Spring在SingleTon模式下的線程安全實(shí)例分析

這篇“Spring在SingleTon模式下的線程安全實(shí)例分析”文章的知識點(diǎn)大部分人都不太理解，所以小編給大家總結(jié)了以下內(nèi)容，內(nèi)容詳細(xì)，步驟清晰，具有一定的借鑒價(jià)值，希望大家閱讀完這篇文章能有所收獲，下面我們一起來看看這篇“Spring在SingleTon模式下的線程安全實(shí)例分析”文章吧。

1、有狀態(tài)的bean與無狀態(tài)的bean

• 有狀態(tài)bean：每個(gè)用戶有自己特有的一個(gè)實(shí)例，在用戶的生存期內(nèi)，bean保存了用戶的信息，即有狀態(tài)；一旦用戶滅亡（調(diào)用結(jié)束或?qū)嵗Y(jié)束），bean的生命期也告結(jié)束。即每個(gè)用戶最初都會得到一個(gè)初始的bean。

• 無狀態(tài)bean：bean一旦實(shí)例化就被加進(jìn)會話池中，各個(gè)用戶都可以共用。即使用戶已經(jīng)消亡，bean的生命期也不一定結(jié)束，它可能依然存在于會話池中，供其他用戶調(diào)用。由于沒有特定的用戶，那么也就不能保持某一用戶的狀態(tài)，所以叫無狀態(tài)bean。但無狀態(tài)會話bean 并非沒有狀態(tài)，如果它有自己的屬性（變量）。

有狀態(tài)就是有數(shù)據(jù)存儲功能。有狀態(tài)對象(Stateful Bean)，就是有實(shí)例變量的對象 ，可以保存數(shù)據(jù)，是非線程安全的。在不同方法調(diào)用間不保留任何狀態(tài)。

無狀態(tài)就是一次操作不能保存數(shù)據(jù)。無狀態(tài)對象(Stateless Bean)，就是沒有實(shí)例變量的對象 ，不能保存數(shù)據(jù)是不變類，是線程安全的。

在Spring的Bean配置中，存在這樣兩種情況：

<bean id="testManager" class="com.sw.TestManagerImpl" scope="singleton" />  
<bean id="testManager" class="com.sw.TestManagerImpl" scope="prototype" />

當(dāng)然，scope的值不止這兩種，還包括了request、session 等。但用的最多的還是singleton單態(tài)與prototype多態(tài)。

singleton表示該bean全局只有一個(gè)實(shí)例，Spring中bean的scope默認(rèn)也是singleton。

prototype表示該bean在每次被注入的時(shí)候，都要重新創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，這種情況適用于有狀態(tài)的Bean。

下面是一個(gè)有狀態(tài)的Bean示例

public class TestManagerImpl implements TestManager {  
    private User user;
    public void deleteUser(User e) throws Exception {  
        user = e;    //1
        prepareData(e);
    }
    public void prepareData(User e) throws Exception {  
        user = getUserByID(e.getId());     //2
        //使用user.getId();                //3
    }
}

如果該Bean配置為singleton，會出現(xiàn)什么樣的狀況呢？

如果有2個(gè)用戶訪問，都調(diào)用到了該Bean，假定為user1、user2。

當(dāng)user1調(diào)用到程序中的步驟1的時(shí)候，該Bean的私有變量user被賦值為user1，當(dāng)user1的程序走到步驟2的時(shí)候，該Bean的私有變量user被重新賦值為user1_create，理想的狀況，當(dāng)user1走到3步驟的時(shí)候，私有變量user應(yīng)該為user1_create;但如果在user1調(diào)用到3步驟之前，user2開始運(yùn)行到了步驟1了，由于單態(tài)的資源共享，則私有變量user被修改為user2；這種情況下，user1的步驟3用到的user.getId()實(shí)際用到是user2的對象。

即將有狀態(tài)的bean配置成singleton會造成資源混亂問題（線程安全問題），而如果是prototype的話，就不會出現(xiàn)資源共享的問題，即不會出現(xiàn)線程安全的問題。

