精通有状态vs无状态(Stateful vs Stateless)—Immutable模式之姐妹篇_suliqiang的博客-程序员宝宝

技术标签: immutable  java 乐园  struts  session  prototype  user  bean  

http://www.iteye.com/topic/960532

 

 

我相信有不少人还不明白有状态和无状态(Stateful and Stateless)的概念,那么我们今天就来谈谈有状态和无状态,一方面不断总结提高自我,另一方面兼扫盲。这是Immutable不变模式的姐妹篇,大家可以参照着读。
Immutable不变模式的分析blog: http://www.iteye.com/topic/959751

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:

Java代码 复制代码  收藏代码
  1. /**  
  2.  * 有状态bean,有state,user等属性,并且user有存偖功能,是可变的。  
  3.  *   
  4.  * @author Peter Wei  
  5.  *   
  6.  */  
  7. public class StatefulBean {   
  8.   
  9.     public int state;   
  10.     // 由于多线程环境下,user是引用对象,是非线程安全的   
  11.     public User user;   
  12.   
  13.     public int getState() {   
  14.         return state;   
  15.     }   
  16.   
  17.     public void setState(int state) {   
  18.         this.state = state;   
  19.     }   
  20.   
  21.     public User getUser() {   
  22.         return user;   
  23.     }   
  24.   
  25.     public void setUser(User user) {   
  26.         this.user = user;   
  27.     }   
  28. }   
  29.   
  30. /**  
  31.  * 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。  
  32.  *   
  33.  * @author Peter Wei  
  34.  *   
  35.  */  
  36. public class StatelessBeanService {   
  37.   
  38.     // 虽然有billDao属性,但billDao是没有状态信息的,是Stateless Bean.   
  39.     BillDao billDao;   
  40.   
  41.     public BillDao getBillDao() {   
  42.         return billDao;   
  43.     }   
  44.   
  45.     public void setBillDao(BillDao billDao) {   
  46.         this.billDao = billDao;   
  47.     }   
  48.   
  49.     public List<User> findUser(String Id) {   
  50. return null;   
  51.     }   
  52. }  
/**
 * 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:

Java代码 复制代码  收藏代码
  1. import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;   
  2.   
  3. import org.apache.mina.util.ExpiringMap;   
  4.   
  5. /**  
  6.  * 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  
  7.  *   
  8.  * @author Peter Wei  
  9.  * @version 1.0 Dec 2, 2008  
  10.  */  
  11. public class TaskCache {   
  12.   
  13.     // 请求超时   
  14.     private short requestTimeout;   
  15.   
  16.     // 这个缓存Map是线程安全,并且有定时超时功能   
  17.     private ExpiringMap<String, Object> tasksMap = new ExpiringMap<String, Object>();   
  18.   
  19.     // 线程安全的原子类,示例有状态的单例类   
  20.     private static AtomicLong seqNo = new AtomicLong(1);   
  21.   
  22.     // 示例有状态的单例类   
  23.     public Long nextSeqNo() {   
  24.         return seqNo.getAndIncrement();   
  25.     }   
  26.   
  27.     public void setRequestTimeout(short requestTimeout) {   
  28.         this.requestTimeout = requestTimeout;   
  29.     }   
  30.   
  31.     // 启动过期检测   
  32.     public void startExpiring() {   
  33.         tasksMap.getExpirer().setTimeToLive(requestTimeout);   
  34.         tasksMap.getExpirer().startExpiringIfNotStarted();   
  35.     }   
  36.   
  37.     // 停止过期检测   
  38.     public void stopExpiring() {   
  39.         tasksMap.getExpirer().stopExpiring();   
  40.     }   
  41.   
  42.     // 取任务列表.   
  43.     public Object getTasks(String key) {   
  44.         return tasksMap.get(key);   
  45.     }   
  46.   
  47.     // 去除任务列表.   
  48.     public Object removeTasks(String key) {   
  49.         return tasksMap.remove(key);   
  50.     }   
  51.   
  52.     // 添加任务列表.   
  53.     public void addTasks(String key, Object value) {   
  54.         tasksMap.put(key, value);   
  55.     }   
  56. }  
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, 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.iteye.com/topic/959751

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。

Java代码 复制代码  收藏代码
  1. /**  
  2.  * 非线程安全的Servlet。  
  3.  * @author Peter Wei  
  4.  *  
  5.  */  
  6. public class UnSafeServlet HttpServlet{   
  7.        
  8.     User user;   
  9.     PrintWriter out;   
  10.        
  11.     public void doGet (HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)throws ServletException, IOException{   
  12.         //do something...   
  13.     }   
  14. }  
/**
 * 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。

Java代码 复制代码  收藏代码
  1. /**  
  2.  * 非线程安全的Struts1示例  
  3.  *   
  4.  * @author Peter Wei  
  5.  *   
  6.  */  
  7. public class UnSafeAction1 extends Action {   
  8.   
  9.     // 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   
  10.     User user;   
  11.   
  12.     public void execute() {   
  13.         // do something...   
  14.     }   
  15.   
  16.     public User getUser() {   
  17.         return user;   
  18.     }   
  19.   
  20.     public void setUser(User user) {   
  21.         this.user = user;   
  22.     }   
  23. }    
/**
 * 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。

国外一些哥们的观点:
Immutable objects may not be altered after their creation. So: Yes, they are some kind of stateless.As immutable objects can not be changed, there is no need for locking - reading access to objects is always threadsafe (when not modifying variables). Therefore, real immutable objects are always threadsafe.

Rod Johnson大叔的观点:
Stateless or Stateful?
Service objects will usually be stateless. Stateless service layers are highly scalable: They pose no replication issues and there is no need to allocate additional resources for every client. (Remember that one of
the key motivations of a middle tier is to share resources between multiple clients.) It is also much easier for stateless service layers to support remote clients, if necessary. A stateless service layer is one concession of object orientation that I find not too painful.
此处省去N个字。
If possible, design applications to use a stateless service layer. Hold state in the web tier, rather than in the business logic tier, if possible.

关于不变模式分析,请参考 http://www.iteye.com/topic/959751

版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接:https://blog.csdn.net/suliqiang/article/details/7387759

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