码,作为任务通迅管理的ID生成器。同时,一个单例类也可以持有一个聚集,从而允许存储多个状态,如示例中的ExpiringMap缓存任务列表。
代码示例:

import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;

import org.apache.mina.util.ExpiringMap;

/**
 * Description: 内存中缓存的实时控制端任务列表.示例有状态的单例类
 * 
 * @author Peter Wei
 * @version 1.0 Dec 2, 2008
 */
public class TaskCache {

	// 请求超时
	private short requestTimeout;

	// 这个缓存Map是线程安全,并且有定时超时功能
	private ExpiringMap<string , Object> tasksMap = new ExpiringMap</string><string , Object>();

	// 线程安全的原子类,示例有状态的单例类
	private static AtomicLong seqNo = new AtomicLong(1);

	// 示例有状态的单例类
	public Long nextSeqNo() {
		return seqNo.getAndIncrement();
	}

	public void setRequestTimeout(short requestTimeout) {
		this.requestTimeout = requestTimeout;
	}

	// 启动过期检测
	public void startExpiring() {
		tasksMap.getExpirer().setTimeToLive(requestTimeout);
		tasksMap.getExpirer().startExpiringIfNotStarted();
	}

	// 停止过期检测
	public void stopExpiring() {
		tasksMap.getExpirer().stopExpiring();
	}

	// 取任务列表.
	public Object getTasks(String key) {
		return tasksMap.get(key);
	}

	// 去除任务列表.
	public Object removeTasks(String key) {
		return tasksMap.remove(key);
	}

	// 添加任务列表.
	public void addTasks(String key, Object value) {
		tasksMap.put(key, value);
	}
}

单例类也可以是没有状态的(stateless),仅用做提供工具性函数的对象。既然是为了提供工具性函数,也就没有必要创建多个实例,因此使用单例模式很合适。平常的单例类都是没有状态的,这里就不示例了。一个没有状态的单例类也就是不变(Immutable)单例类。关于不变模式,请参考 http://www.firedragonpzy.com.cn/index.php/archives/4750

EJB中的有状态与无状态:

1.Stateful session bean的每个用户都有自己的一个实例,所以两者对stateful session bean的操作不会影响对方。另外注意:如果后面需要操作某个用户的实例,你必须在客户端缓存Bean的Stub对象(JSP通常的做法是用Session缓存),这样在后面每次调用中,容器才知道要提供相同的bean实例。

2.Stateless Session Bean不负责记录使用者状态,Stateless Session Bean一旦实例化就被加进会话池中,各个用户都可以共用。如果它有自己的属性(变量),那么这些变量就会受到所有调用它的用户的影响。

3.从内存方面来看,Stateful Session Bean与Stateless Session Bean比较,Stateful Session Bean会消耗J2EE Server 较多的内存,然而Stateful Session Bean的优势却在于他可以维持使用者的状态。

Spring中的有状态(Stateful)和无状态(Stateless)

1.通过上面的分析,相信大家已经对有状态和无状态有了一定的理解。无状态的Bean适合用不变模式,技术就是单例模式,这样可以共享实例,提高性能。有状态的Bean,多线程环境下不安全,那么适合用Prototype原型模式。Prototype: 每次对bean的请求都会创建一个新的bean实例。

2.默认情况下,从Spring bean工厂所取得的实例为singleton(scope属性为singleton),容器只存在一个共享的bean实例。

3.理解了两者的关系,那么scope选择的原则就很容易了:有状态的bean都使用prototype作用域,而对无状态的bean则应该使用singleton作用域。

4.如Service层、Dao层用默认singleton就行,虽然Service类也有dao这样的属性,但dao这些类都是没有状态信息的,也就是相当于不变(immutable)类,所以不影响。Struts2中的Action因为会有User、BizEntity这样的实例对象,是有状态信息的,在多线程环境下是不安全的,所以Struts2默认的实现是Prototype模式。在Spring中,Struts2的Action中,scope要配成prototype作用域。

Servlet、Struts中的有状态和无状态:

1.Servlet体系结构是建立在Java多线程机制之上的,它的生命周期是由Web 容器负责的。一个Servlet类在Application中只有一个实例存在,也就是有多个线程在使用这个实例。这是单例模式的应用。无状态的单例是线程安全的,但我们如果在Servlet里用了实例变量,那么就变成有状态了,是非线程安全的。如下面的用法就是不安全的,因为user,out都是有状态信息的。

/**
 * 非线程安全的Servlet。
 * @author Peter Wei
 *
 */
public class UnSafeServlet HttpServlet{
	
	User user;
	PrintWriter out;
	
	public void doGet (HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)throws ServletException, IOException{
		//do something...
	}
}

Out,Request,Response,Session,Config,Page,PageContext是线程安全的,Application在整个系统内被使用,所以不是线程安全的.

2.Struts1也是基于单例模式实现,也就是只有一个Action实例供多线程使用。默认的模式是前台页面数据通过actionForm传入,在action中的excute方法接收,这样action是无状态的,所以一般情况下Strunts1是线程安全的。如果Action中用了实例变量,那么就变成有状态了,同样是非线程安全的。像下面这样就是线程不安全的。

/**
 * 非线程安全的Struts1示例
 * 
 * @author Peter Wei
 * 
 */
public class UnSafeAction1 extends Action {

	// 因为Struts1是单例实现,有状态情况下,对象引用是非线程安全的
	User user;

	public void execute() {
		// do something...
	}

	public User getUser() {
		return user;
	}

	public void setUser(User user) {
		this.user = user;
	}
}  

3.Struts2默认的实现是Prototype模式。也就是每个请求都新生成一个Action实例,所以不存在线程安全问题。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。

4.如何解决Servlet和Struts1的线程安全问题,当我们能比较好的理解有状态和无状态的原理,自然很容易得出结论:不要使用有状态的bean,也就是不要用实例变量。如果用,就要用prototype模式。Struts1 user guide里有: Only Use Local Variables – The most important principle that aids in thread-safe coding is to use only local variables, not instance variables , in your Action class.

总结:
Stateless无状态用单例Singleton模式,Stateful有状态就用原型Prototype模式。
Stateful 有状态是多线程编码的天敌,所以在开发中尽量用Stateless无状态,无状态是不变(immutable)模式的应用,有很多优点:不用管线程和同步的问题,如果值是不可变的,程序不用担心多个线程改变共享状态,所以可以避免线程竞争的bugs. 因为没有竞争,就不用用locks等机制,所以无状态的不变机制,也可以避免产生死锁现象。

 

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