【Spring注解驱动开发】使用@Scope注解设置组件的作用域

2021-11-27 19:00:35

本文内容概览

  • @Scope注解概述
  • 单实例bean作用域
  • 多实例bean作用域
  • 单实例bean作用域如何创建对象？
  • 多实例bean作用域如何创建对象？
  • 单实例bean注意的事项
  • 多实例bean注意的事项
  • 自定义Scope的实现

@Scope注解概述

@Scope注解能够设置组件的作用域，我们先来看@Scope注解类的源码，如下所示。

package org.springframework.context.annotation;
import java.lang.annotation.Documented;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;
import org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableBeanFactory;
import org.springframework.core.annotation.AliasFor;
@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface Scope {
    @AliasFor("scopeName")
    String value() default "";
    /**
     * Specifies the name of the scope to use for the annotated component/bean.
     * <p>Defaults to an empty string ({@code ""}) which implies
     * {@link ConfigurableBeanFactory#SCOPE_SINGLETON SCOPE_SINGLETON}.
     * @since 4.2
     * @see ConfigurableBeanFactory#SCOPE_PROTOTYPE
     * @see ConfigurableBeanFactory#SCOPE_SINGLETON
     * @see org.springframework.web.context.WebApplicationContext#SCOPE_REQUEST
     * @see org.springframework.web.context.WebApplicationContext#SCOPE_SESSION
     * @see #value
     */
    @AliasFor("value")
    String scopeName() default "";
    ScopedProxyMode proxyMode() default ScopedProxyMode.DEFAULT;
}

从源码中可以看出，在@Scope注解中可以设置如下值。

ConfigurableBeanFactory#SCOPE_PROTOTYPE
ConfigurableBeanFactory#SCOPE_SINGLETON
org.springframework.web.context.WebApplicationContext#SCOPE_REQUEST
org.springframework.web.context.WebApplicationContext#SCOPE_SESSION

很明显，在@Scope注解中可以设置的值包括ConfigurableBeanFactory接口中的SCOPE_PROTOTYPE和SCOPE_SINGLETON，以及WebApplicationContext类中SCOPE_REQUEST和SCOPE_SESSION。这些都是什么鬼？别急，我们来一个个查看。

首先，我们进入到ConfigurableBeanFactory接口中，发现在ConfigurableBeanFactory类中存在两个常量的定义，如下所示。

public interface ConfigurableBeanFactory extends HierarchicalBeanFactory, SingletonBeanRegistry {
    String SCOPE_SINGLETON = "singleton";
    String SCOPE_PROTOTYPE = "prototype";
    /*****************此处省略N多行代码*******************/
}

没错，SCOPE_SINGLETON就是singleton，SCOPE_PROTOTYPE就是prototype。

那么，WebApplicationContext类中SCOPE_REQUEST和SCOPE_SESSION又是什么鬼呢？就是说，当我们使用了Web容器来运行Spring应用时，在@Scope注解中可以设置WebApplicationContext类中SCOPE_REQUEST和SCOPE_SESSION的值，而SCOPE_REQUEST的值就是request，SCOPE_SESSION的值就是session。

综上，在@Scope注解中的取值如下所示。

  • singleton：表示组件在Spring容器中是单实例的，这个是Spring的默认值，Spring在启动的时候会将组件进行实例化并加载到Spring容器中，之后，每次从Spring容器中获取组件时，直接将实例对象返回，而不必再次创建实例对象。从Spring容器中获取对象，小伙伴们可以理解为从Map对象中获取对象。
  • prototype：表示组件在Spring容器中是多实例的，Spring在启动的时候并不会对组件进行实例化操作，而是每次从Spring容器中获取组件对象时，都会创建一个新的实例对象并返回。
  • request：每次请求都会创建一个新的实例对象，request作用域用在spring容器的web环境中。
  • session：在同一个session范围内，创建一个新的实例对象，也是用在web环境中。
  • application：全局web应用级别的作用于，也是在web环境中使用的，一个web应用程序对应一个bean实例，通常情况下和singleton效果类似的，不过也有不一样的地方，singleton是每个spring容器中只有一个bean实例，一般我们的程序只有一个spring容器，但是，一个应用程序中可以创建多个spring容器，不同的容器中可以存在同名的bean，但是sope=aplication的时候，不管应用中有多少个spring容器，这个应用中同名的bean只有一个。

