Spring进阶：掌控Bean的作用域与生命周期

pjx987

已于 2025-04-10 11:52:58 修改

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分类专栏： Java服务端核心技术文章标签： spring java mysql

于 2025-04-09 16:26:31 首次发布

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在上一篇文章中，我们了解了Spring IoC容器如何接管对象的创建和依赖注入，实现了松耦合。容器创建并管理的对象，我们称之为Bean。

但是，容器仅仅是创建Bean就够了吗？显然不是。我们还需要关心：

这个Bean在容器中应该存在多少个实例？ (是全局唯一，还是每次请求都创建一个新的？)
这个Bean从创建到销毁会经历哪些阶段？ (我们能否在特定阶段执行一些自定义逻辑？)

这就是我们今天要探讨的核心内容：Bean的作用域（Scope） 和 Bean的生命周期（Lifecycle）。

一、Bean的作用域 (Scope)：定义实例的存在范围

Bean的作用域定义了Spring容器根据Bean定义创建的实例数量以及这些实例的共享范围。简单来说，它决定了当你向容器请求一个Bean时，是返回一个已存在的共享实例，还是创建一个全新的实例。

Spring框架定义了多种作用域，最核心和常用的有以下几种：

Singleton (单例作用域 - 默认)
- 定义：在一个Spring IoC容器中，无论你请求多少次该Bean（通过getBean()或依赖注入），只会存在一个共享的Bean实例。
- 特点：容器启动时（非懒加载情况下）就会创建这个单例Bean，之后所有对该Bean的请求都会返回这同一个实例。它是Spring的默认作用域。
- 适用场景：无状态的Bean，如Service层对象、Repository层对象、工具类、配置类等。这些Bean通常不持有与特定请求相关的状态，可以被多线程安全地共享。
- 代码示例：
```
import org.springframework.stereotype.Service;
// 默认就是singleton，可以省略 @Scope("singleton")
// import org.springframework.context.annotation.Scope;
// @Scope("singleton")
@Service
public class UserService {
    // ... 无状态的方法 ...
    public User findUser(long id) {
        System.out.println("Fetching user " + id + " using instance: " + this.hashCode());
        // ... 实际逻辑 ...
        return new User(id, "SingletonUser");
    }
}
```
- 注意：由于是共享实例，如果单例Bean持有可变状态（成员变量），必须特别注意线程安全问题。通常应设计为无状态或使用线程安全的方式管理状态（如ThreadLocal，或委托给其他有状态的prototype bean）。
Prototype (原型作用域)
- 定义：每次向Spring容器请求该Bean时，容器都会创建一个全新的Bean实例并返回。
- 特点：容器负责创建和注入依赖，但一旦将实例交给请求方，容器就不再跟踪和管理该实例的完整生命周期（特别是销毁阶段）。你需要自己负责后续的资源释放（如果需要）。
- 适用场景：有状态的Bean，即那些需要为每个请求或会话维护独立状态的对象。例如，一个代表用户购物车或者某个具体操作上下文的对象。
- 代码示例：
```
import org.springframework.context.annotation.Scope;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableBeanFactory; // 推荐使用常量

@Component
@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE) // 或者 @Scope("prototype")
public class UserActionContext {
    private long userId;
    private String action;

    public UserActionContext() {
        System.out.println("Creating new UserActionContext instance: " + this.hashCode());
    }

    // Getters and Setters for state...
    public void setUserId(long userId) { this.userId = userId; }
    public void setAction(String action) { this.action = action; }
    // ...
}
```
- 注意：频繁创建和销毁prototype Bean可能会带来性能开销。同时，Spring容器不会自动调用prototype Bean的销毁回调方法（如@PreDestroy或DisposableBean.destroy），需要使用者自行管理。
Web应用专属作用域 (仅在Web环境有效)
- Request: 每个HTTP请求都会创建一个新的Bean实例。该实例仅在当前HTTP请求内有效。
- Session: 每个HTTP Session会创建一个新的Bean实例。该实例在当前HTTP Session内共享。
- Application: 在整个Web应用（ServletContext）生命周期内，只创建一个Bean实例。类似于singleton，但作用范围是ServletContext。
- WebSocket: 在WebSocket生命周期内，只创建一个Bean实例。
这些作用域在构建Web应用程序时非常有用，用于管理与请求、会话等相关的状态。我们将在后续的Web开发专题中更详细地探讨它们。使用它们需要你的应用是一个Web应用，并且进行了相应的配置（例如，在Spring MVC或Spring WebFlux环境）。

如何指定作用域？
- 注解方式: 使用@Scope注解，如 @Scope("prototype") 或 @Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)。
- XML方式: 在<bean>标签中使用scope属性，如 <bean id="myBean" class="..." scope="prototype"/>。

二、Bean的生命周期 (Lifecycle)：从诞生到消亡

Spring容器不仅创建Bean，还管理它们的整个生命周期，从实例化到最终销毁。理解这个过程，以及如何在关键节点介入，对于进行资源初始化、资源释放、逻辑验证等操作至关重要。

