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微信開發

由取得微信access_token引出的Java多執行緒並發問題

高洛峰

Feb 28, 2017 am 09:44 AM

微信開發

背景：

access_token是公有號的全域唯一票據，公眾號呼叫各介面時需使用access_token。開發者需要進行妥善保存。 access_token的儲存至少要保留512個字元空間。 access_token的有效期限目前為2小時，需定時刷新，重複取得將導致上次取得的access_token失效。

1、为了保密appsecrect，第三方需要一个access_token获取和刷新的中控服务器。而其他业务逻辑服务器所使用的access_token均来自于该中控服务器，不应该各自去刷新，否则会造成access_token覆盖而影响业务；
2、目前access_token的有效期通过返回的expire_in来传达，目前是7200秒之内的值。中控服务器需要根据这个有效时间提前去刷新新access_token。在刷新过程中，中控服务器对外输出的依然是老access_token，此时公众平台后台会保证在刷新短时间内，新老access_token都可用，这保证了第三方业务的平滑过渡；
3、access_token的有效时间可能会在未来有调整，所以中控服务器不仅需要内部定时主动刷新，还需要提供被动刷新access_token的接口，这样便于业务服务器在API调用获知access_token已超时的情况下，可以触发access_token的刷新流程。

简单起见，使用一个随servlet容器一起启动的servlet来实现获取access_token的功能，具体为：因为该servlet随着web容器而启动，在该servlet的init方法中触发一个线程来获得access_token，该线程是一个无线循环的线程，每隔2个小时刷新一次access_token。相关代码如下：
：

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public class InitServlet extends HttpServlet 
{
	private static final long serialVersionUID = 1L;

	public void init(ServletConfig config) throws ServletException 
	{
		new Thread(new AccessTokenThread()).start();  
	}

}

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2）執行緒程式碼：

public class AccessTokenThread implements Runnable 
{
	public static AccessToken accessToken;
	
	@Override
	public void run() 
	{
		while(true) 
		{
			try{
				AccessToken token = AccessTokenUtil.freshAccessToken();	// 从微信服务器刷新access_token
				if(token != null){
					accessToken = token;
				}else{
					System.out.println("get access_token failed------------------------------");
				}
			}catch(IOException e){
				e.printStackTrace();
			}
			
			try{
				if(null != accessToken){
					Thread.sleep((accessToken.getExpire_in() - 200) * 1000);	// 休眠7000秒
				}else{
					Thread.sleep(60 * 1000);	// 如果access_token为null，60秒后再获取
				}
			}catch(InterruptedException e){
				try{
					Thread.sleep(60 * 1000);
				}catch(InterruptedException e1){
					e1.printStackTrace();
				}
			}
		}
	}
}

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#3）AccessToken程式碼：

public class AccessToken 
{
	private String access_token;
	private long expire_in;		// access_token有效时间，单位为妙
	
	public String getAccess_token() {
		return access_token;
	}
	public void setAccess_token(String access_token) {
		this.access_token = access_token;
	}
	public long getExpire_in() {
		return expire_in;
	}
	public void setExpire_in(long expire_in) {
		this.expire_in = expire_in;
	}
}

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# 4）servlet在web.xml中的設定

## 4）servlet在web.xml中的設定

  <servlet>
    <servlet-name>initServlet</servlet-name>
    <servlet-class>com.sinaapp.wx.servlet.InitServlet</servlet-class>
    <load-on-startup>0</load-on-startup>
  </servlet>

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因為initServlet設定了load-on-startup=0，所以保證了在所有其它servlet之前啟動。 其它servlet要使用access_token的只需要呼叫 AccessTokenThread.accessToken即可。

引出多執行緒並發問題

：

#1）上面的實作似乎沒有什麼問題，但是仔細一想，AccessTokenThread類別中的accessToken ，它存在並發訪問的問題，它僅僅由AccessTokenThread每隔2小時更新一次，但是會有很多線程來讀取它，它是一個典型的讀多寫少的場景，而且只有一個線程寫。既然存在並發的讀寫，那麼上面的程式碼肯定是存在問題的。

一般想到的最簡單的方法是使用synchronized來處理：

public class AccessTokenThread implements Runnable 
{
	private static AccessToken accessToken;
	
