Spring 源码解读：实现单例与原型的Bean作用域
引言
在Spring框架中，Bean的作用域（Scope）定义了Bean的生命周期和访问范围。Spring提供了多种作用域，包括常用的单例（Singleton）和原型（Prototype）。了解并正确使用这些作用域对于管理应用的资源和性能至关重要。本篇文章将通过手动实现单例和原型作用域的Bean管理机制，并对比Spring中的@Scope注解，帮助你理解不同Bean作用域的使用场景和实现细节。
Bean作用域的基本概念
在Spring中，Bean的作用域决定了容器如何创建和管理Bean实例。不同的作用域适用于不同的使用场景：
常见的Bean作用域
-
单例（Singleton）：
- 默认作用域。
- Spring容器在整个生命周期内仅创建一个Bean实例，并在需要时返回相同的实例。
- 适用于无状态的服务类或数据访问对象。
-
原型（Prototype）：
- 每次请求都会创建一个新的Bean实例。
- 适用于有状态的对象或需要频繁创建的对象。
手动实现单例与原型作用域的Bean管理
为了实现单例和原型作用域的Bean管理机制，我们需要：
- 定义一个BeanFactory接口，提供获取Bean实例的基本方法。
- 实现一个支持单例作用域的Bean工厂。
- 实现一个支持原型作用域的Bean工厂。
- 实现一个通用的Bean工厂，根据Bean的配置决定使用哪种作用域。
定义BeanFactory接口
BeanFactory接口提供了获取Bean实例的基本方法。
/**
* BeanFactory接口，定义了获取Bean实例的基本方法
*/
public interface BeanFactory {
/**
* 获取Bean实例
* @param name Bean的名称
* @return Bean实例
*/
Object getBean(String name);
}
实现单例作用域的Bean工厂
SingletonBeanFactory类实现了BeanFactory接口，负责管理单例作用域的Bean。
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
* 单例作用域的Bean工厂
*/
public class SingletonBeanFactory implements BeanFactory {
private Map<String, Object> singletonBeans = new HashMap<>();
/**
* 获取单例Bean实例
* @param name Bean的名称
* @return 单例Bean实例
*/
@Override
public Object getBean(String name) {
return singletonBeans.get(name);
}
/**
* 注册单例Bean
* @param name Bean的名称
* @param bean Bean实例
*/
public void registerSingleton(String name, Object bean) {
singletonBeans.put(name, bean);
}
}
实现原型作用域的Bean工厂
PrototypeBeanFactory类同样实现了BeanFactory接口，但每次调用getBean方法时都会创建一个新的Bean实例。
import java.util.function.Supplier;
/**
* 原型作用域的Bean工厂
*/
public class PrototypeBeanFactory implements BeanFactory {
private Map<String, Supplier<Object>> beanSuppliers = new HashMap<>();
/**
* 获取原型Bean实例
* @param name Bean的名称
* @return 新的Bean实例
*/
@Override
public Object getBean(String name) {
Supplier<Object> supplier = beanSuppliers.get(name);
if (supplier != null) {
return supplier.get();
}
return null;
}
/**
* 注册原型Bean的创建方法
* @param name Bean的名称
* @param supplier 创建Bean实例的方法
*/
public void registerPrototype(String name, Supplier<Object> supplier) {
beanSuppliers.put(name, supplier);
}
}
实现通用的Bean工厂
GenericBeanFactory类根据配置决定使用哪种作用域，并提供通用的Bean管理机制。
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
* 通用的Bean工厂，支持单例和原型作用域
*/
public class GenericBeanFactory implements BeanFactory {
private SingletonBeanFactory singletonBeanFactory = new SingletonBeanFactory();
private PrototypeBeanFactory prototypeBeanFactory = new PrototypeBeanFactory();
private Map<String, String> beanScopes = new HashMap<>();
/**
* 获取Bean实例，根据Bean的作用域决定返回单例还是新的实例
* @param name Bean的名称
* @return Bean实例
*/
@Override
public Object getBean(String name) {
String scope = beanScopes.get(name);
if ("singleton".equals(scope)) {
return singletonBeanFactory.getBean(name);
} else if ("prototype".equals(scope)) {
return prototypeBeanFactory.getBean(name);
}
return null;
}
/**
* 注册单例Bean
* @param name Bean的名称
* @param bean Bean实例
*/
public void registerSingleton(String name, Object bean) {
singletonBeanFactory.registerSingleton(name, bean);
beanScopes.put(name, "singleton");
}
/**
* 注册原型Bean的创建方法
* @param name Bean的名称
* @param supplier 创建Bean实例的方法
*/
