前言

本文將介紹在Spring MVC開發的web系統中，獲取request對象的幾種方法，並討論其線程安全性。

概述

在使用Spring MVC開發Web系統時，經常需要在處理請求時使用request對象，比如獲取客戶端ip地址、請求的url、header中的屬性（如cookie、授權信息）、body中的數據等。由於在Spring MVC中，處理請求的Controller、Service等對象都是單例的，因此獲取request對象時最需要注意的問題，便是request對象是否是線程安全的：當有大量併發請求時，能否保證不同請求/線程中使用不同的request對象。

這裏還有一個問題需要注意：前面所說的“在處理請求時”使用request對象，究竟是在哪裏使用呢？考慮到獲取request對象的方法有微小的不同，大體可以分爲兩類：

1) 在Spring的Bean中使用request對象：既包括Controller、Service、Repository等MVC的Bean，也包括了Component等普通的Spring Bean。爲了方便說明，後文中Spring中的Bean一律簡稱爲Bean。

2) 在非Bean中使用request對象：如普通的Java對象的方法中使用，或在類的靜態方法中使用。

此外，本文討論是圍繞代表請求的request對象展開的，但所用方法同樣適用於response對象、InputStream/Reader、OutputStream/ Writer等；其中InputStream/Reader可以讀取請求中的數據，OutputStream/ Writer可以向響應寫入數據。

最後，獲取request對象的方法與Spring及MVC的版本也有關係；本文基於Spring4進行討論，且所做的實驗都是使用4.1.1版本。

如何測試線程安全性

既然request對象的線程安全問題需要特別關注，爲了便於後面的討論，下面先說明如何測試request對象是否是線程安全的。

測試的基本思路，是模擬客戶端大量併發請求，然後在服務器判斷這些請求是否使用了相同的request對象。

判斷request對象是否相同，最直觀的方式是打印出request對象的地址，如果相同則說明使用了相同的對象。然而，在幾乎所有web服務器的實現中，都使用了線程池，這樣就導致先後到達的兩個請求，可能由同一個線程處理：在前一個請求處理完成後，線程池收回該線程，並將該線程重新分配給了後面的請求。而在同一線程中，使用的request對象很可能是同一個（地址相同，屬性不同）。因此即便是對於線程安全的方法，不同的請求使用的request對象地址也可能相同。

爲了避免這個問題，一種方法是在請求處理過程中使線程休眠幾秒，這樣可以讓每個線程工作的時間足夠長，從而避免同一個線程分配給不同的請求；另一種方法，是使用request的其他屬性（如參數、header、body等）作爲request是否線程安全的依據，因爲即便不同的請求先後使用了同一個線程（request對象地址也相同），只要使用不同的屬性分別構造了兩次request對象，那麼request對象的使用就是線程安全的。本文使用第二種方法進行測試。

客戶端測試代碼如下（創建1000個線程分別發送請求）

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String prefix = UUID.randomUUID().toString().replaceAll("-", "") + "::";
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            final String value = prefix + i;
            new Thread() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        CloseableHttpClient httpClient = HttpClients.createDefault();
                        HttpGet httpGet = new HttpGet("http://localhost:8080/test?key=" + value);
                        httpClient.execute(httpGet);
                        httpClient.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }.start();
        }
    }
}

服務器中Controller代碼如下（暫時省略了獲取request對象的代碼）：

@Controller
public class TestController {

    // 存儲已有參數，用於判斷參數是否重複，從而判斷線程是否安全
    public static Set<String> set = new ConcurrentSkipListSet<>();

    @RequestMapping("/test")
    public void test() throws InterruptedException {

        // …………………………通過某種方式獲得了request對象………………………………

        // 判斷線程安全
        String value = request.getParameter("key");
        if (set.contains(value)) {
            System.out.println(value + "\t重複出現，request併發不安全！");
        } else {
            System.out.println(value);
            set.add(value);
        }

