说一说Spring中的单例模式

╰半橙微兮° 2023-10-14 22:59 95阅读 0赞

> 引言：例模式是一种常用的软件设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。单例模式通常用于日志记录、配置管理、缓存等场景，以避免创建过多的对象实例，从而提高系统性能。在Spring框架中，单例模式被广泛应用，Spring使用单例模式来创建和管理应用程序中的各个对象。本文将和大家一起回顾温习一下单例模式，并且了解其在Spring是如何使用的。

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> 一、单例模式回顾

## 1.1 概念 ##

单例模式是一种设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。这个全局访问点通常是一个静态方法或静态变量，用于获取类的唯一实例。

单例模式通常使用延迟初始化技术，即在第一次获取实例时才创建对象。此外，单例模式还提供了一种机制来控制实例的生命周期，以防止资源泄漏。

## 1.2 实现方式 ##

单例模式的实现方式有多种，以下是几种常见的实现方式：

**饿汉模式**

在这种实现方式中，实例在类加载时创建，因此称为“饿汉式”。以下是代码示例：

csharp复制代码public class Singleton {  
      private static Singleton instance = new Singleton();  
      
      private Singleton() {}  
      
      public static Singleton getInstance() {  
        return instance;  
      }  
    }

**懒汉模式**

在这种实现方式中，实例在第一次使用时创建，因此称为“懒汉式”。以下是代码示例：

csharp复制代码public class Singleton {  
      private static Singleton instance;  
      private Singleton() {}  
      public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
          instance = new Singleton();  
         }  
        return instance;  
       }  
    }

**双重检查锁定（Double Checked Locking）**

在这种实现方式中，使用了双重检查锁定来确保只有一个线程能够初始化实例。这种实现方式结合了饿汉式和懒汉式的优点，既可以实现延迟加载，又可以在多线程环境下保证线程安全。以下是代码示例：

csharp复制代码public class Singleton {
        private static volatile Singleton instance;
        private Singleton() {}
        public static Singleton getInstance() {
           // 第一次检查，避免不必要的同步
            if (instance == null) {
            // 加锁，保证只有一个线程可以进入创建实例
                synchronized (Singleton.class) {
                // 第二次检查，防止在第一个线程释放锁之后，其它线程再次创建实例
                    if (instance == null) {               
                        instance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
     }

**枚举实现**

在Java中，枚举类型是天然的单例模式。通过将类定义为枚举类型，并在其中定义唯一的实例，可以很容易地实现单例模式。以下是代码示例：

arduino复制代码public enum Singleton {  
       INSTANCE;  
    }

## 1.3 单例模式的优点 ##

(1) 只有一个实例，避免了创建过多的对象实例，提高了系统性能。

(2)提供了一个全局访问点，方便对单例进行管理和访问。

(3)可以方便地实现延迟加载和生命周期管理。

(4)适用于需要频繁访问实例的场景。

(5)可以防止对实例的过度使用。

(6)可以防止对实例的意外修改。

(7)可以防止对实例的重复创建。

> 二、 Spring框架中单例模式

在Spring框架中，单例模式是通过工厂模式实现的。具体而言，Spring通过一个工厂类（通常是BeanFactory或ApplicationContext）来管理所有的对象实例，该工厂类负责创建、初始化和缓存所有的单例对象。Spring框架中的单例模式是一种非常重要的设计模式，下面我们来看一下几个比较重要的应用。

（1）ApplicationContext

ApplicationContext是Spring框架的核心容器，用于管理Bean的生命周期和依赖注入。ApplicationContext在初始化的过程中会创建多个Bean实例，但是ApplicationContext本身是以单例模式实现的。

（2）BeanFactory

BeanFactory是Spring框架中的一个接口，它定义了获取Bean的方法。在Spring中，可以通过ApplicationContext获取Bean，而ApplicationContext实际上是BeanFactory的一个实现类。

