Spring全家桶源码解析--2.6 Spring scope 限制bean的作用范围

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前言

在Maven 中我们可以通过 标签来现在依赖的作用范围，在Spring 中也提供@Scope 注解来限制bean 的作用范围。

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一、Scope是什么？

在平时的开发中我们可能通过@Bean，@Component，@Import ，@Configuration 等注解来为容器中注入bean ，虽然我们没有声明，但是他们都被默认成了单例对象，Spring 开发者是基于什么考虑来提供@Scope 注解。
我们看下Scope 注解的作用：
@Scope注解是Spring框架中用于限定Bean作用范围的注解。它可以应用于Bean定义的类级别，以指定Bean的实例化和销毁规则；

在Spring中，Bean的作用域定义了Bean对象在应用程序中的存在范围和生命周期，包括多例（prototype）、单例（singleton）、会话（session）、请求（request）等几种常用的作用域。
作用域的意义主要包括以下几个方面：

• 控制对象的创建和销毁：通过定义不同的作用域，可以指定Bean对象的创建和销毁行为。例如，使用单例作用域的Bean在应用程序启动时创建，直到应用程序关闭时才销毁；而使用多例作用域的Bean在每次通过容器获取时都会创建一个新的实例，不由容器管理其生命周期。

• 控制对象的共享与隔离：不同的作用域决定了Bean对象在应用程序中的共享程度。单例作用域的Bean是全局唯一的，可以在应用的任何地方共享；而多例作用域的Bean每次获取都会创建一个新的实例，相互之间是隔离的。

• 提供灵活的对象管理：通过合理使用不同作用域的Bean，可以满足不同业务场景下的需求。比如，使用会话作用域的Bean可以在用户会话期间保持状态，而请求作用域的Bean可以处理每个HTTP请求的相关逻辑。

• 提高性能和资源利用率：单例作用域的Bean在应用程序启动时被创建，可以在整个应用程序生命周期内重复使用，避免了重复创建对象的开销。这样可以提高应用程序的性能并节省资源的使用。

• 作用域在Spring中起到了控制对象创建和销毁、对象共享与隔离、对象管理和性能优化等作用。根据实际需求，合理选择适当的作用域可以帮助我们更好地管理Bean对象，提高应用程序的性能和灵活性。

二、Scope使用

2.1 单例：

在Spring中，单例（Singleton）作用域是最常用的一种作用域。当一个Bean被定义为单例作用域时，Spring容器只会创建一个该类型的实例，并在容器的生命周期中共享这个实例。

单例Bean在Spring容器启动时被创建，并保存在容器内部的一个缓存中。当应用程序需要获取该类型的Bean时，容器会返回已经存在的实例。这样可以避免重复创建对象的开销，提高应用程序的性能和资源利用率。

在平时的开发中我们没有定义@Scope 那么这个bean 默认就是单例的；

2.1.1 单例Bean的特点如下：

• 全局唯一性：单例Bean在应用程序的整个生命周期内只会创建一个实例，不管在哪里调用都会得到同一个实例。

• 共享：所有使用该单例Bean的组件将共享同一个实例，这样可以方便地进行数据的共享和状态的管理。

• 线程安全：单例Bean默认对多线程是线程安全的，即使多个线程同时访问该Bean的方法，也不会出现线程冲突的问题。

• 生命周期管理：单例Bean的生命周期由Spring容器管理，容器会在必要时创建和销毁单例Bean。

• 要将一个Bean定义为单例作用域，可以使用@Scope("singleton")注解，或者直接省略@Scope注解，默认为单例作用域。

• 需要特别注意的是，单例Bean应该是无状态的，不应该包含可变状态。如果单例Bean包含可变状态，可能会引发线程安全问题。如果需要在单例Bean中保存状态，应该使用线程安全的方式进行操作，或者考虑将Bean的作用域定义为原型（Prototype）。

• 单例Bean是Spring中最常用的作用域之一，它提供了全局唯一性、共享和线程安全的特性。合理使用单例Bean可以提高应用程序的性能和资源利用率，并方便管理对象的状态和数据共享。

2.1.2 单例设计模式 与单例bean：

单例 bean 是有spring 容器进行生成 和销毁的，其生命周期由spring 控制，一个类可以生成多个相同类型但是不同名称的单例bean
设计单例模式，是一种开发的规范模式，一个类只会有一个实例存在，并提供全局访问点，从概念上讲可以说两个根本就是不同的东西；

