@Scope("prototype")的正确用法——解决Bean的多例问题

1. 问题，Spring管理的某个Bean需要使用多例

  在使用了Spring的web工程中，除非特殊情况，我们都会选择使用Spring的IOC功能来管理Bean，而不是用到时去new一个。Spring管理的Bean默认是单例的（即Spring创建好Bean，需要时就拿来用，而不是每次用到时都去new，又快性能又好），但有时候单例并不满足要求（比如Bean中不全是方法，有成员，使用单例会有线程安全问题，可以搜索线程安全与线程不安全的相关文章），你上网可以很容易找到解决办法，即使用@Scope("prototype")注解，可以通知Spring把被注解的Bean变成多例，如下所示：

import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMethod;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping(value = "/testScope")
public class TestScope {

    private String name;

    @RequestMapping(value = "/{username}",method = RequestMethod.GET)
    public void userProfile(@PathVariable("username") String username) {
        name = username;
        try {
            for(int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println(Thread.currentThread().getId() + "name:" + name);
                Thread.sleep(2000);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return;
    }
}

  分别发送请求http://localhost:8043/testScope/aaa和http://localhost:8043/testScope/bbb，控制台输出：

34name:aaa
34name:aaa
35name:bbb
34name:bbb

  （34和35是两个线程的ID，每次运行都可能不同，但是两个请求使用的线程的ID肯定不一样，可以用来区分两个请求。）可以看到第二个请求bbb开始后，将name的内容改为了“bbb”，第一个请求的name也从“aaa”改为了“bbb”。要想避免这种情况，可以使用@Scope("prototype"),注解加在TestScope这个类上。加完注解后重复上面的请求，发现第一个请求一直输出“aaa”，第二个请求一直输出“bbb”，成功。

2. 问题升级，多个Bean的依赖链中，有一个需要多例

  第一节中是一个很简单的情况，真实的Spring Web工程起码有Controller、Service、Dao三层，假如Controller层是单例，Service层需要多例，这时候应该怎么办呢？

2.1 一次失败的尝试

  首先我们想到的是在Service层加注解@Scope("prototype")，如下所示：
controller类代码

import com.example.test.service.Order;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMethod;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping(value = "/testScope")
public class TestScope {

    @Autowired
    private Order order;

    private String name;

    @RequestMapping(value = "/{username}", method = RequestMethod.GET)
    public void userProfile(@PathVariable("username") String username) {
        name = username;
        order.setOrderNum(name);
        try {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println(
                        Thread.currentThread().getId()
                                + "name:" + name
                                + "--order:"
                                + order.getOrderNum());
                Thread.sleep(2000);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return;
    }
}

Service类代码

import org.springframework.context.annotation.Scope;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
@Scope("prototype")
public class Order {
    private String orderNum;

    public String getOrderNum() {
        return orderNum;
    }

    public void setOrderNum(String orderNum) {
        this.orderNum = orderNum;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Order{" +
                "orderNum='" + orderNum + '\'' +
                '}';
    }
}

  分别发送请求http://localhost:8043/testScope/aaa和http://localhost:8043/testScope/bbb，控制台输出：

32name:aaa--order:aaa
32name:aaa--order:aaa
34name:bbb--order:bbb
32name:bbb--order:bbb

  可以看到Controller的name和Service的orderNum都被第二个请求从“aaa”改成了“bbb”，Service并不是多例，失败。

2.2 一次成功的尝试

  我们再次尝试，在Controller和Service都加上@Scope("prototype")，结果成功，这里不重复贴代码，读者可以自己试试。

2.3 成功的原因（对2.1、2.2的理解）

  Spring定义了多种作用域，可以基于这些作用域创建bean，包括：

  • 单例（ Singleton）：在整个应用中，只创建bean的一个实例。
  • 原型（ Prototype）：每次注入或者通过Spring应用上下文获取的时候，都会创建一个新的bean实例。

  对于以上说明，我们可以这样理解：虽然Service是多例的，但是Controller是单例的。如果给一个组件加上@Scope("prototype")注解，每次请求它的实例，spring的确会给返回一个新的。问题是这个多例对象Service是被单例对象Controller依赖的。而单例服务Controller初始化的时候，多例对象Service就已经注入了；当你去使用Controller的时候，Service也不会被再次创建了（注入时创建，而注入只有一次）。