其中，request和session作用域是需要Web环境支持的，这两个值基本上使用不到，如果我们使用Web容器来运行Spring应用时，如果需要将组件的实例对象的作用域设置为request和session，我们通常会使用request.setAttribute("key",object)和session.setAttribute("key", object)的形式来将对象实例设置到request和session中，通常不会使用@Scope注解来进行设置。

单实例bean作用域

首先，我们在io.mykit.spring.plugins.register.config包下创建PersonConfig2配置类，在PersonConfig2配置类中实例化一个Person对象，并将其放置在Spring容器中，如下所示。

package io.mykit.spring.plugins.register.config;
import io.mykit.spring.bean.Person;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
/**
 * @author binghe
 * @version 1.0.0
 * @description 测试@Scope注解设置的作用域
 */
@Configuration
public class PersonConfig2 {
    @Bean("person")
    public Person person(){
        return new Person("binghe002", 18);
    }
}

接下来，在SpringBeanTest类中创建testAnnotationConfig2()测试方法，在testAnnotationConfig2()方法中，创建ApplicationContext对象，创建完毕后，从Spring容器中按照id获取两个Person对象，并打印两个对象是否是同一个对象，代码如下所示。

@Test
public void testAnnotationConfig2(){
    ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(PersonConfig2.class);
    //从Spring容器中获取到的对象默认是单实例的
    Object person1 = context.getBean("person");
    Object person2 = context.getBean("person");
    System.out.println(person1 == person2);
}

由于对象在Spring容器中默认是单实例的，所以，Spring容器在启动时就会将实例对象加载到Spring容器中，之后，每次从Spring容器中获取实例对象，直接将对象返回，而不必在创建新对象实例，所以，此时testAnnotationConfig2()方法会输出true。如下所示。

【Spring注解驱动开发】使用@Scope注解设置组件的作用域

这也验证了我们的结论：对象在Spring容器中默认是单实例的，Spring容器在启动时就会将实例对象加载到Spring容器中，之后，每次从Spring容器中获取实例对象，直接将对象返回，而不必在创建新对象实例。

多实例bean作用域

修改Spring容器中组件的作用域，我们需要借助于@Scope注解，此时，我们将PersonConfig2类中Person对象的作用域修改成prototype，如下所示。

@Configuration
public class PersonConfig2 {
    @Scope("prototype")
    @Bean("person")
    public Person person(){
        return new Person("binghe002", 18);
    }
}

其实，使用@Scope设置作用域就等同于在XML文件中为bean设置scope作用域，如下所示。


此时，我们再次运行SpringBeanTest类的testAnnotationConfig2()方法，此时，从Spring容器中获取到的person1对象和person2对象还是同一个对象吗？


通过输出结果可以看出，此时，输出的person1对象和person2对象已经不是同一个对象了。

单实例bean作用域何时创建对象？

接下来，我们验证下在单实例作用域下，Spring是在什么时候创建对象的呢？

首先，我们将PersonConfig2类中的Person对象的作用域修改成单实例，并在返回Person对象之前打印相关的信息，如下所示。

@Configuration
public class PersonConfig2 {
    @Scope
    @Bean("person")
    public Person person(){
        System.out.println("给容器中添加Person....");
        return new Person("binghe002", 18);
    }
}

接下来，我们在SpringBeanTest类中创建testAnnotationConfig3()方法，在testAnnotationConfig3()方法中，我们只创建Spring容器，如下所示。

@Test
public void testAnnotationConfig3(){
    ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(PersonConfig2.class);
}

此时，我们运行SpringBeanTest类中的testAnnotationConfig3()方法，输出的结果信息如下所示。

【Spring注解驱动开发】使用@Scope注解设置组件的作用域

从输出的结果信息可以看出，Spring容器在创建的时候，就将@Scope注解标注为singleton的组件进行了实例化，并加载到Spring容器中。

接下来，我们运行SpringBeanTest类中的testAnnotationConfig2()，结果信息如下所示。

【Spring注解驱动开发】使用@Scope注解设置组件的作用域

说明，Spring容器在启动时，将单实例组件实例化之后，加载到Spring容器中，以后每次从容器中获取组件实例对象，直接返回相应的对象，而不必在创建新对象。

多实例bean作用域何时创建对象？

如果我们将对象的作用域修改成多实例，那什么时候创建对象呢？

此时，我们将PersonConfig2类的Person对象的作用域修改成多实例，如下所示。

@Configuration
public class PersonConfig2 {
    @Scope("prototype")
    @Bean("person")
    public Person person(){
        System.out.println("给容器中添加Person....");
        return new Person("binghe002", 18);
    }
}