        // 模擬程序執行了一段時間
        Thread.sleep(1000);
    }
}

補充：上述代碼原使用HashSet來判斷value是否重複，經網友批評指正，使用線程不安全的集合類驗證線程安全性是欠妥的，現已改爲ConcurrentSkipListSet。

如果request對象線程安全，服務器中打印結果如下所示：

如果存在線程安全問題，服務器中打印結果可能如下所示：

如無特殊說明，本文後面的代碼中將省略掉測試代碼。

方法1：Controller中加參數

代碼示例

這種方法實現最簡單，直接上Controller代碼：

@Controller

public class TestController {

    @RequestMapping("/test")

    public void test(HttpServletRequest request) throws InterruptedException {

        // 模擬程序執行了一段時間

        Thread.sleep(1000);

    }

}

該方法實現的原理是，在Controller方法開始處理請求時，Spring會將request對象賦值到方法參數中。除了request對象，可以通過這種方法獲取的參數還有很多，具體可以參見：https://docs.spring.io/spring/docs/current/spring-framework-reference/web.html#mvc-ann-methods

Controller中獲取request對象後，如果要在其他方法中（如service方法、工具類方法等）使用request對象，需要在調用這些方法時將request對象作爲參數傳入。

線程安全性

測試結果：線程安全

分析：此時request對象是方法參數，相當於局部變量，毫無疑問是線程安全的。

優缺點

這種方法的主要缺點是request對象寫起來冗餘太多，主要體現在兩點：

1) 如果多個controller方法中都需要request對象，那麼在每個方法中都需要添加一遍request參數

2) request對象的獲取只能從controller開始，如果使用request對象的地方在函數調用層級比較深的地方，那麼整個調用鏈上的所有方法都需要添加request參數

實際上，在整個請求處理的過程中，request對象是貫穿始終的；也就是說，除了定時器等特殊情況，request對象相當於線程內部的一個全局變量。而該方法，相當於將這個全局變量，傳來傳去。

方法2：自動注入

代碼示例

先上代碼：

@Controller

public class TestController{

     

    @Autowired

    private HttpServletRequest request; //自動注入request

     

    @RequestMapping("/test")

    public void test() throws InterruptedException{

        //模擬程序執行了一段時間

        Thread.sleep(1000);

    }

}

線程安全性

測試結果：線程安全

分析：在Spring中，Controller的scope是singleton(單例)，也就是說在整個web系統中，只有一個TestController；但是其中注入的request卻是線程安全的，原因在於：

使用這種方式，當Bean（本例的TestController）初始化時，Spring並沒有注入一個request對象，而是注入了一個代理（proxy）；當Bean中需要使用request對象時，通過該代理獲取request對象。

下面通過具體的代碼對這一實現進行說明。

在上述代碼中加入斷點，查看request對象的屬性，如下圖所示：

在圖中可以看出，request實際上是一個代理：代理的實現參見AutowireUtils的內部類ObjectFactoryDelegatingInvocationHandler：

/**
 * Reflective InvocationHandler for lazy access to the current target object.
 */

@SuppressWarnings("serial")

private static class ObjectFactoryDelegatingInvocationHandler implements InvocationHandler, Serializable {

    private final ObjectFactory<?> objectFactory;

    public ObjectFactoryDelegatingInvocationHandler(ObjectFactory<?> objectFactory) {

        this.objectFactory = objectFactory;

    }

    @Override

    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

        // ……省略無關代碼

        try {

            return method.invoke(this.objectFactory.getObject(), args); // 代理實現核心代碼

        }

        catch (InvocationTargetException ex) {

            throw ex.getTargetException();

        }

    }

}

繼續觀察上圖，發現objectFactory的類型爲WebApplicationContextUtils的內部類RequestObjectFactory；而RequestObjectFactory代碼如下：也就是說，當我們調用request的方法method時，實際上是調用了由objectFactory.getObject()生成的對象的method方法；objectFactory.getObject()生成的對象纔是真正的request對象。