一个典型的（主要针对Singleton Bean）生命周期包含以下关键阶段：

实例化 (Instantiation): Spring容器根据Bean定义（XML、注解等）找到对应的类，通过Java反射机制调用构造函数创建Bean的实例。
填充属性 (Populate Properties): 容器分析Bean的依赖关系（DI），通过Setter方法或直接字段注入（或者构造器注入在实例化阶段完成）将依赖的Bean或其他配置值（如@Value注解的值）设置到Bean实例的属性中。
初始化 (Initialization): 这是Bean生命周期中一个非常重要的阶段，允许开发者执行自定义的初始化逻辑。Spring提供了多种方式介入：
- 执行Aware接口方法: 如果Bean实现了特定的Aware接口（如BeanNameAware, BeanFactoryAware, ApplicationContextAware），Spring会调用相应的方法，将容器自身的一些资源注入给Bean。例如，setBeanName()会在setBeanFactory()之前调用。
- 执行BeanPostProcessor前置处理: BeanPostProcessor接口的postProcessBeforeInitialization方法会被调用。这是一个全局性的扩展点，可以对容器中所有（或筛选后的）Bean进行处理。
- 执行初始化回调:
  - 如果Bean实现了InitializingBean接口，其afterPropertiesSet()方法会被调用。
  - 如果Bean定义中通过@Bean(initMethod="...")或XML的init-method属性指定了自定义初始化方法，该方法会被调用。
  - 如果Bean的方法使用了@PostConstruct注解（JSR-250标准），该方法会被调用。这是目前推荐的方式，因为它不依赖Spring特定接口，更加标准。
    (执行顺序: @PostConstruct -> InitializingBean.afterPropertiesSet -> init-method)
- 执行BeanPostProcessor后置处理: BeanPostProcessor接口的postProcessAfterInitialization方法会被调用。常用于对Bean进行代理包装（如AOP实现）。
Bean可用 (Bean is Ready): 经过以上步骤，Bean实例已经完全创建并初始化好，可以被应用程序使用了。对于Singleton Bean，它会驻留在容器的单例缓存中。
销毁 (Destruction): 当Spring容器关闭时（或者对于非Singleton作用域，在特定条件下），容器会管理Bean的销毁过程。同样提供了多种回调机制：
- 执行销毁回调:
  - 如果Bean实现了DisposableBean接口，其destroy()方法会被调用。
  - 如果Bean定义中通过@Bean(destroyMethod="...")或XML的destroy-method属性指定了自定义销毁方法，该方法会被调用。
  - 如果Bean的方法使用了@PreDestroy注解（JSR-250标准），该方法会被调用。这也是目前推荐的方式。
    (执行顺序: @PreDestroy -> DisposableBean.destroy -> destroy-method)

生命周期回调示例 (@PostConstruct 和 @PreDestroy)

import javax.annotation.PostConstruct;
import javax.annotation.PreDestroy;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component // 默认是 singleton
public class ResourceHandler {

    public ResourceHandler() {
        System.out.println("1. Constructor: ResourceHandler instance created.");
    }

    @PostConstruct // 初始化回调
    public void init() {
        System.out.println("2. @PostConstruct: Initializing resources...");
        // 例如：建立数据库连接、加载配置文件、启动后台线程等
    }

    public void useResource() {
        System.out.println("3. Using ResourceHandler...");
    }

    @PreDestroy // 销毁回调
    public void cleanup() {
        System.out.println("4. @PreDestroy: Cleaning up resources...");
        // 例如：关闭数据库连接、释放文件句柄、停止后台线程等
    }
}

// --- 在Spring应用中 ---
// ApplicationContext context = ... ;
// ResourceHandler handler = context.getBean(ResourceHandler.class);
// handler.useResource();
// ((ConfigurableApplicationContext) context).close(); // 关闭容器时会触发 @PreDestroy

输出大致顺序:

Constructor: ResourceHandler instance created.
@PostConstruct: Initializing resources...
Using ResourceHandler...
(当容器关闭时) @PreDestroy: Cleaning up resources...

注意：

prototype作用域的Bean，Spring容器在创建并交给调用者后，不会负责其后续的销毁回调（@PreDestroy, DisposableBean, destroy-method）。如果prototype Bean需要释放资源，需要调用者手动处理，或者使用BeanPostProcessor等高级技巧来管理。

三、作用域与生命周期的交互

Singleton Bean: 经历完整的生命周期，由Spring容器严格管理其创建、初始化和销毁。
Prototype Bean: 每次请求都创建新实例，执行实例化、属性填充、初始化回调（如@PostConstruct），然后交给请求方。销毁阶段不由容器管理。
Web作用域 Bean: 生命周期与对应的Web范围（Request、Session等）绑定。当范围结束时，容器负责销毁这些Bean并执行销毁回调。

四、为什么理解作用域和生命周期很重要？

资源管理: 通过生命周期回调（特别是@PostConstruct和@PreDestroy），可以在Bean创建后初始化资源（如连接池、文件句柄），在Bean销毁前释放资源，避免内存泄漏或资源枯竭。
状态管理: 正确选择作用域（singleton vs prototype等）是管理Bean状态的关键。误用singleton处理每个请求都不同的状态会导致数据错乱和线程安全问题。
性能考量: singleton性能较好（实例复用），而prototype涉及实例创建销毁开销。需要根据场景权衡。
调试与问题排查: 了解Bean的创建和销毁过程有助于定位配置错误、循环依赖、初始化失败等问题。
框架扩展: BeanPostProcessor等生命周期接口是Spring框架实现AOP、事务管理等功能的基础，理解生命周期有助于理解这些高级特性。

五、总结

Spring Bean的作用域（Scope）定义了Bean实例的共享策略和存在范围（如singleton, prototype），而生命周期（Lifecycle）则描述了Bean从创建到销毁所经历的各个阶段以及开发者可以介入的时机（通过@PostConstruct, @PreDestroy等回调）。

熟练掌握这两个概念，能够让你更精确地控制Bean的行为，更有效地管理资源，编写出更健壮、高效的Spring应用程序。它们是深入理解Spring内部机制和进行高级开发的必备知识。