我们再次运行SpringBeanTest类中的testAnnotationConfig3()方法，输出的结果信息如下所示。

可以看到，终端并没有输出任何信息，说明在创建Spring容器时，并不会实例化和加载多实例对象，那多实例对象是什么时候实例化的呢？接下来，我们在SpringBeanTest类中的testAnnotationConfig3()方法中添加一行获取Person对象的代码，如下所示。

@Test
public void testAnnotationConfig3(){
    ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(PersonConfig2.class);
    Object person1 = context.getBean("person");
}

此时，我们再次运行SpringBeanTest类中的testAnnotationConfig3()方法，结果信息如下所示。

【Spring注解驱动开发】使用@Scope注解设置组件的作用域

从结果信息中，可以看出，当向Spring容器中获取Person实例对象时，Spring容器实例化了Person对象，并将其加载到Spring容器中。

那么，问题来了，此时Spring容器是否只实例化一个Person对象呢？我们在SpringBeanTest类中的testAnnotationConfig3()方法中再添加一行获取Person对象的代码，如下所示。

@Test
public void testAnnotationConfig3(){
    ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(PersonConfig2.class);
    Object person1 = context.getBean("person");
    Object person2 = context.getBean("person");
}

此时，我们再次运行SpringBeanTest类中的testAnnotationConfig3()方法，结果信息如下所示。

【Spring注解驱动开发】使用@Scope注解设置组件的作用域

从输出结果可以看出，当对象的Scope作用域为多实例时，每次向Spring容器获取对象时，都会创建一个新的对象并返回。此时，获取到的person1和person2就不是同一个对象了，我们也可以打印结果信息来进行验证，此时在SpringBeanTest类中的testAnnotationConfig3()方法中打印两个对象是否相等，如下所示。

@Test
public void testAnnotationConfig3(){
    ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(PersonConfig2.class);
    Object person1 = context.getBean("person");
    Object person2 = context.getBean("person");
    System.out.println(person1 == person2);
}

此时，我们再次运行SpringBeanTest类中的testAnnotationConfig3()方法，结果信息如下所示。


可以看到，当对象是多实例时，每次从Spring容器中获取对象时，都会创建新的实例对象，并且每个实例对象都不相等。

单实例bean注意的事项

单例bean是整个应用共享的，所以需要考虑到线程安全问题，之前在玩springmvc的时候，springmvc中controller默认是单例的，有些开发者在controller中创建了一些变量，那么这些变量实际上就变成共享的了，controller可能会被很多线程同时访问，这些线程并发去修改controller中的共享变量，可能会出现数据错乱的问题；所以使用的时候需要特别注意。

多实例bean注意的事项

多例bean每次获取的时候都会重新创建，如果这个bean比较复杂，创建时间比较长，会影响系统的性能，这个地方需要注意。

自定义Scope

如果Spring内置的几种sope都无法满足我们的需求的时候，我们可以自定义bean的作用域。

1.如何实现自定义Scope

自定义Scope主要分为三个步骤，如下所示。

（1）实现Scope接口

我们先来看下Scope接口的定义，如下所示。

package org.springframework.beans.factory.config;
import org.springframework.beans.factory.ObjectFactory;
import org.springframework.lang.Nullable;
public interface Scope {
    /**
    * 返回当前作用域中name对应的bean对象
    * name：需要检索的bean的名称
    * objectFactory：如果name对应的bean在当前作用域中没有找到，那么可以调用这个ObjectFactory来创建这个对象
    **/
    Object get(String name, ObjectFactory<?> objectFactory);
    /**
     * 将name对应的bean从当前作用域中移除
     **/
    @Nullable
    Object remove(String name);
    /**
     * 用于注册销毁回调，如果想要销毁相应的对象,则由Spring容器注册相应的销毁回调，而由自定义作用域选择是不是要销毁相应的对象
     */
    void registerDestructionCallback(String name, Runnable callback);
    /**
     * 用于解析相应的上下文数据，比如request作用域将返回request中的属性。
     */
    @Nullable
    Object resolveContextualObject(String key);
    /**
     * 作用域的会话标识，比如session作用域将是sessionId
     */
    @Nullable
    String getConversationId();
}

