Java Web技术经验总结（六）

1. synchronized的作用和原理：link

• 使用经验：synchronized是一种互斥锁。在Java开发中，当某个变量需要在多个线程之间共享时，需要分析具体的场景：如果多个线程对该共享变量的读和写之间没有竞争关系，则可以考虑使用concurrent包下提供的并发数据结构，例如ConcurrentHashMap；但是，如果多个线程对共享变量之间的读和写动作之间有竞态关系，则需要将整个变量锁住。
• 作用：（1）确保多线程之间互斥访问共享变量；（2）确保共享变量的修改能够及时可见；（3）有效解决重排序问题。
• 原理：synchronized是Java的内置锁。JVM通过monitorenter和monitorexit指令实现内置锁。
  • 每个对象都有一个监视器锁（monitor），当monitor被占用时，该对象就处于锁定状态，其他试图访问该对象的线程将阻塞;
  • 对于同一个线程来说，monitor是可重入的，重入的时候会将“占用数”+1；
  • 当一个线程试图访问某个变量时，如果发现该变量的monitor占用数为0，则可以占用该对象；如果>=1，则进入阻塞。
  • 执行monitorexit的线程必须是某个对象的monitor的所有者，当执行完该指令之后，如果占用数为0，则当前线程释放该monitor。

2. volatile的原理：link

• 当我们声明共享变量为volatile后，对这个变量的读/写将会很特别。理解volatile特性的一个好方法是：把对volatile变量的单个读/写，看成是使用同一个监视器锁对这些单个读/写操作做了同步。
• volatile的强度比synchronized弱，即对于volatile变量的多个读/写操作之间的没有约束力。这个可以类比于我们用synchronized修饰某个HashMap对象和使用ConcurrentHashMap之间的关系。
• 特性总结
  • 可见性。对一个volatile变量的读，总是能看到（任意线程）对这个volatile变量最后的写入。
  • 原子性：对任意单个volatile变量的读/写具有原子性，但类似于volatile++这种复合操作不具有原子性
• 原理：加内存屏障，确保线程在读某个变量之前，将该线程的私有缓存失效，直接从内存中读；确保线程在写某个变量之后，将该线程私有缓存刷入内存。

3. 分布式session服务的实现
   在之前参加过的一个项目中，负责session服务的重写（C++转Java），站在更高的层面看，为什么需要这个session服务呢？是为了解决分布式系统中，多台机器之间的session同步问题（参考：分布式session中同步的那些事）。

• 有状态的session和无状态的session之间如何选择？有状态的session，指的是用户的信息会被编码到sid中；无状态的session，则是该sid仅仅是随机字符串，没有包含任何有效信息。在分布式系统中，要根据业务特点选择有状态和无状态session：含有用户信息的，适用于网站登录等经常登入登出的场景；不含用户信息的，适用于用户登录操作不频繁，其他业务操作比较频繁的。
• 分布式系统中的CAP理论

4. Spring MVC中@ResponseBody和HttpMessageConverter的实现原理？或者，换个问法：Spring MVC中自动返回JSON、XML或者其他类型的数据的方式？这个问题我参考了SpringMVC关于json、xml自动转换的原理研究[附带源码分析]，并根据自己目前所用的4.2.6.RELEASE版本过了一遍源码。

• 配置方法，在xxxx-servlet.xml文件中添加mvc配置；然后使用@ResponseBody修饰Controller中的一个方法。

<mvc:annotation-driven/>

• 原理分析
  • 在<mvc:annotation-driven/>上使用Command + B快捷键，跳转到该标签的定义文件，即spring-mvc-4.0.xsd，可以看到关于该标签的定义，在这个文件中有一行<xsd:element name="message-converters" minOccurs="0">，表示该标签内部可以提供一个嵌套标签<message-converters>，用于设置HttpMessageConverters。
  • 在Spring的容器中，对bean的处理分为两步：（1）读取元数据配置（XML文件、JavaConfig或者注解），生成BeanDefinition对象；（2）通过各种BeanDefinitionParser的具体实现，生成我们定义的bean对象。
  • 这里负责解析<mvc:annotation-driven />标签的解析器是AnnotationDrivenBeanDefinitionParser。在该类的parse方法中，实例化了RequestMappingHandlerMapping、ConfigurableWebBindingInitializer、RequestMappingHandlerAdapter等类。其中，RequestMappingHandlerMapping负责定义url请求和具体的Controller方法直接的映射关系；RequestMappingHandlerAdapter负责作为适配器模式出现，填平DispatchServlet与不同RequestMappingHandler之间的关系；
• RequestMappingHandlerAdapter中有一个属性messageConverters，就是我们这里要讲到的消息转换器。在AnnotationDrivenBeanDefinitionParser这个类中有一个方法：getMessageConverters，代码如下：

