Spring源码解析-Scopes之Singleton Scope（单例）和Prototype Scope（多例）
这是继这篇文章后对scope的扩展Spring源码解析-Scopes之Request、Session、Application
Bean的作用域(scopes)
对于Spring里面的Bean的作用域(scope)，我们在熟悉不过了，在Spring里面，平时开发中最经常遇到的作用域就是单例(singleton)和多例(prototype)了，但是除了单例和多例两个作用域，其实Spring还有其他的作用域，但是这些基本在开发中没用到过的，Spring完整的作用域有：
singleton：单例，spring默认的创建bean是个单例，在每个IOC容器里面只有唯一的实例；
prototype：多例，spring创建多例时，都会实例化一个新的实例，但是这些实例只有且仅有一个bean的定义对象；
request：将单个bean定义范围限定为单个HTTP请求的生命周期。每个HTTP请求都有自己的bean实例，它是在单个bean定义的后面创建的。仅在Web感知Spring的上下文中有效ApplicationContext；
session：将单个bean定义范围限定为HTTP的生命周期Session。仅在Web感知Spring的上下文中有效ApplicationContext。
application：将单个bean定义到一个生命周期的范围ServletContext。仅在Web感知Spring的上下文中有效ApplicationContext。
websocket：将单个bean定义到一个生命周期的范围WebSocket。仅在Web感知Spring的上下文中有效ApplicationContext。
当然，除了spring定义的这些，我们自己也可以自定义scope。通过实现org.springframework.beans.factory.config.Scope这个接口来自定义我们的scope就可以了。
Singleton Scope（单例）
在spring的IOC容器中，一个单例bean有且仅有一个实例对象。也就是说，当你指定一个bean的定义为单例的话，spring IOC容器只会通过特定的bean定义创建唯一一个bean的实例对象，而这些被创建起来的单例会被缓存起来，在接下来的应用和请求中，都会返回缓存里的实例对象，spring关于单例的概念和我们平时在设计模式里面看到单例模式，还是有区别的，平时我们在设计模式书里面看到单例，往往是在每个类加载器上一个单例只会被实例化一次，即有且仅有一个实例对象，但是spring的单例更加侧着的是每个容器里只有一个实例化对象，所以这就要求容器的唯一性才能确保单例。 如何去指定一个bean是单例呢？spring提供了两种方式去实现，第一种，xml配置方式，通过xml来定义bean并指定scope；第二种，通过注解的方式，spring提供了注解@Scope来指定bean的作用域。
- xml实现方式：
<bean id="testService" class="com.demo.DefaultTestService"/>
<bean id="testService" class="com.demo.DefaultTestService" scope="singleton"/>
scope不指定默认就是单例，所以上面两种写法都是可以的。
- 注解实现方式
@Scope(value = "singleton")
@Service
public class DefaultTestService {
}
通过以上两种方式创建出来的就是单例了。在spring中，我们大部分的类都是单例，在单例中，我们应该尽量不使用有状态的成员变量，单例的成员变量是共享的，这就会导致多线程问题，所以，我们的spring的controller和Struts的action这两种的实现是有差异的，因为spring的controller是单例的所以很少会用到类成员变量，而Struts跟前端交互的参数基本都是类成员变量，这是因为Struts的action是多例才能这样做。所以当我们在使用spring创建bean的时候，我们要慎用有状态的类成员变量，如果要使用必须同步操作，不然就会引起多线程共享变量的问题了。当然你也可以创建多例来解决多线程问题。 我们新建两个service类，这2个service类同时依赖了1个dao类，这个dao类有个变量count，初始化为0。下面看代码：
@Service
public class DefaultTestService {
@Autowired
private TestDao testDao;
public Integer getCount() {
return testDao.getCount();
}
public void IncCount() {
testDao.setCount(testDao.getCount()+1);
}
public TestDao getTestDao() {
return testDao;
}
public void setTestDao(TestDao testDao) {
this.testDao = testDao;
}
}
@Service
public class DefaultTestService1 {
@Autowired
private TestDao testDao;
public Integer getCount() {
return testDao.getCount();
}
public TestDao getTestDao() {
return testDao;
}
public void setTestDao(TestDao testDao) {
this.testDao = testDao;
}
}
@Component
public class TestDao {
private Integer count =0;
public Integer getCount() {
return count;
}
public void setCount(Integer count) {
this.count = count;
}
}
我们新建了上面三个类，然后通过不同的service去修改dao里面的变量，测试代码如下：
public class DemoTest extends BaseTest {
protected static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(DemoTest.class);
@Autowired
private DefaultTestService defaultTestService;
@Autowired
private DefaultTestService1 defaultTestService1;
@Test
public void testGet() {
defaultTestService.IncCount();
logger.info("其他service对count加1后，别的service去获取到的结果："+defaultTestService1.getCount());
logger.info("defaultTestService:"+defaultTestService.getTestDao());
logger.info("defaultTestService1:"+defaultTestService1.getTestDao());
}
}
执行以上代码结果如下:
2018-12-17 14:07:07.816 [main] DemoTest - 其他service对count加1后，别的service去获取到的结果：1