几乎所有的ApplicationContext实现都是以单例模式实现的，因为ApplicationContext的初始化代价较高，同时它被用来获取Bean，应保证整个应用中只有一个实例。

（3）BeanPostProcessor

BeanPostProcessor是Spring框架中的一个接口，它定义了在Bean初始化前后进行自定义处理的方法。BeanPostProcessor提供了一种拦截器机制，允许我们在Bean被实例化和初始化的过程中进行额外的处理。

BeanPostProcessor通常是以单例模式实现的。因为在整个容器的生命周期中，BeanPostProcessor的实例很少发生变化，而且它们通常没有状态。

（4）DefaultListableBeanFactory

DefaultListableBeanFactory是Spring框架中的一个类，它是BeanFactory的一个默认实现。DefaultListableBeanFactory管理了一个Bean定义的注册表，并提供了获取Bean的功能。 DefaultListableBeanFactory使用单例模式实现，保证整个应用中只有一个实例。

（5）AbstractAutowireCapableBeanFactory

AbstractAutowireCapableBeanFactory是Spring框架中的一个类，它是BeanFactory的抽象实现，并且提供了自动装配的能力。

在获取Bean的过程中，AbstractAutowireCapableBeanFactory会检查Bean定义的自动装配模式，然后通过反射机制实例化Bean，为其属性进行依赖注入。 AbstractAutowireCapableBeanFactory使用单例模式实现，确保整个应用中只有一个实例。

（6）HandlerMapping

HandlerMapping是Spring框架中的一个接口，用于将请求映射到处理程序并返回处理程序对象。在Web应用中，HandlerMapping在容器启动时会被实例化，并设置到DispatcherServlet中。

HandlerMapping通常以单例模式实现。因为在整个应用的运行过程中，映射关系不会发生改变，只需要一个实例来进行请求映射即可。

以上只是列举了一部分Spring框架中使用单例模式实现的类，由于Spring框架十分庞大，涵盖的功能很多，还有很多其他类也是以单例模式实现的。如果大家感兴趣可以深入研究一下源码。

> 三、小tips

Spring的Controller是单例还是多例，如何保证并发的安全？这是一个在面试过程中经常遇到的问题，不知道大家有没有思考过这个问题呢。

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首先我们可以回答Controller默认是单例的，并且在方法中不要使用非静态的成员变量，否则会发生数据逻辑混乱，如下代码所示：

kotlin复制代码import org.springframework.context.annotation.Scope;
    import org.springframework.stereotype.Controller;
    import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
    
       @Controller
       public class TestController {
    
           private int num = 0;
    
           @RequestMapping("/test1")
           public void test1() {
               System.out.println(++num);
           }
        
           @RequestMapping("/test2")
           public void test2() {
               System.out.println(++num);
           }
    
    }

首先访问 http://localhost:8080/test1，得到的答案是1； 然后我们再访问 http://localhost:8080/test2，得到的答案是 2。得到的不同的值，这是线程不安全的。

接下来我们再来给Controller增加作用多例 @Scope("prototype")。

然后首先访问 http://localhost:8080/test1，得到的答案是1； 然后我们再访问 http://localhost:8080/test2，得到的答案还是 1。我们不难了解到单例是不安全的，会导致属性重复使用。

那如何解决这个问题呢？

1、不要在Controller中定义成员变量。

2、万一必须要定义一个非静态成员变量时候，则通过注解@Scope(“prototype”)，将其设置为多例模式。

3、在Controller中使用ThreadLocal变量

> 五、总结

Spring框架中的单例模式是一种非常重要的设计模式，它可以有效地管理和控制对象的创建和生命周期。通过合理应用单例模式，可以提高程序的性能、稳定性和安全性，并减少资源的占用。同时，单例模式也为依赖注入等功能提供了强大的支持。因此，掌握和理解Spring框架中的单例模式对于开发高质量的Java应用程序是非常重要的

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[image.png 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/45912831e6e45bbef0334edadf9b564d.png
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