思考:Spring 为啥默认把 Bean 设计成单例的?

来源:blog.youkuaiyun.com/qq_33840251/article/details/90482170

  • 单例bean与原型bean的区别

    • 1.画图分析

    • 2.源码分析

  • 单例bean的优势

    • 1.减少了新生成实例的消耗

    • 2.减少jvm垃圾回收

    • 3.可以快速获取到bean

  • 单例bean的劣势

  • 总结

    • Spring 为啥把bean默认设计成单例?

    • 单例有啥劣势?


熟悉Spring开发的朋友都知道Spring提供了5种scope分别是singleton、prototype、request、session、global session。

如下图是官方文档上的截图,感兴趣的朋友可以进去看看这五种分别有什么不同。今天要介绍的是这五种中的前两种,也是Spring最初提供的bean scope singleton 和 prototype。

Spring官方文档介绍如下图:

更多内容可以看官方文档介绍,非常详细:

https://docs.spring.io/spring/docs/3.0.0.M3/reference/html/ch04s04.html

单例bean与原型bean的区别

如果一个bean被声明为单例的时候,在处理多次请求的时候在Spring容器里只实例化出一个bean,后续的请求都公用这个对象,这个对象会保存在一个map里面。当有请求来的时候会先从缓存(map)里查看有没有,有的话直接使用这个对象,没有的话才实例化一个新的对象,所以这是个单例的。但是对于原型(prototype)bean来说当每次请求来的时候直接实例化新的bean,没有缓存以及从缓存查的过程。

1.画图分析

2.源码分析

生成bean时先判断单例的还是原型的

如果是单例的则先尝试从缓存里获取,没有在新创建

结论:

  1. 单例的bean只有第一次创建新的bean 后面都会复用该bean,所以不会频繁创建对象。

  2. 原型的bean每次都会新创建

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单例bean的优势

由于不会每次都新创建新对象所以有一下几个性能上的优势:

1.减少了新生成实例的消耗

新生成实例消耗包括两方面,第一,spring会通过反射或者cglib来生成bean实例这都是耗性能的操作,其次给对象分配内存也会涉及复杂算法。

2.减少jvm垃圾回收

由于不会给每个请求都新生成bean实例,所以自然回收的对象少了。

3.可以快速获取到bean

因为单例的获取bean操作除了第一次生成之外其余的都是从缓存里获取的所以很快。

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单例bean的劣势

单例的bean一个很大的劣势就是他不能做到线程安全!!!,由于所有请求都共享一个bean实例,所以这个bean要是有状态的一个bean的话可能在并发场景下出现问题,而原型的bean则不会有这样问题(但也有例外,比如他被单例bean依赖),因为给每个请求都新创建实例。关于这方面我正在准备写一篇文章,在整理当中,感兴趣的朋友可以关注我,我后续写一篇详细的文章。

总结

Spring 为啥把bean默认设计成单例?

答案:为了提高性能!!!从几个方面,

  1. 少创建实例

  2. 垃圾回收

  3. 缓存快速获取

单例有啥劣势?

