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玩轉Spring各種作用域Bean Scope及源碼分析

發布時間：2024-01-21 21:02:44 作者：網友整理

Spring Scope Bean是Spring框架中用于管理Bean的作用域的機制，它定義了Bean的生命周期和實例化策略。通過合理地選擇Bean的作用域，可以優化應用的性能和資源利用率。

環境：Spring5.3.23

一. 簡介

Spring Scope Bean是Spring用于管理Bean的作用域的一種機制。它定義了容器中Bean的生命周期和實例化策略，即如何創建Bean實例。

在Spring中，Bean的作用域包括單例（singleton）、原型（prototype）、請求（request）、會話（session）等。每個作用域都有其特定的使用場景和行為：

  1. 單例（singleton）：這是Spring默認的作用域，表示在整個Spring容器中，只有一個Bean實例存在。無論你從哪個地方獲取這個Bean，都將返回同一個實例。
  2. 原型（prototype）：每次從容器中請求Bean時，都會創建一個新的Bean實例。
  3. 請求（request）：在一個HTTP請求的范圍內，Bean是單例的。這種作用域適用于與單個請求關聯的Bean。
  4. 會話（session）：在一個HTTP會話的范圍內，Bean是單例的。這種作用域適用于與單個用戶會話關聯的Bean。

此外，Spring還提供了其他一些作用域應用（Application）、WebSocket，以滿足不同場景的需求。

通過合理地選擇Bean的作用域，可以優化應用的性能和資源利用率。例如，對于需要頻繁創建和銷毀實例的Bean，使用原型作用域會更高效；而對于需要在多個請求或會話之間共享狀態的Bean，則可以選擇單例或會話作用域。附官方圖：

玩轉Spring各種作用域Bean Scope及源碼分析圖片

接下來將分別介紹每一種作用域bean。

二. 作用域應用

基礎類

static class Person {
  @Override
  public String toString() {
    return super.toString() + " - " + this.hashCode() + "" ;
  }
}

2.1 單例(singleton)

默認使用@Bean，@Service，@Controller注解標注的注解都是單例的。也可以同@Scope注解指定作用域為單例

@Bean
// 不指定@Scope默認就是單例
@Scope(value = "singleton")
public Person person() {
  return new Person() ;
}

測試

try (AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext()) {
  context.registerBean(Config.class) ;
  context.refresh() ;
  
  System.out.println(context.getBean(Person.class)) ;
  System.out.println(context.getBean(Person.class)) ;
}

控制臺輸出

com.pack.mAIn.scope.ScopeMain5$Person@5e0e82ae - 1578009262
com.pack.main.scope.ScopeMain5$Person@5e0e82ae - 1578009262

每次獲取的都是同一個實例。

原理

public abstract class AbstractBeanFactory {
  protected <T> T doGetBean(...) {
    // ...
    // 判斷是否是單例
    if (mbd.isSingleton()) {
      // 先從單例池中查找是否已經存在，不存在則調用createBean創建，
      // 然后存入單例池中
      sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
        try {
          return createBean(beanName, mbd, args);
        }
      });
    }
    // ...
  }
}

2.2 原型(prototype)

每次從容器中請求Bean時，都會創建一個新的Bean實例。

@Bean
@Scope(value = "prototype")
public Person person() {
  return new Person() ;
}

控制臺輸出

com.pack.main.scope.ScopeMain5$Person@fa4c865 - 262457445
com.pack.main.scope.ScopeMain5$Person@3bd82cf5 - 1004023029

每次獲取都是不同的對象。

原理

public abstract class AbstractBeanFactory {
  protected <T> T doGetBean(...) {
    // ...
    // 判斷是否是單例
    if (mbd.isSingleton()) {
      // ...
    }
    // 判斷是否是原型
    else if (mbd.isPrototype()) {
      Object prototypeInstance = null;
      try {
        // 不存在什么緩存池，直接創建bean實例返回
        prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
      }
    }
    // ...
  }
}

這里考慮一個問題，如何在單例bean中正確的注入原型bean？

2.3 請求(request)

接下來都是與web環境相關了，所以這里演示的示例會以SpringBoot3.0.5環境演示。

基礎類

@Component
@Scope(value = "request")
public class Person {
}

測試類

@RestController
@RequestMapping("/scopes")
public class ScopeController {
  @Resource
  private Person person ;
  @Resource
  private PersonService ps ;
  @GetMapping("/request")
  public Person request() {
    System.out.println("ScopeController: " + person) ;
    ps.query() ;
    return person ;
  }
}

Service

@Service
public class PersonService {
  @Resource
  private Person person ;
  public void query() {
    System.out.println("PersonService: " + person) ;
  }
}

如果上面這樣配置，啟動服務將會報錯：

Caused by: JAVA.lang.IllegalStateException: No thread-bound request found: Are you referring to request attributes outside of an actual web request, or processing a request outside of the originally receiving thread? If you are actually operating within a web request and still receive this message, your code is probably running outside of DispatcherServlet: In this case, use RequestContextListener or RequestContextFilter to expose the current request.
  at org.springframework.web.context.request.RequestContextHolder.currentRequestAttributes(RequestContextHolder.java:131) ~[spring-web-6.0.7.jar:6.0.7]

