Spring从零开始学使用系列（四)--Spring框架中的Bean作用域：Singleton与Prototype详解

1. 引言

在复杂的企业级应用开发中，理解和正确使用Spring框架的Bean作用域至关重要。Bean作用域决定了Bean的生命周期，即Bean的创建、存在期及销毁的时机。Spring通过灵活的作用域管理，为开发者提供了强大的工具来优化应用性能和资源利用。本文将深入探讨Spring的各种Bean作用域，从常见的单例（Singleton）和原型（Prototype）作用域，到只在Web应用中使用的请求（Request）、会话（Session）、应用（Application）及WebSocket作用域，以及如何自定义作用域来满足特定的业务需求，同样希望我们在面试的时候也能有话可说。

2. Bean的定义和作用域

在Spring框架中，Bean是构成应用程序的基础，它代表了一个被实例化、组装并由Spring容器所管理的对象。Bean的定义包括类名、生命周期、依赖关系等信息，这些信息使得Spring容器能够创建和管理这些对象。而Bean的作用域是指Bean存在的时间范围，它决定了Bean何时创建，何时销毁，以及是否可以被多个类或者用户共享。

1. Singleton作用域

这是Spring中默认的作用域。每个Spring IoC容器中只会有一个Bean的实例，所有的请求都返回同一个Bean实例，因此它适合那些无状态的服务。

2. Prototype作用域

每次请求都会创建一个新的Bean实例，因此每个Bean都是独立的。这种作用域适用于所有状态信息都由特定实例维护的情况。

3. Request作用域

这个作用域将Bean的生命周期绑定到一个HTTP请求的生命周期上。每一个HTTP请求都会有一个新的Bean实例，它仅在当前HTTP请求内有效。

4. Session作用域

在这个作用域中，Bean的生命周期被绑定到一个HTTP Session上。每个Session有一个Bean的实例，同一个Session内部的所有请求都共享这个Bean实例。

5. Application作用域

在这个作用域中，Bean的生命周期被绑定到ServletContext的生命周期。这意味着每个Web应用都会为每个Bean定义创建一个实例。

6. WebSocket作用域

Bean的生命周期绑定到WebSocket会话的生命周期。这在基于WebSocket的通信模型中非常有用，每个WebSocket会话可以有自己的Bean实例。

Spring的灵活性还允许开发者定义自己的作用域，提供更多的定制化管理。这种能力允许应用在复杂的运行时环境中更有效地使用资源，同时还提供了优化性能的手段。

3.自定义作用域

在Spring框架中，除了内置的作用域，开发者还可以创建自定义作用域以满足特定的业务需求。这一节将介绍如何定义自定义作用域，并通过代码示例展示其配置和使用。

1.创建自定义作用域

要创建一个自定义作用域，需要实现org.springframework.beans.factory.config.Scope接口。这个接口包括几个关键方法，如get()、remove()、registerDestructionCallback()等，它们允许你控制Bean的生命周期。

java">public class SimpleThreadScope implements Scope {private final ThreadLocal<Map<String, Object>> threadScope =ThreadLocal.withInitial(HashMap::new);@Overridepublic Object get(String name, ObjectFactory<?> objectFactory) {Map<String, Object> scopedObjects = threadScope.get();return scopedObjects.computeIfAbsent(name, key -> objectFactory.getObject());}@Overridepublic Object remove(String name) {Map<String, Object> scopedObjects = threadScope.get();return scopedObjects.remove(name);}@Overridepublic void registerDestructionCallback(String name, Runnable callback) {// Custom scopes may not support destruction callbacks}@Overridepublic String getConversationId() {return Thread.currentThread().getName();}
}

2. 配置自定义作用域

一旦定义了自定义作用域，接下来需要在Spring配置中注册这个作用域。你可以通过ConfigurableBeanFactory的registerScope方法进行注册。

java">@Configuration
public class AppConfig {@Beanpublic static CustomScopeConfigurer scopeConfigurer() {CustomScopeConfigurer configurer = new CustomScopeConfigurer();Map<String, Scope> scopes = new HashMap<>();scopes.put("thread", new SimpleThreadScope());configurer.setScopes(scopes);return configurer;}
}

3.使用自定义作用域

定义并注册自定义作用域后，你可以在Bean定义中使用它，就像使用其他任何作用域一样。

<bean id="threadScopedBean" class="com.example.SomeBean" scope="thread"/>

或者使用Java配置：

java">@Bean
@Scope("thread")
public SomeBean threadScopedBean() {return new SomeBean();
}

通过这些设置，SomeBean 的每个实例将与一个特定线程绑定，每个线程访问时都会接收到该线程独立的SomeBean实例

4.总结

在本文中，我们详细探讨了Spring框架中Bean的不同作用域，包括Singleton、Prototype、Request、Session、Application和WebSocket。每种作用域都适应于特定的应用场景，使得Bean的生命周期管理变得灵活而高效。通过这些作用域，Spring帮助开发者确保了资源的最优利用，提高了应用的性能和可维护性。

此外，我们还介绍了如何创建自定义作用域，这进一步增强了Spring的灵活性。通过实现Scope接口，并通过配置将其集成到Spring应用中，开发者可以精确控制Bean的生命周期，满足特定业务需求。

通过本文的介绍，希望你能更好地理解Spring的强大功能，以及如何利用这些功能来构建健壮的、易于管理的Java应用程序。Spring的Bean作用域不仅仅是一个技术细节，它们是理解和使用Spring框架的核心概念之一

5.扩展

在讨论有状态服务和无状态服务的区别之前，重要的是理解“状态”这个概念。在计算机科学中，状态指的是在某个给定时间点，某个系统或对象的所有可观察的属性的集合。简而言之，状态是关于系统当前正在做什么以及它是如何达到当前状况的信息的总和。

无状态服务（Stateless Services）

无状态服务是指不保存客户端状态信息的服务。每个请求都被当作全新的独立请求处理，不依赖于之前的任何请求数据。这意味着请求可以在任何时间由任何服务实例处理，不需要考虑之前的交互。无状态服务的特点包括：

独立性：每个请求都包含了处理它所需的所有信息。
可伸缩性：由于不需要同步客户端的状态信息，无状态服务更容易扩展。
可靠性：每个请求被独立处理，一个请求的失败不会影响到其他请求。

常见的无状态服务示例包括HTTP无状态协议（每个HTTP请求都独立于其他请求）和许多RESTful Web服务。

有状态服务（Stateful Services）

有状态服务是指那些需要跟踪和存储客户端的状态信息以便跨多个请求或交互进行操作的服务。这种服务记住了前一次交互的信息，可以用这些信息来影响当前或未来的处理。有状态服务的特点包括：

上下文感知：服务可以根据之前的交互改变其行为。
持久性：需要存储和管理状态数据，这可以是内存中的，也可以是通过数据库等持久化方式存储。
复杂管理：管理和同步状态在分布式系统中可能更复杂，尤其是在负载均衡和服务故障转移场景下。

有状态服务的示例包括在线购物网站的购物车功能（需要跟踪用户添加到购物车中的商品）或在线游戏（玩家状态需要被持续跟踪）。