public void registerPrototype(String name, Supplier<Object> supplier) {
prototypeBeanFactory.registerPrototype(name, supplier);
beanScopes.put(name, "prototype");
}
}
创建测试类
我们通过一个简单的测试类来验证单例和原型作用域的管理机制。
public class AppConfig {
public static void main(String[] args) {
GenericBeanFactory beanFactory = new GenericBeanFactory();
// 注册单例Bean
beanFactory.registerSingleton("singletonBean", new SingletonService());
// 注册原型Bean
beanFactory.registerPrototype("prototypeBean", PrototypeService::new);
// 获取单例Bean
SingletonService singletonBean1 = (SingletonService) beanFactory.getBean("singletonBean");
SingletonService singletonBean2 = (SingletonService) beanFactory.getBean("singletonBean");
System.out.println("Singleton Beans are same: " + (singletonBean1 == singletonBean2));
// 获取原型Bean
PrototypeService prototypeBean1 = (PrototypeService) beanFactory.getBean("prototypeBean");
PrototypeService prototypeBean2 = (PrototypeService) beanFactory.getBean("prototypeBean");
System.out.println("Prototype Beans are same: " + (prototypeBean1 == prototypeBean2));
}
}
class SingletonService {
// 单例服务的示例类
}
class PrototypeService {
// 原型服务的示例类
}
测试结果：
- 输出
Singleton Beans are same: true表明单例Bean每次获取的都是相同的实例。 - 输出
Prototype Beans are same: false表明原型Bean每次获取的都是新的实例。
类图和流程图
为了更好地理解整个流程，我们提供了类图和流程图。
类图
BeanFactory
+Object getBean(String name)
SingletonBeanFactory
+Object getBean(String name)
+void registerSingleton(String name, Object bean)
PrototypeBeanFactory
+Object getBean(String name)
+void registerPrototype(String name, Supplier
GenericBeanFactory
+Object getBean(String name)
+void registerSingleton(String name, Object bean)
+void registerPrototype(String name, Supplier
解释：
BeanFactory是一个通用接口，定义了获取Bean实例的方法。SingletonBeanFactory实现了单例作用域的Bean管理。PrototypeBeanFactory实现了原型作用域的Bean管理。GenericBeanFactory通过组合模式支持多种作用域的Bean管理。
流程图
单例
原型
GenericBeanFactory
根据Bean名称查找作用域
作用域是单例还是原型?
从SingletonBeanFactory获取Bean
从PrototypeBeanFactory获取Bean
返回单例Bean实例
创建并返回新的Bean实例
解释：
- 流程图展示了
GenericBeanFactory如何根据Bean的作用域从不同的工厂获取Bean实例的过程。
Spring中的@Scope注解
@Scope注解的基本实现
在Spring中，@Scope注解用于指定Bean的作用域。@Scope可以与@Component或@Bean一起使用，指定Bean是单例还是原型。
@Component
@Scope("prototype")
public class MyPrototypeBean {
//
这个Bean将会在每次注入时创建新的实例
}
@Component
@Scope("singleton")
public class MySingletonBean {
// 这个Bean将会在容器中创建一次，并在每次注入时返回相同的实例
}
@Scope注解的底层实现
Spring通过ScopedProxyFactoryBean类和ProxyMode属性来实现不同作用域的Bean管理。它支持包括单例、原型、请求作用域、会话作用域等多种作用域。
public class ScopedProxyFactoryBean extends ProxyFactoryBean {
private BeanFactory beanFactory;
public ScopedProxyFactoryBean(BeanFactory beanFactory) {
this.beanFactory = beanFactory;
}
@Override
public Object getObject() throws BeansException {
return createScopedProxy();
}
protected Object createScopedProxy() {
// 创建适合指定作用域的代理对象
}
}
详细解读：
ScopedProxyFactoryBean类是Spring中用于管理Bean作用域的关键类，通过它可以根据作用域生成合适的代理对象。- 在
createScopedProxy方法中，Spring根据Bean的作用域选择使用JDK动态代理或CGLIB生成代理对象。
总结
通过实现单例和原型作用域的Bean管理机制，并深入解读Spring中的@Scope注解的基本实现，你应该对Bean作用域的概念和使用场景有了更深入的理解。不同的Bean作用域在实际项目中的选择和应用，直接影响应用的性能和资源管理，希望这些内容能帮助你更好地掌握Spring框架的相关知识。
互动与思考
在实际项目中，你更倾向于使用单例还是原型作用域？你认为在哪些场景下应该使用原型作用域？欢迎在评论区分享你的看法和经验！
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