	@Override
	public void run() 
	{
		while(true) 
		{
			try{
				AccessToken token = AccessTokenUtil.freshAccessToken();	// 从微信服务器刷新access_token
				if(token != null){
					AccessTokenThread.setAccessToken(token);
				}else{
					System.out.println("get access_token failed");
				}
			}catch(IOException e){
				e.printStackTrace();
			}
			
			try{
				if(null != accessToken){
					Thread.sleep((accessToken.getExpire_in() - 200) * 1000);	// 休眠7000秒
				}else{
					Thread.sleep(60 * 1000);	// 如果access_token为null，60秒后再获取
				}
			}catch(InterruptedException e){
				try{
					Thread.sleep(60 * 1000);
				}catch(InterruptedException e1){
					e1.printStackTrace();
				}
			}
		}
	}

	public synchronized static AccessToken getAccessToken() {
		return accessToken;
	}

	private synchronized static void setAccessToken(AccessToken accessToken) {
		AccessTokenThread2.accessToken = accessToken;
	}
}

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accessToken變成了private，setAccessToken也變成了private ，增加了同步synchronized訪問accessToken的方法。那麼到這裡是不是就完美了呢？就沒有問題了呢？仔細想想，還是有問題，問題出在AccessToken類別的定義上，它提供了public的set方法，那麼所有的線程都在使用AccessTokenThread.getAccessToken()獲得了所有線程共享的accessToken之後，任何線程都可以修改它的屬性！！！！而這肯定是不對的，不應該的。

2）解決方法一

：

我們讓AccessTokenThread.getAccessToken()方法傳回一個accessToken物件的copy，副本，這樣其它的執行緒就無法修改AccessTokenThread類別中的accessToken了。以下修改AccessTokenThread.getAccessToken()方法即可：

	public synchronized static AccessToken getAccessToken() {
		AccessToken at = new AccessToken();
		at.setAccess_token(accessToken.getAccess_token());		
		at.setExpire_in(accessToken.getExpire_in());
		return at;
	}

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也可以在AccessToken類別中實作clone方法，原理都是一樣的。當然setAccessToken也變成了private。

3）解決方法二

：

既然我們不應該讓AccessToken的物件被修改，那我們為什麼不將accessToken定義成一個“不可變物件”？相關修改如下：

public class AccessToken 
{
	private final String access_token;
	private final long expire_in;		// access_token有效时间，单位为妙
	
	public AccessToken(String access_token, long expire_in)
	{
		this.access_token = access_token;
		this.expire_in = expire_in;
	}
	
	public String getAccess_token() {
		return access_token;
	}
	
	public long getExpire_in() {
		return expire_in;
	}
}

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如上所示，AccessToken所有的屬性都定義成了final型別了，只提供建構子和get方法。這樣的話，其他的執行緒在獲得了AccessToken的物件之後，就無法修改了。改修改要求AccessTokenUtil.freshAccessToken()中傳回的AccessToken的物件只能透過有參的建構子來建立。同時AccessTokenThread的setAccessToken也要修改成private，getAccessToken無須回傳一個副本了。

注意不可變物件必須滿足下面的三個條件：

a) 物件建立之後其狀態就不能修改；

b) 物件的所有域都是final型別；c) 物件是正確建立的(即在物件的建構子中，this引用沒有發生逸出);

4）解決方法三

：

還有沒有其他更好，更完美，更有效率的方法呢？讓我們分析一下，在解決方法二中，AccessTokenUtil.freshAccessToken()傳回的是一個不可變對象，然後呼叫private的AccessTokenThread.setAccessToken(AccessToken accessToken)方法來進行賦值。這個方法上的synchronized同步起到了什麼作用呢？因為物件時不可變的，而且只有一個執行緒可以呼叫setAccessToken方法，那麼這裡的synchronized沒有起到"互斥"的作用(因為只有一個執行緒修改)，而僅僅是起到了保證「可見性」的作用，讓修改對其它的執行緒可見，也就是讓其他執行緒存取到的都是最新的accessToken物件。而保證「可見性」是可以使用volatile來進行的，所以這裡的synchronized應該是沒有必要的，我們使用volatile來替代它。相關修改程式碼如下：

public class AccessTokenThread implements Runnable 
{
	private static volatile AccessToken accessToken;
	