/**
 * Factory that exposes the current request object on demand.
 */

@SuppressWarnings("serial")

private static class RequestObjectFactory implements ObjectFactory<ServletRequest>, Serializable {

    @Override

    public ServletRequest getObject() {

        return currentRequestAttributes().getRequest();

    }

    @Override

    public String toString() {

        return "Current HttpServletRequest";

    }

}

其中，要獲得request對象需要先調用currentRequestAttributes()方法獲得RequestAttributes對象，該方法的實現如下：

/**
 * Return the current RequestAttributes instance as ServletRequestAttributes.
 */

private static ServletRequestAttributes currentRequestAttributes() {

    RequestAttributes requestAttr = RequestContextHolder.currentRequestAttributes();

    if (!(requestAttr instanceof ServletRequestAttributes)) {

        throw new IllegalStateException("Current request is not a servlet request");

    }

    return (ServletRequestAttributes) requestAttr;

}

生成RequestAttributes對象的核心代碼在類RequestContextHolder中，其中相關代碼如下（省略了該類中的無關代碼）：

public abstract class RequestContextHolder {

    public static RequestAttributes currentRequestAttributes() throws IllegalStateException {

        RequestAttributes attributes = getRequestAttributes();

        // 此處省略不相關邏輯…………

        return attributes;

    }

    public static RequestAttributes getRequestAttributes() {

        RequestAttributes attributes = requestAttributesHolder.get();

        if (attributes == null) {

            attributes = inheritableRequestAttributesHolder.get();

        }

        return attributes;

    }

    private static final ThreadLocal<RequestAttributes> requestAttributesHolder =

            new NamedThreadLocal<RequestAttributes>("Request attributes");

    private static final ThreadLocal<RequestAttributes> inheritableRequestAttributesHolder =

            new NamedInheritableThreadLocal<RequestAttributes>("Request context");

}

通過這段代碼可以看出，生成的RequestAttributes對象是線程局部變量（ThreadLocal），因此request對象也是線程局部變量；這就保證了request對象的線程安全性。

優缺點

該方法的主要優點：

1) 注入不侷限於Controller中：在方法1中，只能在Controller中加入request參數。而對於方法2，不僅可以在Controller中注入，還可以在任何Bean中注入，包括Service、Repository及普通的Bean。

2) 注入的對象不限於request：除了注入request對象，該方法還可以注入其他scope爲request或session的對象，如response對象、session對象等；並保證線程安全。

3) 減少代碼冗餘：只需要在需要request對象的Bean中注入request對象，便可以在該Bean的各個方法中使用，與方法1相比大大減少了代碼冗餘。

但是，該方法也會存在代碼冗餘。考慮這樣的場景：web系統中有很多controller，每個controller中都會使用request對象（這種場景實際上非常頻繁），這時就需要寫很多次注入request的代碼；如果還需要注入response，代碼就更繁瑣了。下面說明自動注入方法的改進方法，並分析其線程安全性及優缺點。

方法3：基類中自動注入

代碼示例

與方法2相比，將注入部分代碼放入到了基類中。

基類代碼：

public class BaseController {

    @Autowired

    protected HttpServletRequest request;     

}

Controller代碼如下；這裏列舉了BaseController的兩個派生類，由於此時測試代碼會有所不同，因此服務端測試代碼沒有省略；客戶端也需要進行相應的修改（同時向2個url發送大量併發請求）。

@Controller

public class TestController extends BaseController {

    // 存儲已有參數，用於判斷參數value是否重複，從而判斷線程是否安全

    public static Set<String> set = new ConcurrentSkipListSet<>();

    @RequestMapping("/test")

    public void test() throws InterruptedException {

        String value = request.getParameter("key");