（2）将Scope注册到容器

需要调用org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableBeanFactory#registerScope的方法，看一下这个方法的声明

/**
* 向容器中注册自定义的Scope
*scopeName：作用域名称
* scope：作用域对象
**/
void registerScope(String scopeName, Scope scope);

（3）使用自定义的作用域

定义bean的时候，指定bean的scope属性为自定义的作用域名称。

2.自定义Scope实现案例

例如，我们来实现一个线程级别的bean作用域，同一个线程中同名的bean是同一个实例，不同的线程中的bean是不同的实例。

这里，要求bean在线程中是共享的，所以我们可以通过ThreadLocal来实现，ThreadLocal可以实现线程中数据的共享。

此时，我们在io.mykit.spring.plugins.register.scope包下新建ThreadScope类，如下所示。

package io.mykit.spring.plugins.register.scope;
import org.springframework.beans.factory.ObjectFactory;
import org.springframework.beans.factory.config.Scope;
import org.springframework.lang.Nullable;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Objects;
/**
 * 自定义本地线程级别的bean作用域，不同的线程中对应的bean实例是不同的，同一个线程中同名的bean是同一个实例
 */
public class ThreadScope implements Scope {
    public static final String THREAD_SCOPE = "thread";
    private ThreadLocal<Map<String, Object>> beanMap = new ThreadLocal() {
        @Override
        protected Object initialValue() {
            return new HashMap<>();
        }
    };
    @Override
    public Object get(String name, ObjectFactory<?> objectFactory) {
        Object bean = beanMap.get().get(name);
        if (Objects.isNull(bean)) {
            bean = objectFactory.getObject();
            beanMap.get().put(name, bean);
        }
        return bean;
    }
    @Nullable
    @Override
    public Object remove(String name) {
        return this.beanMap.get().remove(name);
    }
    @Override
    public void registerDestructionCallback(String name, Runnable callback) {
        //bean作用域范围结束的时候调用的方法，用于bean清理
        System.out.println(name);
    }
    @Nullable
    @Override
    public Object resolveContextualObject(String key) {
        return null;
    }
    @Nullable
    @Override
    public String getConversationId() {
        return Thread.currentThread().getName();
    }
}

在ThreadScope类中，我们定义了一个常量THREAD_SCOPE，在定义bean的时候给scope使用。

接下来，我们在io.mykit.spring.plugins.register.config包下创建PersonConfig3类，并使用@Scope("thread")注解标注Person对象的作用域为Thread范围，如下所示。

package io.mykit.spring.plugins.register.config;
import io.mykit.spring.bean.Person;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.Scope;
/**
 * @author binghe
 * @version 1.0.0
 * @description 测试@Scope注解设置的作用域
 */
@Configuration
public class PersonConfig3 {
    @Scope("thread")
    @Bean("person")
    public Person person(){
        System.out.println("给容器中添加Person....");
        return new Person("binghe002", 18);
    }
}

最后，我们在SpringBeanTest类中创建testAnnotationConfig4()方法，在testAnnotationConfig4()方法中创建Spring容器，并向Spring容器中注册ThreadScope对象，接下来，使用循环创建两个Thread线程，并分别在每个线程中获取两个Person对象，如下所示。

@Test
public void testAnnotationConfig4(){
    AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(PersonConfig3.class);
    //向容器中注册自定义的scope
    context.getBeanFactory().registerScope(ThreadScope.THREAD_SCOPE, new ThreadScope());
    //使用容器获取bean
    for (int i = 0; i < 2; i++) { 
        new Thread(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + "," + context.getBean("person"));
            System.out.println(Thread.currentThread() + "," + context.getBean("person"));
        }).start();
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

此时，我们运行SpringBeanTest类的testAnnotationConfig4()方法，输出的结果信息如下所示。


从输出中可以看到，bean在同样的线程中获取到的是同一个bean的实例，不同的线程中bean的实例是不同的。

注意：这里，我将Person类进行了相应的调整，去掉Lombok的注解，手动写构造函数和setter与getter方法，如下所示。

package io.mykit.spring.bean;
import java.io.Serializable;
/**
 * @author binghe
 * @version 1.0.0
 * @description 测试实体类
 */
public class Person implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 7387479910468805194L;
    private String name;
    private Integer age;
    public Person() {
    }
    public Person(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public Integer getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(Integer age) {
        this.age = age;
    }
}
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