	@Override
	public void run() 
	{
		while(true) 
		{
			try{
				AccessToken token = AccessTokenUtil.freshAccessToken();	// 从微信服务器刷新access_token
				if(token != null){
					AccessTokenThread2.setAccessToken(token);
				}else{
					System.out.println("get access_token failed");
				}
			}catch(IOException e){
				e.printStackTrace();
			}
			
			try{
				if(null != accessToken){
					Thread.sleep((accessToken.getExpire_in() - 200) * 1000);	// 休眠7000秒
				}else{
					Thread.sleep(60 * 1000);	// 如果access_token为null，60秒后再获取
				}
			}catch(InterruptedException e){
				try{
					Thread.sleep(60 * 1000);
				}catch(InterruptedException e1){
					e1.printStackTrace();
				}
			}
		}
	}

	private static void setAccessToken(AccessToken accessToken) {
		AccessTokenThread2.accessToken = accessToken;
	}
        public static AccessToken getAccessToken() {
               return accessToken;
        }
}

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也可以這樣改：

public class AccessTokenThread implements Runnable 
{
	private static volatile AccessToken accessToken;
	
	@Override
	public void run() 
	{
		while(true) 
		{
			try{
				AccessToken token = AccessTokenUtil.freshAccessToken();	// 从微信服务器刷新access_token
				if(token != null){
					accessToken = token;
				}else{
					System.out.println("get access_token failed");
				}
			}catch(IOException e){
				e.printStackTrace();
			}
			
			try{
				if(null != accessToken){
					Thread.sleep((accessToken.getExpire_in() - 200) * 1000);	// 休眠7000秒
				}else{
					Thread.sleep(60 * 1000);	// 如果access_token为null，60秒后再获取
				}
			}catch(InterruptedException e){
				try{
					Thread.sleep(60 * 1000);
				}catch(InterruptedException e1){
					e1.printStackTrace();
				}
			}
		}
	}

	public static AccessToken getAccessToken() {
		return accessToken;
	}
}

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## 還可以這樣改：

###

public class AccessTokenThread implements Runnable 
{    public static volatile AccessToken accessToken;
    
    @Override    public void run() 
    {        while(true) 
        {            try{
                AccessToken token = AccessTokenUtil.freshAccessToken();    // 从微信服务器刷新access_token
                if(token != null){
                    accessToken = token;
                }else{
                    System.out.println("get access_token failed");
                }
            }catch(IOException e){
                e.printStackTrace();
            }            
            try{                if(null != accessToken){
                    Thread.sleep((accessToken.getExpire_in() - 200) * 1000);    // 休眠7000秒
                }else{
                    Thread.sleep(60 * 1000);    // 如果access_token为null，60秒后再获取                }
            }catch(InterruptedException e){                try{
                    Thread.sleep(60 * 1000);
                }catch(InterruptedException e1){
                    e1.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

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######

accesToken变成了public，可以直接是一个AccessTokenThread.accessToken来访问。但是为了后期维护，最好还是不要改成public.

其实这个问题的关键是：在多线程并发访问的环境中如何正确的发布一个共享对象。

其实我们也可以使用Executors.newScheduledThreadPool来搞定：

public class InitServlet2 extends HttpServlet 
{    private static final long serialVersionUID = 1L;    public void init(ServletConfig config) throws ServletException 
    {
        ScheduledExecutorService executor = Executors.newScheduledThreadPool(1);
        executor.scheduleAtFixedRate(new AccessTokenRunnable(), 0, 7200-200, TimeUnit.SECONDS);
    }
}

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public class AccessTokenRunnable implements Runnable 
{    private static volatile AccessToken accessToken;
    
    @Override    public void run() 
    {        try{
            AccessToken token = AccessTokenUtil.freshAccessToken();    // 从微信服务器刷新access_token
            if(token != null){
                accessToken = token;
            }else{
                System.out.println("get access_token failed");
            }
        }catch(IOException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }    public static AccessToken getAccessToken() 
    {        while(accessToken == null){            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }        return accessToken;
    }
    
}

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获取accessToken方式变成了：AccessTokenRunnable.getAccessToken();

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