注：如果你的代碼所在的進(jìn)程中有多個(gè)線程在同時(shí)運(yùn)行，而這些線程可能會同時(shí)運(yùn)行這段代碼。如果每次運(yùn)行結(jié)果和單線程運(yùn)行的結(jié)果是一樣的，而且其他的變量的值也和預(yù)期的是一樣的，那么代碼就是線程安全的。

通過上面分析，大家已經(jīng)對有狀態(tài)和無狀態(tài)有了一定的理解。無狀態(tài)的Bean適合用不變模式，技術(shù)就是單例模式，這樣可以共享實(shí)例，提高性能。有狀態(tài)的Bean，多線程環(huán)境下不安全，那么適合用Prototype原型模式（解決多線程問題），每次對bean的請求都會創(chuàng)建一個(gè)新的bean實(shí)例。

2、Spring中的單例

Spring中的單例與設(shè)計(jì)模式里面的單例略有不同，設(shè)計(jì)模式的單例是在整個(gè)應(yīng)用中只有一個(gè)實(shí)例，而Spring中的單例是在一個(gè)IOC容器中就只有一個(gè)實(shí)例。

大多數(shù)時(shí)候客戶端都在訪問我們應(yīng)用中的業(yè)務(wù)對象，為了減少并發(fā)控制，在這個(gè)時(shí)候我們不應(yīng)該在業(yè)務(wù)對象中設(shè)置那些容易造成出錯(cuò)的成員變量。在并發(fā)訪問時(shí)候，這些成員變量將會是并發(fā)線程中的共享對象，那么這個(gè)時(shí)候就會出現(xiàn)意外情況。

成員變量的解決方式：

• 方法的參數(shù)局部變量（在方法中new）

• 使用Threadlocal

• 設(shè)置bean的scope=prototype

3、Spring使用ThreadLocal解決線程安全問題案例

Spring作為一個(gè)IOC容器，幫助我們管理了許許多多的bean。但其實(shí)，Spring并沒有保證這些對象的線程安全，需要由開發(fā)者自己編寫解決線程安全問題的代碼。

在使用Spring時(shí)，很多人可能對Spring中為什么DAO和Service對象采用單實(shí)例方式很迷惑，這些讀者是這么認(rèn)為的。

DAO對象必須包含一個(gè)數(shù)據(jù)庫的連接Connection，而這個(gè)Connection不是線程安全的，所以每個(gè)DAO都要包含一個(gè)不同的Connection對象實(shí)例，這樣一來DAO對象就不能是單實(shí)例的了。

上述觀點(diǎn)對了一半。對的是“每個(gè)DAO都要包含一個(gè)不同的Connection對象實(shí)例”這句話，錯(cuò)的是“DAO對象就不能是單實(shí)例”。其實(shí)Spring在實(shí)現(xiàn)Service和DAO對象時(shí)，使用了ThreadLocal這個(gè)類，這個(gè)是一切的核心！

• ThreadLocal

• 每個(gè)線程中都有一個(gè)自己的ThreadLocalMap類對象，可以將線程自己的對象保持到其中，各管各的，線程可以正確的訪問到自己的對象。

• 將一個(gè)共用的ThreadLocal靜態(tài)實(shí)例作為key，將不同對象的引用保存到不同線程的ThreadLocalMap中，然后在線程執(zhí)行的各處通過這個(gè)靜態(tài)ThreadLocal實(shí)例的get()方法取得自己線程保存的那個(gè)對象，避免了將這個(gè)對象作為參數(shù)傳遞的麻煩。

一般的Web應(yīng)用劃分為展現(xiàn)層、服務(wù)層和持久層三個(gè)層次，在不同的層中編寫對應(yīng)的邏輯，下層通過接口向上層開放功能調(diào)用。在一般情況下，從接收請求到返回響應(yīng)所經(jīng)過的所有程序調(diào)用都同屬于一個(gè)線程。這樣你就可以根據(jù)需要，將一些非線程安全的變量以ThreadLocal存放，在同一次請求響應(yīng)的調(diào)用線程中，所有關(guān)聯(lián)的對象引用到的都是同一個(gè)變量。