該錯誤的原因就是你在一個單例bean中注入一個request作用域的bean，而request作用域bean的生命周期是在一個web請求開始創建的，所以這里你當然是沒法注入的。

解決辦法：

  • @Scope設置代理模式
@Component
@Scope(value = "request", proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)
public class Person {}

測試結果

ScopeController: com.pack.scopes.Person@106a9684 - 275420804
PersonService: com.pack.scopes.Person@106a9684 - 275420804
ScopeController: com.pack.scopes.Person@64396678 - 1681483384
PersonService: com.pack.scopes.Person@64396678 - 1681483384

每次請求接口都獲取的不是同一個實例。并且在一個完整的請求中獲取的Person都是同一個。

  • 使用@RequestScope

該注解原理與上面其實一致的

@Scope(WebApplicationContext.SCOPE_REQUEST)
public @interface RequestScope {
  @AliasFor(annotation = Scope.class)
  // 設置好了使用代理
  ScopedProxyMode proxyMode() default ScopedProxyMode.TARGET_CLASS;
}

2.4 會話(session)

@Component
@Scope(value = "session", proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)
// 與request一樣，必須設置代理模式或者使用下面這個注解
// @SessionScope
public class Person {}

測試

ScopeController: com.pack.scopes.Person@2b56038d - 727057293
PersonService: com.pack.scopes.Person@2b56038d - 727057293
ScopeController: com.pack.scopes.Person@2b56038d - 727057293
PersonService: com.pack.scopes.Person@2b56038d - 727057293

多次訪問都是同一個session；你再換個瀏覽器訪問

ScopeController: com.pack.scopes.Person@1aa201fd - 446824957
PersonService: com.pack.scopes.Person@1aa201fd - 446824957
ScopeController: com.pack.scopes.Person@1aa201fd - 446824957
PersonService: com.pack.scopes.Person@1aa201fd - 446824957

此時對象就是一個新的了，不同的瀏覽器訪問當然不是同一個session了。

2.5 應用(application)

@Scope(value = "application", proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)
// @ApplicationScope
// 都是web環境，所以情況都一樣
public class Person {}

測試

360瀏覽器

ScopeController: com.pack.scopes.Person@6371b4b6 - 1668396214
PersonService: com.pack.scopes.Person@6371b4b6 - 1668396214

Chrome瀏覽器

ScopeController: com.pack.scopes.Person@6371b4b6 - 1668396214
PersonService: com.pack.scopes.Person@6371b4b6 - 1668396214

他們是同一個對象，application作用域生命周期與整個應用一樣，只有你關閉了服務器，在啟動后才會是再重新創建的bean對象。

3. web作用域原理

3.1 注冊作用域

public abstract class AbstractApplicationContext {
  public void refresh() {
    postProcessBeanFactory(beanFactory);
  }
}
public class AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext {
  protected void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
    super.postProcessBeanFactory(beanFactory);
  }
}
public class ServletWebServerApplicationContext {
  protected void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
    // ...
    registerWebApplicationScopes();
  }
  private void registerWebApplicationScopes() {
    WebApplicationContextUtils.registerWebApplicationScopes(getBeanFactory());
  }
}
public abstract class WebApplicationContextUtils {
  public static void registerWebApplicationScopes(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
    registerWebApplicationScopes(beanFactory, null);
  }
  public static void registerWebApplicationScopes(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory,
      @Nullable ServletContext sc) {
    // 注冊作用域
    beanFactory.registerScope(WebApplicationContext.SCOPE_REQUEST, new RequestScope());
    beanFactory.registerScope(WebApplicationContext.SCOPE_SESSION, new SessionScope());
    if (sc != null) {
      ServletContextScope appScope = new ServletContextScope(sc);
      beanFactory.registerScope(WebApplicationContext.SCOPE_APPLICATION, appScope);
    }
  }
}

這里每一種web作用域都有一個對應的Scope實現RequestScope，SessionScope，ServletContextScope。

3.2 查找web作用域bean

public abstract class AbstractBeanFactory {
  protected <T> T doGetBean(...) {
    // ...
    // 判斷是否是單例
    if (mbd.isSingleton()) {
      // ...
    }
    // 判斷是否是原型
    else if (mbd.isPrototype()) {
      Object prototypeInstance = null;
      try {
        // 不存在什么緩存池，直接創建bean實例返回
        prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
      }
    }
    // 其它作用域bean，如上面的web作用域
    else {
      String scopeName = mbd.getScope();
      Scope scope = this.scopes.get(scopeName);
      if (scope == null) {
        throw new IllegalStateException("No Scope registered for scope name '" + scopeName + "'");
      }
      try {
          // 通過具體Scope的實現類獲取bean對象
        Object scopedInstance = scope.get(beanName, () -> {
          beforePrototypeCreation(beanName);
          try {
            // 首次都還是會創建
            return createBean(beanName, mbd, args);
            }
          });
        }
      }
    }
    // ...
  }
}

總結：Spring Scope Bean是Spring框架中用于管理Bean的作用域的機制，它定義了Bean的生命周期和實例化策略。通過合理地選擇Bean的作用域，可以優化應用的性能和資源利用率。

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