2018-12-17 14:07:07.816 [main] DemoTest - defaultTestService:com.fcbox.pangu.manage.web.TestDao@46678e49
2018-12-17 14:07:07.816 [main] DemoTest - defaultTestService1:com.fcbox.pangu.manage.web.TestDao@46678e49
从结果可以得出，我们在一个service里面去修改dao里的变量count，在另外的service里面获取到了新修改后的值，通过打印可以知道，其实注入到service里的dao是同个实例，所以修改实例里面的变量是全局可见的，这也是为什么我们不能在单例里面使用有状态类成员的原因。当然了，这个例子并不是个严谨的多线程例子，只是为了简单说明单例在不同的调用类里面是同个实例罢了。同理，其实如果我们在单例里面如果使用到了成员变量，对成员变量的操作必须进行同步，如果你有看spring的源码，你会发现spring里面也有很多对成员变量访问进行了同步操作。
Prototype Scope（多例）
正如上面的例子，多例bean，在依赖注入的时候，都会从新建一个实例然后注入进去，多例的实现跟单例一样，只不过关键字从singleton变成了prototype，这样就定义好一个多例bean了。与其他的scope不同，Spring并不管理多例bean的完整生命周期。当一个多例bean被实例化后，这个实例就交由给客户端了，容器并不会记录这个实例。对上面的例子，如果我们把“dao”设置成多例，我们来看看打印出来的结果，结果如下：
2018-12-17 14:14:21.518 [main] DemoTest - 其他service对count加1后，别的service去获取到的结果：0
2018-12-17 14:14:21.518 [main] DemoTest - defaultTestService:com.fcbox.pangu.manage.web.TestDao@46678e49
2018-12-17 14:14:21.518 [main] DemoTest - defaultTestService1:com.fcbox.pangu.manage.web.TestDao@748e9b20
所以，当一个bean被设置成多例，每次依赖注入的时候，就会去创建新的实例，并注入到具体目标bean里面。可以看出，在DefaultTestService 对TestDao里面的变量修改，不会影响别的service，那是因为，不同的service依赖注入的TestDao是不同的实例，从结果打印就可以清楚的看出两个实例其实是不一样的。
单例bean里依赖多例bean
当一个单例的bean依赖一个多例的bean的时候，这个多例的bean只会在依赖注入的时候被实例化一次，实例化完后，在接下来就不会变了，也就是说只会被实例化一次，如果你想在运行时重复的获取一个多例的话，是不能通过这种依赖注入的方式去执行的，因为多例的实例化只会发生一次，接下来就不会再发生改变了。要想程序每次运行获取的实例都是不一样的，我们会在介绍其他scope里面会介绍，是通过代理的方式来实现的。
DefaultSingletonBeanRegistry简介
DefaultSingletonBeanRegistry可以简单的理解为单例的注册表，所有单例创建完后都会缓存在这个类里面，这个类里有一系列的单例创建，注册等操作。当创建bean的时候如果是单例都会用到这个类里面的方法。看了下里面，有很多cashe map对象如下：
单例的创建完都会保存到这些map中，看下具体的代码：
protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
synchronized (this.singletonObjects) {
this.singletonObjects.put(beanName, (singletonObject != null ? singletonObject : NULL_OBJECT));
this.singletonFactories.remove(beanName);
this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
this.registeredSingletons.add(beanName);
}
}
spring源码里面很多对类成员变量的修改都会进行同步，所以我们的单例要是有成员变量就需要进行同步才行，不然会引起多线程问题的。这个代码其实就是将单例bean的实例对象和bean名字put到map里面保存起来，下次要是有需要注入该bean的话，会先去cache获取，获取不到才会去新建一个单例，新建完后也会放到缓存里面去，具体的单例的创建实例化过程下面讲。
单例和多例的实例化过程
首先，不管是单例还是多例的实例化，都是通过统一的bean的创建流程创建的，具体来看下他们的创建过程，所有的bean的创建都会去调用getBean方法，如下：
@Override
public Object getBean(String name) throws BeansException {
return doGetBean(name, null, null, false);
}
doGetBean就会创建bean，继续看下它里面的实现，这个函数比较长不一一讲解，只讲解主流程，在这里面首先会先去缓存里面获取单例，其中的代码如下
Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
if (sharedInstance != null && args == null) {
if (logger.isDebugEnabled()) {
if (isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
logger.debug("Returning eagerly cached instance of singleton bean '" + beanName +
"' that is not fully initialized yet - a consequence of a circular reference");
}
else {
logger.debug("Returning cached instance of singleton bean '" + beanName + "'");
}
}
bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);
} else{
//创建单例
}
首先，会去spring的容器里面根据名字查找单例，如果获取到单例实例对象，就直接返回该实例，如果获取不到，则进入到else分支，就是创建单例，创建单例之前，首先会把目标bean里面的所有依赖bean（并非@Autowired注解的bean，而是xml用到depend-on标签，或者是参数值引用的bean）全都创建完才创建目标bean，部分代码如下：
//获取目标bean的definition
final RootBeanDefinition mbd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
checkMergedBeanDefinition(mbd, beanName, args);
// 实例化依赖bean
String[] dependsOn = mbd.getDependsOn();