2.2 原型bean：

容器只负责创建和初始化，spring 本身不进行存储，原型（Prototype）作用域的Bean是Spring中的一种作用域，与单例作用域相对。当Bean被定义为原型作用域时，在每次通过容器获取该Bean时，都会创建一个新的实例。

2.2.1 原型Bean的特点：

• 多实例：每次通过容器获取原型Bean时，都会创建一个新的实例。相同的原型Bean可以有多个独立的实例。

• 灵活性：原型Bean适用于需要频繁创建新实例且不需要保持状态或数据共享的情况。每次获取原型Bean时，都可以获得一个全新的实例。

• 生命周期管理：容器在创建原型Bean实例后，不负责对其进行生命周期的管理。这意味着如果原型Bean依赖其他Bean，容器不会自动处理依赖的初始化和销毁。

• 对象创建时机：原型Bean的创建时机是在每次通过容器获取Bean时。而单例Bean在容器启动时就会创建。

• 要将一个Bean定义为原型作用域，可以@Scope(“prototype”)注解

• 需要注意的是，原型Bean在被注入到其他单例Bean中时，每次注入都会创建一个新的实例。因此，在使用原型Bean时要注意管理生命周期和资源释放，特别是在具有复杂依赖关系和状态的情况下。

• 原型Bean是Spring框架中的一种作用域，每次通过容器获取原型Bean时都会创建一个新的实例。原型作用域适用于需要频繁创建新实例的情况，且不需要保持状态或数据共享。通过合理使用原型Bean，可以满足动态创建对象实例的需求。

• 原型Bean是由Spring容器创建和管理的，但是它的生命周期并不受Spring容器的控制。因此，原型Bean不由Spring销毁，而是由使用该Bean的客户端负责销毁。

2.2.2 原型Bean的销毁：

当从Spring容器获取一个原型Bean时，Spring容器会创建一个新的实例，并将其返回给客户端。客户端可以使用该实例进行操作，但是在实例不再使用时，客户端需要负责销毁它。

原型Bean的销毁工作可以通过以下几种方式来实现：
（1）. 显式销毁：客户端可以在不再使用原型Bean时，主动调用销毁方法进行销毁。这可以是一个自定义的销毁方法，例如实现了DisposableBean接口的destroy()方法，或者使用@PreDestroy注解标注的方法。在该方法中，可以执行必要的清理操作，例如释放资源。

@Component
@Scope("prototype")
public class PrototypeBean implements DisposableBean {
    
    @Override
    public void destroy() throws Exception {
        // 执行销毁操作
    }
}

（2）. 手动销毁：客户端可以在原型Bean不再使用时，手动调用销毁方法进行销毁。这可以使用通过Spring容器提供的ApplicationContext对象获取原型Bean，并调用销毁方法。

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
PrototypeBean bean = context.getBean(PrototypeBean.class);
// 使用原型Bean
// 销毁Bean
((Disposable) bean).destroy();

需要注意的是，Spring容器会管理单例Bean的生命周期，括创建和销毁。但是对于原型Bean，Spring容器只负责创建，不负责销毁。因此，在使用原型Bean时，应该确保在不使用时及时销毁，以避免资源泄漏和内存泄漏问题。

另外，Spring容器在创建原型Bean时不会对其进行任何的依赖注入和初始化操作。每次获取原型Bean时，都会创建一个新的实例，并返回给客户端。因此，原型Bean的状态不会被其他Bean所影响，每次获取到的实例都是全新的。

2.3 Request bean 和 Session bean：

2.3.1 Request bean ：

Request 作用域的bean 需要和web 进行关联，在Web应用中，每个请求都会有一个独立的Bean实例。即每个请求都会有自己的Bean实例。请求（Request）作域是Spring框架中一种作用域，表示在每次HTTP请求中创建一个新的Bean实例。请求作用域的Bean将在每个请求过程中保持独立，这使得我们可以在每个请求中使用不同的Bean实例。
要将Bean定义为请求作用域，可以使用@Scope(“request”)注解或RequestScope注解。

示例代码如下：

@Component
@Scope("request")
public class MyRequestScopedBean {
    // Bean的定义
}

在上述示例中，MyRequestScopedBean被定义为请求作用域的Bean。每次HTTP请求都会创建一个新的MyRequestScopedBean实例，并且该实例仅在当前请求中有效。当请求结束后，该实例将被销毁。

