面试:Spring 中的 bean 是线程安全的吗?

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面试官经常喜欢问 Spring 中的 bean 是不是线程安全的这个问题用来考察对 Spring 中 Bean 作用域的理解,先说结论,Spring 中的 Bean 不是线程安全的。

Spring 容器中的 Bean 是否线程安全,容器本身并没有提供 Bean 的线程安全策略,因此可以说 Spring 容器中的 Bean 本身不具备线程安全的特性,但是具体还是要结合具体 scope 的 Bean 去研究。

Spring Bean 作用域

Spring 的 bean 作用域(scope)类型
  1、singleton:单例,默认作用域。

  2、prototype:原型,每次创建一个新对象。

  3、request:请求,每次 Http 请求创建一个新对象,适用于 WebApplicationContext 环境下。

  4、session:会话,同一个会话共享一个实例,不同会话使用不用的实例。

  5、global-session:全局会话,所有会话共享一个实例。

线程安全这个问题,要从单例与原型 Bean 分别进行说明。

原型 Bean
对于原型 Bean,每次创建一个新对象,也就是线程之间并不存在 Bean 共享,自然是不会有线程安全的问题。

单例 Bean
对于单例 Bean,所有线程都共享一个单例实例 Bean,因此是存在资源的竞争。

如果单例 Bean,是一个无状态 Bean,也就是线程中的操作不会对 Bean 的成员执行查询以外的操作,那么这个单例 Bean 是线程安全的。比如 Spring mvc 的 Controller、Service、Dao 等,这些 Bean 大多是无状态的,只关注于方法本身。

spring 单例,为什么 controller、service 和 dao 确能保证线程安全?

Spring 中的 Bean 默认是单例模式的,框架并没有对 bean 进行多线程的封装处理。实际上大部分时间 Bean 是无状态的(比如 Dao) 所以说在某种程度上来说 Bean 其实是安全的。

但是如果 Bean 是有状态的 那就需要开发人员自己来进行线程安全的保证,最简单的办法就是改变 bean 的作用域 把 singleton 改为 protopyte, 这样每次请求 Bean 就相当于是 new Bean() 这样就可以保证线程的安全了。

有状态就是有数据存储功能
无状态就是不会保存数据
  
controller、service 和 dao 层本身并不是线程安全的,只是如果只是调用里面的方法,而且多线程调用一个实例的方法,会在内存中复制变量,这是自己的线程的工作内存,是安全的。

想理解原理可以看看《深入理解 JVM 虚拟机》,2.2.2 节:

Java虚拟机栈是线程私有的,它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型:每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。

《Java 并发编程实战》第 3.2.2 节:

局部变量的固有属性之一就是封闭在执行线程中。
它们位于执行线程的栈中,其他线程无法访问这个栈。

所以其实任何无状态单例都是线程安全的。Spring 的根本就是通过大量这种单例构建起系统,以事务脚本的方式提供服务

也可以看看这篇加深理解: 关于 Spring 的 @Controller @Service 等的线程安全问题

首先问 @Controller @Service 是不是线程安全的?

答:默认配置下不是的。为啥呢?因为默认情况下 @Controller 没有加上 @Scope,没有加 @Scope 就是默认值 singleton,单例的。意思就是系统只会初始化一次 Controller 容器,所以每次请求的都是同一个 Controller 容器,当然是非线程安全的。举个栗子:

@RestController
public class TestController {

    private int var = 0;
    
    @GetMapping(value = "/test_var")
    public String test() {
        System.out.println("普通变量var:" + (++var));
        return "普通变量var:" + var ;
    }
}

在 postman 里面发三次请求,结果如下:

普通变量var:1
普通变量var:2
普通变量var:3

说明他不是线程安全的。怎么办呢?可以给他加上上面说的 @Scope 注解,如下:

@RestController
@Scope(value = "prototype") // 加上@Scope注解,他有2个取值:单例-singleton 多实例-prototype
public class TestController {

    private int var = 0;
    
    @GetMapping(value = "/test_var")
    public String test() {
        System.out.println("普通变量var:" + (++var));
        return "普通变量var:" + var ;
    }
}

这样一来,每个请求都单独创建一个 Controller 容器,所以各个请求之间是线程安全的,三次请求结果:

普通变量var:1
普通变量var:1
普通变量var:1

加了 @Scope 注解多的实例 prototype 是不是一定就是线程安全的呢?

@RestController
@Scope(value = "prototype") // 加上@Scope注解,他有2个取值:单例-singleton 多实例-prototype
public class TestController {
    private int var = 0;
    private static int staticVar = 0;

    @GetMapping(value = "/test_var")
    public String test() {
        System.out.println("普通变量var:" + (++var)+ "---静态变量staticVar:" + (++staticVar));
        return "普通变量var:" + var + "静态变量staticVar:" + staticVar;
    }
}

看三次请求结果:

普通变量var:1---静态变量staticVar:1
普通变量var:1---静态变量staticVar:2
普通变量var:1---静态变量staticVar:3

虽然每次都是单独创建一个 Controller 但是扛不住他变量本身是 static 的呀,所以说呢,即便是加上 @Scope 注解也不一定能保证 Controller 100% 的线程安全。所以是否线程安全在于怎样去定义变量以及 Controller 的配置。所以来个全乎一点的实验,代码如下:

@RestController
@Scope(value = "singleton") // prototype singleton
public class TestController {

    private int var = 0; // 定义一个普通变量

    private static int staticVar = 0; // 定义一个静态变量

    @Value("${test-int}")
    private int testInt; // 从配置文件中读取变量

    ThreadLocal<Integer> tl = new ThreadLocal<>(); // 用ThreadLocal来封装变量

    @Autowired
    private User user; // 注入一个对象来封装变量

    @GetMapping(value = "/test_var")
    public String test() {
        tl.set(1);
        System.out.println("先取一下user对象中的值:"+user.getAge()+"===再取一下hashCode:"+user.hashCode());
        user.setAge(1);
        System.out.println("普通变量var:" + (++var) + "===静态变量staticVar:" + (++staticVar) + "===配置变量testInt:" + (++testInt)
                + "===ThreadLocal变量tl:" + tl.get()+"===注入变量user:" + user.getAge());
        return "普通变量var:" + var + ",静态变量staticVar:" + staticVar + ",配置读取变量testInt:" + testInt + ",ThreadLocal变量tl:"
                + tl.get() + "注入变量user:" + user.getAge();
    }
}

补充 Controller 以外的代码,config 里面自己定义的 Bean:User

@Configuration
public class MyConfig {
    @Bean
    public User user(){
        return new User();
    }
}

我暂时能想到的定义变量的方法就这么多了,三次 http 请求结果如下:

先取一下user对象中的值:0===再取一下hashCode:241165852
普通变量var:1===静态变量staticVar:1===配置变量testInt:1===ThreadLocal变量tl:1===注入变量user:1
先取一下user对象中的值:1===再取一下hashCode:241165852
普通变量var:2===静态变量staticVar:2===配置变量testInt:2===ThreadLocal变量tl:1===注入变量user:1
先取一下user对象中的值:1===再取一下hashCode:241165852
普通变量var:3===静态变量staticVar:3===配置变量testInt:3===ThreadLocal变量tl:1===注入变量user:1

可以看到,在单例模式下 Controller 中只有用 ThreadLocal 封装的变量是线程安全的。为什么这样说呢?

我们可以看到 3 次请求结果里面只有 ThreadLocal 变量值每次都是从 0+1=1 的,其他的几个都是累加的,而 user 对象呢,默认值是 0,第二交取值的时候就已经是 1 了,关键他的 hashCode 是一样的,说明每次请求调用的都是同一个 user 对象。

下面将 TestController 上的 @Scope 注解的属性改一下改成多实例的:@Scope(value = "prototype"),其他都不变,再次请求,结果如下:

先取一下user对象中的值:0===再取一下hashCode:853315860
普通变量var:1===静态变量staticVar:1===配置变量testInt:1===ThreadLocal变量tl:1===注入变量user:1
先取一下user对象中的值:1===再取一下hashCode:853315860
普通变量var:1===静态变量staticVar:2===配置变量testInt:1===ThreadLocal变量tl:1===注入变量user:1
先取一下user对象中的值:1===再取一下hashCode:853315860
普通变量var:1===静态变量staticVar:3===配置变量testInt:1===ThreadLocal变量tl:1===注入变量user:1

分析这个结果发现,多实例模式下普通变量,取配置的变量还有 ThreadLocal 变量都是线程安全的,而静态变量和 user(看他的 hashCode 都是一样的)对象中的变量都是非线程安全的。

也就是说尽管 TestController 是每次请求的时候都初始化了一个对象,但是静态变量始终是只有一份的,而且这个注入的 user 对象也是只有一份的。静态变量只有一份这是当然的咯,那么有没有办法让 user 对象可以每次都 new 一个新的呢?当然可以:

public class MyConfig {
    @Bean
    @Scope(value = "prototype")
    public User user(){
        return new User();
    }    
}

在 config 里面给这个注入的 Bean 加上一个相同的注解 @Scope(value = "prototype") 就可以了,再来请求一下看看:

先取一下user对象中的值:0===再取一下hashCode:1612967699
普通变量var:1===静态变量staticVar:1===配置变量testInt:1===ThreadLocal变量tl:1===注入变量user:1
先取一下user对象中的值:0===再取一下hashCode:985418837
普通变量var:1===静态变量staticVar:2===配置变量testInt:1===ThreadLocal变量tl:1===注入变量user:1
先取一下user对象中的值:0===再取一下hashCode:1958952789
普通变量var:1===静态变量staticVar:3===配置变量testInt:1===ThreadLocal变量tl:1===注入变量user:1

可以看到每次请求的 user 对象的 hashCode 都不是一样的,每次赋值前取 user 中的变量值也都是默认值 0。

小结

  1. 在 @Controller/@Service 等容器中,默认情况下,scope 值是单例-singleton 的,也是线程不安全的。
  2. 尽量不要在 @Controller/@Service 等容器中定义静态变量,不论是单例(singleton)还是多实例(prototype)他都是线程不安全的。
  3. 默认注入的 Bean 对象,在不设置 scope 的时候他也是线程不安全的。
  4. 一定要定义变量的话,用 ThreadLocal 来封装,这个是线程安全的

来源 : https://www.cnblogs.com/myseries/p/11729800.html
作者:myseries

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