淺析Spring IOC bean為什么默認是單例

更新時間：2023年12月14日 09:57:17 作者：Lzfnemo2009

單例的意思就是說在 Spring IoC 容器中只會存在一個 bean 的實例,無論一次調(diào)用還是多次調(diào)用,始終指向的都是同一個 bean 對象,本文小編將和大家一起分析Spring IOC bean為什么默認是單例,需要的朋友可以參考下

首先解釋一下什么是單例 bean？

單例的意思就是說在 Spring IoC 容器中只會存在一個 bean 的實例，無論一次調(diào)用還是多次調(diào)用，始終指向的都是同一個 bean 對象

用代碼來解釋單例 bean

public class UserService {
    public void sayHello() {
        System.out.println("hello");
    }
}

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
                           http://www.springframework.org/schema/context https://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd">
 
		<!-- scope 屬性就是用來設(shè)置 bean 的作用域的，不配置的話默認就是單例，這里顯示配置了 singleton -->
    <bean id="userService" class="com.fyl.springboot.bean.singleton.UserService" scope="singleton"/>
 
</beans>

public class Demo {
 
    public static void main(String[] args) {
        ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:beans-singleton.xml");
 
        UserService service = context.getBean(UserService.class);
        UserService service1 = context.getBean(UserService.class);
        System.out.println(service == service1);
    }
}

運行 main 方法最后會輸出：true，這就很明顯的說明了無論多少次調(diào)用 getBean 方法，最終得到的都是同一個實例。

把上面 xml 文件的配置修改一下，修改為：

<!-- scope 的值改為了 prototype，表示每次請求都會創(chuàng)建一個新的 bean -->
<bean id="userService" class="com.fyl.springboot.bean.singleton.UserService" scope="prototype"/>

然后再次運行 main 方法，結(jié)果輸出：false，說明兩次調(diào)用 getBean 方法，得到的不是同一個實例。

了解了什么是單例 bean 之后，我們繼續(xù)來說說單例 bean 的線程安全問題

為什么會存在線程安全問題呢？

因為對于單實例來說，所有線程都共享同一個 bean 實例，自然就會發(fā)生資源的爭搶。

用代碼來說明線程不安全的現(xiàn)象

public class ThreadUnSafe {
 
    public int i;
 
    public void add() {
        i++;
    }
 
    public void sub() {
        i--;
    }
 
    public int getValue() {
        return i;
    }
}

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
                           http://www.springframework.org/schema/context https://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd">
 
    <bean id="threadUnSafe" class="com.fyl.springboot.bean.singleton.ThreadUnSafe" scope="singleton"/>
 
</beans>

public class Demo {
 
    public static void main(String[] args) {
        ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:beans-singleton.xml");
 
        for (int j = 0; j < 10; j++) {
            new Thread(() -> {
                ThreadUnSafe service = context.getBean(ThreadUnSafe.class);
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    service.add();
                }
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    service.sub();
                }
                System.out.println(service.getValue());
            }).start();
        }
    }
}

上面的代碼中，創(chuàng)建了 10 個線程來獲取 ThreadUnSafe 實例，并且循環(huán) 1000 次加法，循環(huán) 1000 次減法，并把最后的結(jié)果打印出來。理想的情況是每個線程打印出來的結(jié)果都是 0

先看一下運行結(jié)果：

2073
1736
1080
1060
221
49
50
-231
-231
-231

從結(jié)果可以看出，運行結(jié)果都不是 0，這明顯的是線程不安全啊！

為什么會出現(xiàn)這種情況？

因為 10 個線程獲取的 ThreadUnSafe 實例都是同一個，并且 10 個線程都對同一個資源 i 發(fā)生了爭搶，所以才會導(dǎo)致線程安全問題的發(fā)生。

現(xiàn)在把 xml 文件中的配置做一下更改：scope 的值改為 prototype

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
                           http://www.springframework.org/schema/context https://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd">
 
    <!-- scope 的值改為 prototype -->
    <bean id="threadUnSafe" class="com.fyl.springboot.bean.singleton.ThreadUnSafe" scope="prototype"/>
 
</beans>

然后再次運行 main 方法，發(fā)現(xiàn)無論運行多少次，最后的結(jié)果都是 0，是線程安全的！

因為 prototype 作用域下，每次獲取的 ThreadUnSafe 實例都不是同一個，所以自然不會有線程安全的問題。

如果單例 bean 是一個無狀態(tài)的 bean，還會有線程安全問題嗎？

不會，無狀態(tài) bean 沒有實例對象，不能保存數(shù)據(jù)，是不變類，是線程安全的。

public class ThreadSafe {
 
    public void getValue() {
        int val = 0;
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            val++;
        }
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            val--;
        }
        System.out.println(val);
    }
}

public class Demo {
 
    public static void main(String[] args) {
        ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:beans-singleton.xml");
 
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                ThreadSafe service = context.getBean(ThreadSafe.class);
                service.getValue();
            }).start();
        }
    }
}

運行結(jié)果為 0

事實證明，無狀態(tài)的 bean 是線程安全的。（無狀態(tài) bean 應(yīng)該是這個意思，如有不對的地方，還望指出）

那么針對單例 bean，而且是有狀態(tài)的 bean，應(yīng)該如何保證線程安全呢？

那有人肯定會說了：既然是線程安全問題，那就加鎖唄！

毫無疑問加鎖確實可以，但是加鎖多多少少有點性能上的下降

加鎖代碼如下所示：

public class Demo {
 
    public static void main(String[] args) {
        ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:beans-singleton.xml");
 
        for (int j = 0; j < 10; j++) {
            new Thread(() -> {
                ThreadUnSafe service = context.getBean(ThreadUnSafe.class);
                synchronized (service) {
                    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                        service.add();
                    }
                    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                        service.sub();
                    }
                    System.out.println(service.getValue());
                }
            }).start();
        }
    }
}

還有一種方法是使用 ThreadLocal

ThreadLocal 簡單的說就是在自己線程內(nèi)創(chuàng)建一個變量的副本，那么線程操作的自然也就是自己線程內(nèi)的資源了，也就規(guī)避了線程安全問題。但是卻帶來了空間上的開銷。

使用方法如下：

public class ThreadUnSafe {
 
    ThreadLocal<Integer> threadLocal = new ThreadLocal<>();
 
    public void add() {
        Integer i = threadLocal.get();
        if (i == null) {
            i = 0;
        }
        i++;
        threadLocal.set(i);
    }
 
    public void sub() {
        Integer i = threadLocal.get();
        i--;
        threadLocal.set(i);
    }
 
    public Integer getValue() {
        return threadLocal.get();
    }
}

public class Demo {
 
    public static void main(String[] args) {
        ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:beans-singleton.xml");
 
        for (int j = 0; j < 10; j++) {
            new Thread(() -> {
                ThreadUnSafe service = context.getBean(ThreadUnSafe.class);
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    service.add();
                }
                for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                    service.sub();
                }
                System.out.println(service.getValue());
            }).start();
        }
    }
}

使用 ThreadLocal 即使不加鎖也保證了輸出的結(jié)果都是 0

加鎖和使用 ThreadLocal 各有各的特點