if (dependsOn != null) {
for (String dep : dependsOn) {
if (isDependent(beanName, dep)) {
throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
"Circular depends-on relationship between '" + beanName + "' and '" + dep + "'");
}
registerDependentBean(dep, beanName);
getBean(dep);
}
}
从源码可以看出，依赖bean会在目标bean之前被创建出来。创建完依赖bean之后，就开始创建目标bean，首先他会先判断bean的定义是否是单例，如果是，会先去缓存查找是否已经创建了单例，如果创建了直接返回，否则创建单例并返回；如果不是则创建多例，创建单例的部分代码如下：
if (mbd.isSingleton()) {
sharedInstance = getSingleton(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
@Override
public Object getObject() throws BeansException {
try {
//
return createBean(beanName, mbd, args);
}
catch (BeansException ex) {
// Explicitly remove instance from singleton cache: It might have been put there
// eagerly by the creation process, to allow for circular reference resolution.
// Also remove any beans that received a temporary reference to the bean.
destroySingleton(beanName);
throw ex;
}
}
});
bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
}
如果是多例则会进入到多例的创建流程，部分代码如下：
else if (mbd.isPrototype()) {
// It's a prototype -> create a new instance.
Object prototypeInstance = null;
try {
beforePrototypeCreation(beanName);
prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
}
finally {
afterPrototypeCreation(beanName);
}
bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
}
单例和多例的创建的不同之处是，单例创建完后spring会记录他的实例状态并保存到缓存里面，下次创建会优先取缓存里的实例，而多例的创建则是直接创建实例化对象，并不会记录他的实例。 从上面的代码可以看到有句代码始终都会出现，不管是从缓存里面获取的单例还是创建的单例又或者是创建的多例，创建的实例对象并不是直接返回的，而是通过这个方法执行后作为结果返回，这句代码bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);到底有什么作用呢？众所周知，spring里面有一种叫做bean工厂的，就是实现了接口FactoryBean的类，他的实例并不是真正的bean，他是一特定类的创建的工厂类，所以工厂的bean实例化完后并不能直接返回，bean工厂的具体的实例化对象是通过接口FactoryBean里面的方法getObject来实现的，所以如果是工厂类则需要特殊处理，这也是正是这句代码的作用，我们来看下它的实现：
protected Object getObjectForBeanInstance(
Object beanInstance, String name, String beanName, RootBeanDefinition mbd) {
// Don't let calling code try to dereference the factory if the bean isn't a factory.
if (BeanFactoryUtils.isFactoryDereference(name) && !(beanInstance instanceof FactoryBean)) {
throw new BeanIsNotAFactoryException(transformedBeanName(name), beanInstance.getClass());
}
// Now we have the bean instance, which may be a normal bean or a FactoryBean.
// If it's a FactoryBean, we use it to create a bean instance, unless the
// caller actually wants a reference to the factory.
if (!(beanInstance instanceof FactoryBean) || BeanFactoryUtils.isFactoryDereference(name)) {
return beanInstance;
}
Object object = null;
if (mbd == null) {
object = getCachedObjectForFactoryBean(beanName);
}
if (object == null) {
// Return bean instance from factory.
FactoryBean<?> factory = (FactoryBean<?>) beanInstance;
// Caches object obtained from FactoryBean if it is a singleton.
if (mbd == null && containsBeanDefinition(beanName)) {
mbd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
}
boolean synthetic = (mbd != null && mbd.isSynthetic());
object = getObjectFromFactoryBean(factory, beanName, !synthetic);
}
return object;
}
从代码里我们可以看出，要是如果是个普通的bean则就会直接返回实例对象，如果是个工厂bean，则会去执行获取工厂里的实例化对象。
总结
不管是单例还是多例的创建，这只不过是spring初始化bean的一个步骤，spring从准备bean的定义在到根据这些定义实例化bean，并为bean依赖注入各种属性，通过对spring的深入剖析，对spring的一个非常重要的概念IOC容器已经大体能理解。不管是applicationContext的加载还有bean definition的创建，还是到依赖注入和单例多例的创建都是spring的IOC容器里的一些重要的概念和流程。下一篇会对其他的scope进行研究。