        // 判斷線程安全

        if (set.contains(value)) {

            System.out.println(value + "\t重複出現，request併發不安全！");

        } else {

            System.out.println(value);

            set.add(value);

        }

        // 模擬程序執行了一段時間

        Thread.sleep(1000);

    }

}

@Controller

public class Test2Controller extends BaseController {

    @RequestMapping("/test2")

    public void test2() throws InterruptedException {

        String value = request.getParameter("key");

        // 判斷線程安全（與TestController使用一個set進行判斷）

        if (TestController.set.contains(value)) {

            System.out.println(value + "\t重複出現，request併發不安全！");

        } else {

            System.out.println(value);

            TestController.set.add(value);

        }

        // 模擬程序執行了一段時間

        Thread.sleep(1000);

    }

}

線程安全性

測試結果：線程安全

分析：在理解了方法2的線程安全性的基礎上，很容易理解方法3是線程安全的：當創建不同的派生類對象時，基類中的域（這裏是注入的request）在不同的派生類對象中會佔據不同的內存空間，也就是說將注入request的代碼放在基類中對線程安全性沒有任何影響；測試結果也證明了這一點。

優缺點

與方法2相比，避免了在不同的Controller中重複注入request；但是考慮到java只允許繼承一個基類，所以如果Controller需要繼承其他類時，該方法便不再好用。

無論是方法2和方法3，都只能在Bean中注入request；如果其他方法（如工具類中static方法）需要使用request對象，則需要在調用這些方法時將request參數傳遞進去。下面介紹的方法4，則可以直接在諸如工具類中的static方法中使用request對象（當然在各種Bean中也可以使用）。

方法4：手動調用

代碼示例

@Controller

public class TestController {

    @RequestMapping("/test")

    public void test() throws InterruptedException {

        HttpServletRequest request = ((ServletRequestAttributes) (RequestContextHolder.currentRequestAttributes())).getRequest();

        // 模擬程序執行了一段時間

        Thread.sleep(1000);

    }

}

線程安全性

測試結果：線程安全

分析：該方法與方法2（自動注入）類似，只不過方法2中通過自動注入實現，本方法通過手動方法調用實現。因此本方法也是線程安全的。

優缺點

優點：可以在非Bean中直接獲取。缺點：如果使用的地方較多，代碼非常繁瑣；因此可以與其他方法配合使用。

方法5：@ModelAttribute方法

代碼示例

下面這種方法及其變種（變種：將request和bindRequest放在子類中）在網上經常見到：

@Controller

public class TestController {

    private HttpServletRequest request;

    @ModelAttribute

    public void bindRequest(HttpServletRequest request) {

        this.request = request;

    }

    @RequestMapping("/test")

    public void test() throws InterruptedException {

        // 模擬程序執行了一段時間

        Thread.sleep(1000);

    }

}

線程安全性

測試結果：線程不安全

分析：@ModelAttribute註解用在Controller中修飾方法時，其作用是Controller中的每個@RequestMapping方法執行前，該方法都會執行。因此在本例中，bindRequest()的作用是在test()執行前爲request對象賦值。雖然bindRequest()中的參數request本身是線程安全的，但由於TestController是單例的，request作爲TestController的一個域，無法保證線程安全。

總結

綜上所述，Controller中加參數（方法1）、自動注入（方法2和方法3）、手動調用（方法4）都是線程安全的，都可以用來獲取request對象。如果系統中request對象使用較少，則使用哪種方式均可；如果使用較多，建議使用自動注入（方法2 和方法3）來減少代碼冗餘。如果需要在非Bean中使用request對象，既可以在上層調用時通過參數傳入，也可以直接在方法中通過手動調用（方法4）獲得。

此外，本文在討論獲取request對象的方法時，重點討論該方法的線程安全性、代碼的繁瑣程度等；在實際的開發過程中，還必須考慮所在項目的規範、代碼維護等問題（此處感謝網友的批評指正）。