如果是有状态的话在并发环境下线程不安全。

<think>我们正在讨论Spring MVC的Controller默认设计为什么是线程安全的。根据提供的引用,存在一些看似矛盾的观点。让我们整合这些信息并给出清晰的解释。 引用[1]指出:虽然Spring MVC控制器是单的,但它们通常是线程安全的,因为每个请求都在独立的线程中处理,避免了竞争条件。 引用[2]提到:如果单Bean是无状态的(即只进行操作而不修改成员变量),那么它就是线程安全的。Controller、Service、Dao等通常是无状态的。 引用[3]和[4]则指出:默认情况下Controller是单的,但如果Controller中定义了可修改的成员变量(如示中的`var`),那么它就不是线程安全的。 因此,我们需要区分两种情况: 1. 无状态Controller(没有可变的成员变量):线程安全 2. 有状态Controller(有可变的成员变量):非线程安全 那么为什么Spring MVC默认使用单? - 性能:单避免了每次请求都创建新对象的开销。 - 无状态设计的最佳实践:在Web应用中,Controller通常不应该保存状态,状态应该保存在请求作用域或会话作用域中。 所以,默认情况下Controller是线程安全的原因在于: - Spring MVC鼓励无状态设计,即Controller中不定义可变的实变量。 - 每个请求都会创建一个新的调用栈(包括方法参数和局部变量),这些数据是线程私有的,因此即使多个线程同时调用同一个Controller实的方法,也不会相互干扰。 但是,如果在Controller中定义了可变的实变量,那么多个线程同时访问该变量就会发生竞争条件。此时,可以通过以下方式解决: - 使用@Scope("prototype")将Controller设置为多(每次请求创建一个新实),但这会降低性能。 - 或者,使用线程安全的数据结构(如AtomicInteger)或同步机制(如synchronized),但这会增加复杂性。 因此,最佳实践是:保持Controller无状态(不要在Controller中定义可变的成员变量),这样单Controller就是线程安全的。 现在,我们按照要求回答: </think>### Spring MVC Controller 默认线程安全的原因分析 Spring MVC Controller 默认采用**单模式**(`@Scope("singleton")`),其线程安全性主要依赖于以下设计原则: #### 1. **无状态设计(核心机制)** - Controller 不包含**可变成员变量**(如计数器、缓存等) - 所有请求处理所需数据通过以下线程安全方式传递: ```java @RestController public class SafeController { // 安全:无成员变量 @GetMapping("/data") public String getData(@RequestParam String id) { // 参数线程隔离 return process(id); // ✔️ 局部变量线程安全 } } ``` - 每个请求在独立线程栈中运行,**方法参数和局部变量**天然线程隔离[^1][^2] #### 2. **请求处理流程隔离** ```mermaid graph TD A[请求1] --> B[线程1:调用Controller方法] C[请求2] --> D[线程2:调用Controller方法] B --> E[独立栈帧:参数/局部变量] D --> F[独立栈帧:参数/局部变量] ``` - Spring 为每个请求分配独立线程 - 线程栈中的方法调用帧完全隔离,即使单 Controller 被并发调用也不会冲突[^1] #### 3. **框架级保障措施** - **依赖注入对象线程安全**: - Service/Dao 层组件默认但需设计为无状态 - 示:`UserService` 不包含共享变量 ```java @Service public class UserService { // 安全:无状态Service public User getUser(String id) { return dao.query(id); // ✔️ } } ``` - **禁止状态共享**: - 若需跨请求数据,需使用 `ThreadLocal` 或请求作用域 Bean (`@RequestScope`)[^4] #### 4. **线程不安全场景(反)** 当违反无状态原则时会出现竞态条件: ```java @RestController public class UnsafeController { private int count = 0; // ✘ 危险:共享变量 @GetMapping("/count") public String addCount() { count++; // ✘ 并发修改风险 return "Count: " + count; } } ``` - 解决方案: - 使用 `AtomicInteger` 等并发工具 - 添加 `@Scope("prototype")` 注解(牺牲性能)[^3][^4] #### 数学表达:线程安全模型 设控制器实为单对象 $C$,请求 $R_i$ 的处理函数为: $$ f(C, P_i, L_i) $$ 其中: - $P_i$ = 线程隔离的请求参数 - $L_i$ = 线程栈中的局部变量 - 当 $C$ 无状态时,满足: $$ \forall i \neq j,\ f(C, P_i, L_i) \cap f(C, P_j, L_j) = \emptyset $$ ### 总结线程安全原因 1. **设计约束**:强制无状态编程范式[^2] 2. **线程隔离**:请求参数与局部变量天然隔离[^1] 3. **框架规范**:Service/Dao 层组件需确保线程安全 4. **资源优化**:单避免重复创建对象(约减少 30% 内存开销)[^4] --- **相关问题** 1. 如何在 Spring Controller 中安全地共享数据? 2. `@Scope("prototype")` 对性能的影响如何量化? 3. Spring 如何管理单 Bean 的依赖注入? 4. 为什么 Service 层单设计也是线程安全的? 5. 如何检测 Controller 中的线程安全问题?
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