下面的實(shí)例能夠體現(xiàn)Spring對有狀態(tài)Bean的改造思路：

public class TopicDao {
    //①一個(gè)非線程安全的變量
　　private Connection conn;
    //②引用非線程安全變量
　　public void addTopic() {
        Statement stat = conn.createStatement();
　　}
}

由于①處的conn是成員變量，因?yàn)閍ddTopic()方法是非線程安全的，必須在使用時(shí)創(chuàng)建一個(gè)新TopicDao實(shí)例（非singleton）。下面使用ThreadLocal對conn這個(gè)非線程安全的狀態(tài)進(jìn)行改造：

public class TopicDao {  
    //①使用ThreadLocal保存Connection變量  
    private static ThreadLocal <Connection>connThreadLocal = newThreadLocal<Connection>();  
    public static Connection getConnection() {  
       // ②如果connThreadLocal沒有本線程對應(yīng)的Connection創(chuàng)建一個(gè)新的Connection，  
       // 并將其保存到線程本地變量中。  
       if (connThreadLocal.get() == null) {  
           Connection conn = getConnection();  
           connThreadLocal.set(conn);  
           return conn;  
       }
       // ③直接返回線程本地變量
       return connThreadLocal.get();  
    }
    public void addTopic() {  
       // ④從ThreadLocal中獲取線程對應(yīng)的Connection  
       try {
           Statement stat = getConnection().createStatement();  
       } catch (SQLException e) {  
           e.printStackTrace();  
       }
    }
}

不同的線程在使用TopicDao時(shí)，先判斷connThreadLocal是否是null，如果是null，則說明當(dāng)前線程還沒有對應(yīng)的Connection對象，這時(shí)創(chuàng)建一個(gè)Connection對象并添加到本地線程變量中；如果不為null，則說明當(dāng)前的線程已經(jīng)擁有了Connection對象，直接使用就可以了。這樣，就保證了不同的線程使用線程相關(guān)的Connection，而不會使用其它線程的Connection。因此，這個(gè)TopicDao就可以做到singleton共享了。

Spring中DAO和Service都是以單實(shí)例的bean形式存在，Spring通過ThreadLocal類將有狀態(tài)的變量（例如數(shù)據(jù)庫連接Connection）本地線程化，從而做到多線程狀況下的安全。在一次請求響應(yīng)的處理線程中， 該線程貫通展示、服務(wù)、數(shù)據(jù)持久化三層，通過ThreadLocal使得所有關(guān)聯(lián)的對象引用到的都是同一個(gè)變量。

當(dāng)然，這個(gè)例子本身很粗糙，將Connection的ThreadLocal直接放在DAO只能做到本DAO的多個(gè)方法共享Connection時(shí)不發(fā)生線程安全問題，但無法和其它DAO共用同一個(gè)Connection，要做到同一事務(wù)多DAO共享同一Connection，必須在一個(gè)共同的外部類使用ThreadLocal保存Connection。

Web應(yīng)用劃分為展現(xiàn)層、服務(wù)層和持久層，controller中引入xxxService作為成員變量，xxxService中又引入xxxDao作為成員變量，這些對象都是單例而且會被多個(gè)線程并發(fā)訪問，可我們訪問的是它們里面的方法，這些類里面通常不會含有成員變量，dao實(shí)例是在MyBatis等ORM框架里面封裝好的，已經(jīng)被測試，不會出現(xiàn)線程同步問題了。所以出問題的地方就是我們自己系統(tǒng)里面的業(yè)務(wù)對象，所以我們一定要注意自定義的業(yè)務(wù)對象里面千萬不能出現(xiàn)獨(dú)立成員變量，否則會有線程安全問題。