2.3.1.1 Request bean 特点：

• 请求作用域的Bean只能在Web应用程序中使用，并且仅适用于使用了Spring Web MVC或Spring Boot的Web应用。
• 在使用请求作用域的Bean之前，需要在Spring上下文中启用对请求作用域的支持。可以通过配置RequestContextListener或使用注解@EnableWebMvc来启用。
• 在同一个请求中多次使用请求作用域的Bean将会得到同一个实例。但不同请求之间的Bean实例是独立的。
• 请求作用域的Bean对于并发请求是线程安全的。每个线程在处理请求时都会获得自己的Bean实例。
• 请求作用域是Spring框架中的一种作用域，用于在每个HTTP请求中创建独立的Bean实例。它适用于需要在每个请求中维持独立状态的Bean。通过使用@Scope(“request”)注解或RequestScope注解，我们可以将Bean定义为请求作用域，实现请求级别的状态管理。

2.3.2 session bean ：

在Web应用中，每个用户会话都会有一个独立的Bean实例。即每个用户在会话期间都有自己的Bean实例

Session作用域是Java Web应用中的一种作用域范围，用于在用户会话期间保持数据的独立状态。可以将数据存储在Session对象中，并在整个会话过程中进行共享和访问。

在Java EE中，Session作用域可以通过HttpSession对象来实现。HttpSession对象是由Servlet容器在每个用户会话期间创建和管理的，它表示了与特定用户相关联的会话对象。通过HttpSession对象，可以在会话作用域中存储和获取数据。

2.3.1.2 session bean 特点：

• 会话范围：Session作用域的生命周期与用户会话的启动和结束相对应。当用户首次访问Web应用时，Servlet容器会为该用户创建一个唯一的会话，并为其分配一个Session对象。该Session对象在整个会话期间都是有效的，直到用户主动结束会话或会话过期。

• 跨页面共享数据：Session作用域中的数据可以在用户会话期间的不同页面中进行共享和访问。当一个页面将数据存储在Session对象中后，其他页面可以通过相同的Session对象来获取存储的数据。这对于需要在多个页面之间传递数据或保持用户的状态特别有用。

• 容器管理：Session对象由Servlet容器自动创建和管理，无需显式创建或销毁。当用户会话结束或会话过期时，Servlet容器会自动销毁相关的Session对象及其对应的数据。

• 在使用Session作用域时，一般会借助HttpServletRequest对象来获取和操作Session对象。以下是一些示例代码，演示了如何在Session作用域中存储和获取数据。

在使用Session作用域时，一般会借助HttpServletRequest对象来获取和操作Session对象。以下是一些示例代码，演示了如何在Session作用域中存储和获取数据。

import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpSession;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class SessionScopedBean {
    
    @Autowired
    private HttpServletRequest request;

    public void storeData() {
        HttpSession session = request.getSession();
        session.setAttribute("key", "value");
    }

    public void retrieveData() {
        HttpSession session = request.getSession();
        String value = (String) session.getAttribute("key");
        // 使用值进行其他操作
    }
}

在上述示例中，SessionScopedBean是一个会话作用域的Bean，通过注入HttpServletRequest对象，可以获取当前会话的HttpSession对象。然后可以使用HttpSession对象将数据存储在会话作用域中，并在整个会话期间进行获取和使用。

需要注意的是，Session作用域中的数据是与用户会话绑定的，并且在跨多个用户会话之间是独立的。每个用户会话都有自己独立的Session对象和相应的数据。

综上所述，Session作用域是Java Web应用中一种用于在会话期间保持数据独立状态的作用域范围。通过HttpSession对象，可以在会话作用域中存储和获取数据。

2.3.3 Request、Session bean的 实现：

浏览器在发起第一次请求到达服务器，服务发现浏览器请求头没有携带requestedSessionId / 携带了但是 没有找到session（如重新启动tomcat） 则通过.createSession(sessionId) 方法创建一个新的session并返回；

AbstractRequestAttributesScope 类中get 方法:

public Object get(String name, ObjectFactory<?> objectFactory) {
	// 从一个请求上下文容器中拿到请求的Attributes
    RequestAttributes attributes = RequestContextHolder.currentRequestAttributes();
	// 从属性中获取scope对象, 需要传入name 和 scope类型
	// 每次都是新的request 请求，所有从属性中获取对应的bean 是空的 ，则通过objectFactory.getObject()
	// 完成bean 的创建，创建完成放入到request 的属性中;
	// 如果是session 域在进入该方法之前 回先去获取当前request 请求对应的那个session 通过
	// requestedSessionId  获取session 如果获取到则返回，获取不到则认为是新窗口则创建session;
	// 从reques 或者session 获取 对应的bean 如果获取不到则进行创建，并放入到属性中，
	// 如果获取到了则直接返回
    Object scopedObject = attributes.getAttribute(name, this.getScope());
    if (scopedObject == null) {
        scopedObject = objectFactory.getObject();
        attributes.setAttribute(name, scopedObject, this.getScope());
        Object retrievedObject = attributes.getAttribute(name, this.getScope());
        if (retrievedObject != null) {
            scopedObject = retrievedObject;
        }
    }