2.4 另一种成功的尝试（基于2.3的猜想）

  为了验证2.3的猜想，我们在Controller钟每次去请求获取Service实例，而不是使用@Autowired注入，代码如下：
Controller类

import com.example.test.service.Order;
import com.example.test.utils.SpringBeanUtil;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.PathVariable;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMethod;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping(value = "/testScope")
public class TestScope {

    private String name;

    @RequestMapping(value = "/{username}", method = RequestMethod.GET)
    public void userProfile(@PathVariable("username") String username) {
        name = username;
        Order order = SpringBeanUtil.getBean(Order.class);
        order.setOrderNum(name);
        try {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.println(
                        Thread.currentThread().getId()
                                + "name:" + name
                                + "--order:"
                                + order.getOrderNum());
                Thread.sleep(2000);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return;
    }
}

用于获取Spring管理的Bean的类

package com.example.test.utils;

import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.ApplicationContextAware;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class SpringBeanUtil implements ApplicationContextAware {

    /**
     * 上下文对象实例
     */
    private static ApplicationContext applicationContext;

    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        this.applicationContext = applicationContext;
    }

    /**
     * 获取applicationContext
     *
     * @return
     */
    public static ApplicationContext getApplicationContext() {
        return applicationContext;
    }

    /**
     * 通过name获取 Bean.
     *
     * @param name
     * @return
     */
    public static Object getBean(String name) {
        return getApplicationContext().getBean(name);
    }

    /**
     * 通过class获取Bean.
     *
     * @param clazz
     * @param <T>
     * @return
     */
    public static <T> T getBean(Class<T> clazz) {
        return getApplicationContext().getBean(clazz);
    }

    /**
     * 通过name,以及Clazz返回指定的Bean
     *
     * @param name
     * @param clazz
     * @param <T>
     * @return
     */
    public static <T> T getBean(String name, Class<T> clazz) {
        return getApplicationContext().getBean(name, clazz);
    }
}

  Order的代码不变。
  分别发送请求http://localhost:8043/testScope/aaa和http://localhost:8043/testScope/bbb，控制台输出：

31name:aaa--order:aaa
33name:bbb--order:bbb
31name:bbb--order:aaa
33name:bbb--order:bbb

  可以看到，第二次请求的不会改变第一次请求的name和orderNum。问题解决。我们在2.3节中给出的的理解是对的。

3. Spring给出的解决问题的办法（解决Bean链中某个Bean需要多例的问题）

  虽然第二节解决了问题，但是有两个问题：

  • 方法一，为了一个多例，让整个一串Bean失去了单例的优势；
  • 方法二，破坏IOC注入的优美展现形式，和new一样不便于管理和修改。

  Spring作为一个优秀的、用途广、发展时间长的框架，一定有成熟的解决办法。经过一番搜索，我们发现，注解@Scope("prototype")（这个注解实际上也可以写成@Scope(value = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE，使用常量比手打字符串不容易出错）还有很多用法。
  首先value就分为四类：

  • ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE，即“prototype”
  • ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON，即“singleton”
  • WebApplicationContext.SCOPE_REQUEST，即“request”
  • WebApplicationContext.SCOPE_SESSION，即“session”

  他们的含义是：

  • singleton和prototype分别代表单例和多例；
  • request表示请求，即在一次http请求中，被注解的Bean都是同一个Bean，不同的请求是不同的Bean；
  • session表示会话，即在同一个会话中，被注解的Bean都是使用的同一个Bean，不同的会话使用不同的Bean。

  使用session和request产生了一个新问题，生成controller的时候需要service作为controller的成员，但是service只在收到请求（可能是request也可能是session）时才会被实例化，controller拿不到service实例。为了解决这个问题，@Scope注解添加了一个proxyMode的属性，有两个值ScopedProxyMode.INTERFACES和ScopedProxyMode.TARGET_CLASS，前一个表示表示Service是一个接口，后一个表示Service是一个类。
  本文遇到的问题中，将@Scope注解改成@Scope(value = WebApplicationContext.SCOPE_REQUEST, proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)就可以了，这里就不重复贴代码了。
  问题解决。

参考：

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