private ManagedList<?> getMessageConverters(Element element,
 Object source, ParserContext parserContext) {
   Element convertersElement = DomUtils.getChildElementByTagName(element, "message-converters");
   ManagedList<? super Object> messageConverters = new ManagedList<Object>();
   if (convertersElement != null) {
      messageConverters.setSource(source);
      for (Element beanElement : DomUtils.getChildElementsByTagName(convertersElement, "bean", "ref")) {
         Object object = parserContext.getDelegate().parsePropertySubElement(beanElement, null);
         messageConverters.add(object);
      }
   }
   if (convertersElement == null || Boolean.valueOf(convertersElement.getAttribute("register-defaults"))) {
      messageConverters.setSource(source);
      messageConverters.add(createConverterDefinition(ByteArrayHttpMessageConverter.class, source));
      RootBeanDefinition stringConverterDef = createConverterDefinition(StringHttpMessageConverter.class, source);
      stringConverterDef.getPropertyValues().add("writeAcceptCharset", false);
      messageConverters.add(stringConverterDef);
      messageConverters.add(createConverterDefinition(ResourceHttpMessageConverter.class, source));
      messageConverters.add(createConverterDefinition(SourceHttpMessageConverter.class, source));
      messageConverters.add(createConverterDefinition(AllEncompassingFormHttpMessageConverter.class, source));
      if (romePresent) {
         messageConverters.add(createConverterDefinition(AtomFeedHttpMessageConverter.class, source));
         messageConverters.add(createConverterDefinition(RssChannelHttpMessageConverter.class, source));
      }
      if (jackson2XmlPresent) {
         RootBeanDefinition jacksonConverterDef = createConverterDefinition(MappingJackson2XmlHttpMessageConverter.class, source);
         GenericBeanDefinition jacksonFactoryDef = createObjectMapperFactoryDefinition(source);
         jacksonFactoryDef.getPropertyValues().add("createXmlMapper", true);
         jacksonConverterDef.getConstructorArgumentValues().addIndexedArgumentValue(0, jacksonFactoryDef);
         messageConverters.add(jacksonConverterDef);
      }
      else if (jaxb2Present) {
         messageConverters.add(createConverterDefinition(Jaxb2RootElementHttpMessageConverter.class, source));
      }
      if (jackson2Present) {
         RootBeanDefinition jacksonConverterDef = createConverterDefinition(MappingJackson2HttpMessageConverter.class, source);
         GenericBeanDefinition jacksonFactoryDef = createObjectMapperFactoryDefinition(source);
         jacksonConverterDef.getConstructorArgumentValues().addIndexedArgumentValue(0, jacksonFactoryDef);
         messageConverters.add(jacksonConverterDef);
      }
      else if (gsonPresent) {
         messageConverters.add(createConverterDefinition(GsonHttpMessageConverter.class, source));
      }
   }
   return messageConverters;
}

这个函数中的关键是几个If...else...语句，通过判断指定的类是否存在，来决定是否添加对应的messageConverter（在4.0之后应该可以使用@Condition条件注解来优化这块代码）。

private static final boolean jackson2XmlPresent =
      ClassUtils.isPresent("com.fasterxml.jackson.dataformat.xml.XmlMapper", AnnotationDrivenBeanDefinitionParser.class.getClassLoader());

• 另外一方面，在Spring MVC的请求处理流程中，由RequestMappingHandlerAdapter实现具体的handler的调用，即handleInternal函数，在这个函数中，该类将具体的方法调用委托给了HandlerMethod的invokeHandle方法处理；在这个方法中又接着向下委托给具体的ServletInvocableHandlerMethod类的invokeAndHandle方法处理。
  • 在ServletInvocableHandlerMethod这个类中维护了一个类：HandlerMethodReturnValueHandlerComposite。

private HandlerMethodReturnValueHandlerComposite returnValueHandlers;

- 通过returnValueHandlers调用handleReturnValue方法，利用多态特性，找到具体的HandlerMethodReturnValueHandler实现去处理。这里采用的是：*RequestResponseBodyMethodProcessor* ，即如下代码

@Override
public void handleReturnValue(Object returnValue, MethodParameter returnType,
      ModelAndViewContainer mavContainer, NativeWebRequest webRequest)
      throws IOException, HttpMediaTypeNotAcceptableException,
 HttpMessageNotWritableException {

         mavContainer.setRequestHandled(true);
         // Try even with null return value. ResponseBodyAdvice could get involved.
         writeWithMessageConverters(returnValue, returnType, webRequest);
}

- 具体的写HTTP响应的方法就是writeWithMessageConverters，这个方法的主要内容是：（1）获得客户端可接受的媒体类型列表，即从HTTP request中拿到Accept参数；（2）获得服务器中定义的可提供的媒体类型；（3）将这两个集合做交集，最终得到一个compatibleMediaTypes集合（如果该集合为空，则则抛出异常）；（4）canwrite方法根据returnValueClass和selectedMediaType决定是否可以用某个转换器输出。

6. SSM(Spring MVC、Spring、MyBatis)项目中进行单元测试时，如果希望配置Log4j，可以参考这篇文章：link

7. 在项目中，遇到JVM中CPU过高的情况，如何处理？

• 我一般遵循如下步骤排查：
  • 通过ps -ef | grep 'java'命令找到jvm的PID，例如12345；
  • 通过top -H -p12345命令查看每个线程的工作状态，截图；
  • 通过jstack -l 12345 > temp.txtdump线程栈
  • 将第二步中截图留下的前几个线程的线程号，转换成16进制，在temp.txt中查找，就能找到对应的线程栈。
• 今天看到宏江前辈提供的一个脚本：检测最耗cpu的线程的脚本，准备下次遇到类似问题的时候试试。