    return scopedObject;
}

RequestContextHolder ServletRequestAttributes#getAttribute:

public Object getAttribute(String name, int scope) {
	// 如果是request
	if (scope == SCOPE_REQUEST) {
		if (!isRequestActive()) {
			throw new IllegalStateException(
					"Cannot ask for request attribute - request is not active anymore!");
		}
		// 从request中根据name获取 bean
		return this.request.getAttribute(name);
	}
	else {
		// 如果是session
		HttpSession session = getSession(false);
		if (session != null) {
			try {
				// 从session中根据name获取 bean
				Object value = session.getAttribute(name);
				if (value != null) {
					this.sessionAttributesToUpdate.put(name, value);
				}
				return value;
			}
			catch (IllegalStateException ex) {
				// Session invalidated - shouldn't usually happen.
			}
		}
		return null;
	}
}

2.3.4 bean 的request，session作用域 同 web 浏览器 session会话和http 请求的关系：

在Web开发中，Spring框架提供了一些特殊的作用域来管理bean对象的生命周期，这些作用域与浏览器的会话（session）和HTTP请求息息相关。

• Request作用域:
  Request作用域是指将bean的生命周期限定在单个HTTP请求之内。当一个HTTP请求到达服务器，并且在处理请求的过程中需要使用到某个bean对象，Spring会创建该bean对象并将其置于Request作用域中。这意味着在同一个请求中多次获取该bean对象，会得到同一个实例。

• Session作用域:
  Session作用域是指将bean的生命周期限定在用户的会话期间。当用户通过浏览器与Web应用程序建立会话后，Spring会创建各个bean对象，并将其置于Session作用域中。这样，在同一个会话中多次获取该bean对象，会得到同一个实例。不同的用户会话之间拥有不同的实例。

现在来看一下Web浏览器的会话（session）和HTTP请求之间的关系。当用户使用浏览器访问Web应用程序时，浏览器会与服务器建立一个会话。会话可以跨越多个HTTP请求，直到会话超时或用户关闭浏览器。

对于每个HTTP请求，浏览器会将请求发送到服务器，并附带上之前建立的会话ID（可能通过Cookie或URL重写机制）。服务器接收到请求后，可以通过会话ID找到与该会话相关的信息，包括Session作用域中的bean对象。

在Spring中，使用Request作用域或Session作用域可以方便地管理bean对象的生命周期，并实现在请求或会话期间共享数据。可以通过在bean的声明中添加相应的作用域注解来指定相应的作用域，例如@RequestScope或@SessionScope。

综上所述:
(1) 他们是两个概念，一个是spring 中bean 的作用域，一个是浏览器与服务器的会话请求，但是他们直接又有关联，当声明为request 的作用域，每次进行http 请求都户创建一个新的bean 并被放入到该request的属性中，所以在同一个http 请求中多次获取到的这个bean 是同一个对象，但是在不同的http 请求中获取到的bean 是不同的；
对于session作用域的bean，在一个http请求中去获取改bean ，首先判断当前request 请求是否携带了sessionId 如果没有携带或者携带了但是没有找到session，此时session 为空，会重新创建一个新的session 并放入到response 中，后续多次进行http 请求 ，在使用改bean 的时候会先从session 的属性中获取，获取不到则进bean 的创建并吧创建之后的bean 放入的session 的属性中，所以在一个浏览器窗口的多次http 请求对应session作用域的bean 获取的是同一个对象，不同窗口因为session会话是两个，则取到的bean 是不同的；

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总结：

不同bean的作用范围 图解：

Spring 通过@Scope 注解为bean 定义需要的声明周期，Singleton（单例）：默认的作用范围，每个Spring容器中只会存在一个Bean实例。Prototype（原型）：每次获取Bean时都会创建一个新的实例。Request（请求）：每个HTTP请求都会创建一个新的实例，该实例仅在当前请求内部有效。Session（会话）：每个HTTP会话都会创建一个新的实例，该实例在整个会话期间有效。