java并发-记一次统计变量值偏差问题

Posted 2020-12-23 anhaix0120

　　1 问题描述
　　
　　在一个项目中，需要对发送的请求结果进行统计，开发同事定义了两个全局共享变量CommonUtil.ReqFailNum和ReqNum,分别记录请求失败数和发送的请求数。并在每次发送请求之前都假定该请求会处理失败，先对其累加，直到成功收到200的返回码后，重新修正失败数量。
　　
　　最后当应用处理请求处于较频繁的阶段时，出现了ReqFailNum最后减为负数的情况，一次正常请求完成时，CommonUtil.ReqFailNum ++;和CommonUtil.ReqFailNum --应该是成对出现的，这个统计值不应该为负数的。
　　
　　发送请求的代码如下：

private static boolean XMLPost(String content, String sendUrl) throws Exception{
    boolean bn = false;
    
    if ( null != content ) {
            //初始假设请求发送失败，等待正常返回200后再将失败记录数--
            CommonUtil.ReqFailNum ++;
            
            URL url =null;
            URLConnection con = null;
            OutputStreamWriter out = null;
            try {
                url = new URL(sendUrl);
                con = url.openConnection();
            }catch (MalformedURLException e1) {
                throw new ConnException("MalformedURLException");
            } catch (IOException e) {
                throw new ConnException("IOException");
            }
            con.setConnectTimeout(2000);
            con.setReadTimeout(2000);
            con.setDoOutput(true);
            con.setRequestProperty("Connection", "keep-alive");
            con.setRequestProperty("Pragma:", "no-cache");
            con.setRequestProperty("Cache-Control", "no-cache");
            con.setRequestProperty("Content-Type", "text/xml");
            
            try {
                out = new OutputStreamWriter(con.getOutputStream(), "UTF-8");
                out.write(content);
                out.flush();
                out.close();
            } catch (UnsupportedEncodingException e) {
                throw new ConnException("UnsupportedEncodingException");
            } catch (IOException e) {
                String exceptionStr = CommonUtil.stackTraceStr(e);
                throw new ConnException("IOException."+exceptionStr);
            }finally{
                try {
                    if(out != null){
                        out.close();
                    }
                } catch (IOException e) {
                    
                    throw new ConnException("IOException...");
                }
            }
            
            String headline = con.getHeaderField(0);
            if (headline != null && headline.indexOf("200") > -1) {
                CommonUtil.ReqFailNum --;
                CommonUtil.ReqNum ++;
                bn = true;
                logger.info("sendUrl:: return 200 ok" );
            }
    }
    return bn;
}

　　2 错误原因分析
　　
　　统计变量在并发环境下，开发人员却忽视了其安全问题。由于该方法在Action中调用，客户端的每个请求，都会调用该方法。而Web服务器处理客户端的请求时，对每个请求都创建了一个线程去处理。这段对统计变量操作的代码，曝露在多线程环境下，却没有任何同步处理，很容易导致统计数据的不一致问题。
　　
　　在这个应用中，ReqFailNum++这个操作实际上应该是一个原子操作，它包含了对内存的三个动作“读-修改-写”，并且结果状态依赖于之前的状态。上述代码，在没有同步的情况下，当两个线程同时执行这行代码时，可能读到的是同一个值，同时+1 ，最终应该是两次累计操作，结果只累加了一次，由于丢失了一次递增操作，最终的统计值就偏差了1。
　　
　　由于++代码是方法最初的几行，线程同时执行++操作的概率较大，而CommonUtil.ReqFailNum --;是在请求成功处理完成后执行的，这段时间涉及到网络请求，处理时间不确定性较大，所以- -操作同时执行的概率也较低。最终ReqFailNum++丢失的次数会多于ReqFailNum--丢失的次数，从而导致这个共享变量ReqFailNum的值成了负数。
　　
　　3 解决办法
　　
　　1）使用锁，将ReqFailNum++或--的操作放在同步代码块中
　　
　　2）由于是简单的统计变量，可以利用原子变量的特性，使用AtomicInteger或AtomicLong
　　
　　结论：Web项目中，共享变量的线程安全性容易被忽视，加上数据不一致问题的出现具有偶发、不可预测等因素（本来想截个图的，但是应用目前并发量小，没有出现数据不一致的现象，这也是并发问题隐蔽而不易被发现的原因），为了防患于未然，在项目伊始就应该分析并发因素，让开发人员关注可变状态的线程安全性问题，是非常必要的。