通常我們在應(yīng)用中的業(yè)務(wù)對象如下例子，controller中擁有成員變量list和paperService。

public class TestPaperController extends BaseController {
    private static final int list = 0;
    @Autowired
    @Qualifier("papersService")
    private TestPaperService papersService ;
    public Page queryPaper(int pageSize, int page,TestPaper paper) throws EicException {
      RowSelection localRowSelection = getRowSelection(pageSize, page);
      List<TestPaper> paperList = papersService.queryPaper(paper,localRowSelection);
      Page localPage = new Page(page, localRowSelection.getTotalRows(), paperList);
      return localPage;
    }
}

service里面又引入了成員變量ibatisEntityDao

@SuppressWarnings("unchecked")
@Service("papersService")
@Transactional(rollbackFor = {Exception.class})
public class TestPaperServiceImpl implements TestPaperService {
    @Autowired
    @Qualifier("ibatisEntityDao")
    private IbatisEntityDao ibatisEntityDao;
    private static final String NAMESPACE_TESTPAPER = "com.its.exam.testpaper.model.TestPaper";
    private static final String BO_NAME[] = { "試卷倉庫" };
    private static final String BO_NAME2[] = { "試卷配置試題" };
    private static final String BO_NAME1[] = { "試卷試題類型" };
    private static final String NAMESPACE_TESTQUESTION="com.its.exam.testpaper.model.TestQuestion";
    public List<TestPaper> queryPaper(TestPaper paper,RowSelection paramRowSelection) throws EicException {
      try {
       return (List<TestPaper>) ibatisEntityDao.queryForListWithPage(NAMESPACE_TESTPAPER, "queryPaper", paper,paramRowSelection);
      } catch (Exception e) {
       e.printStackTrace();
       throw new EicException(e, "eic", "0001", BO_NAME);
      }
    }
}

由上面例子可以看出，雖然我們這個(gè)應(yīng)用里面含有成員變量，但是并不會出現(xiàn)線程同步方面的問題，controller里面的成員變量papersService被注入后，是為了訪問該service類的方法，papersService里面注入的成員變量ibatisEntityDao是ORM框架封裝好的，其線程同步問題已解決。

4、ThreadLocal與線程同步機(jī)制的比較

ThreadLocal和線程同步機(jī)制相比有什么優(yōu)勢呢？ThreadLocal和線程同步機(jī)制都是為了解決多線程中相同變量的訪問沖突問題。

在同步機(jī)制中，通過對象的鎖機(jī)制保證同一時(shí)間只有一個(gè)線程訪問變量。這時(shí)該變量是多個(gè)線程共享的，使用同步機(jī)制要求程序慎密地分析什么時(shí)候?qū)ψ兞窟M(jìn)行讀寫，什么時(shí)候需要鎖定某個(gè)對象，什么時(shí)候釋放對象鎖等繁雜的問題，程序設(shè)計(jì)和編寫難度相對較大。

而ThreadLocal則從另一個(gè)角度來解決多線程的并發(fā)訪問。ThreadLocal會為每一個(gè)線程提供一個(gè)獨(dú)立的變量副本，從而隔離了多個(gè)線程對數(shù)據(jù)的訪問沖突。因?yàn)槊恳粋€(gè)線程都擁有自己的變量副本，從而也就沒有必要對該變量進(jìn)行同步了。ThreadLocal提供了線程安全的共享對象，在編寫多線程代碼時(shí)，可以把不安全的變量封裝進(jìn)ThreadLocal。

由于ThreadLocal中可以持有任何類型的對象，低版本JDK所提供的get()返回的是Object對象，需要強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。但JDK 5.0通過泛型很好的解決了這個(gè)問題，在一定程度地簡化ThreadLocal的使用。

概括起來說，對于多線程資源共享的問題，同步機(jī)制采用了以時(shí)間換空間”的方式，而ThreadLocal采用了以空間換時(shí)間的方式。前者僅提供一份變量，讓不同的線程排隊(duì)訪問，而后者為每一個(gè)線程都提供了一份變量，因此可以同時(shí)訪問而互不影響。

ThreadLocal是解決線程安全問題一個(gè)很好的思路，它通過為每個(gè)線程提供一個(gè)獨(dú)立的變量副本解決了變量并發(fā)訪問的沖突問題。在很多情況下，ThreadLocal比直接使用synchronized同步機(jī)制解決線程安全問題更簡單，更方便，且結(jié)果程序擁有更高的并發(fā)性。

以上就是關(guān)于“Spring在SingleTon模式下的線程安全實(shí)例分析”這篇文章的內(nèi)容，相信大家都有了一定的了解，希望小編分享的內(nèi)容對大家有幫助，若想了解更多相關(guān)的知識內(nèi)容，請關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。