玩转Spring各种作用域Bean Scope及源码分析

环境：Spring5.3.23

一. 简介

Spring Scope Bean是Spring用于管理Bean的作用域的一种机制。它定义了容器中Bean的生命周期和实例化策略，即如何创建Bean实例。

在Spring中，Bean的作用域包括单例（singleton）、原型（prototype）、请求（request）、会话（session）等。每个作用域都有其特定的使用场景和行为：

1. 单例（singleton）：这是Spring默认的作用域，表示在整个Spring容器中，只有一个Bean实例存在。无论你从哪个地方获取这个Bean，都将返回同一个实例。
2. 原型（prototype）：每次从容器中请求Bean时，都会创建一个新的Bean实例。
3. 请求（request）：在一个HTTP请求的范围内，Bean是单例的。这种作用域适用于与单个请求关联的Bean。
4. 会话（session）：在一个HTTP会话的范围内，Bean是单例的。这种作用域适用于与单个用户会话关联的Bean。

此外，Spring还提供了其他一些作用域应用（Application）、WebSocket，以满足不同场景的需求。

通过合理地选择Bean的作用域，可以优化应用的性能和资源利用率。例如，对于需要频繁创建和销毁实例的Bean，使用原型作用域会更高效；而对于需要在多个请求或会话之间共享状态的Bean，则可以选择单例或会话作用域。附官方图：

图片

接下来将分别介绍每一种作用域bean。

二. 作用域应用

基础类

static class Person {
  @Override
  public String toString() {
    return super.toString() + " - " + this.hashCode() + "" ;
  }
}

2.1 单例(singleton)

默认使用@Bean，@Service，@Controller注解标注的注解都是单例的。也可以同@Scope注解指定作用域为单例

@Bean
// 不指定@Scope默认就是单例
@Scope(value = "singleton")
public Person person() {
  return new Person() ;
}

测试

try (AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext()) {
  context.registerBean(Config.class) ;
  context.refresh() ;
  
  System.out.println(context.getBean(Person.class)) ;
  System.out.println(context.getBean(Person.class)) ;
}

控制台输出

com.pack.mAIn.scope.ScopeMain5$Person@5e0e82ae - 1578009262
com.pack.main.scope.ScopeMain5$Person@5e0e82ae - 1578009262

每次获取的都是同一个实例。

原理

public abstract class AbstractBeanFactory {
  protected <T> T doGetBean(...) {
    // ...
    // 判断是否是单例
    if (mbd.isSingleton()) {
      // 先从单例池中查找是否已经存在，不存在则调用createBean创建，
      // 然后存入单例池中
      sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
        try {
          return createBean(beanName, mbd, args);
        }
      });
    }
    // ...
  }
}

2.2 原型(prototype)

每次从容器中请求Bean时，都会创建一个新的Bean实例。

@Bean
@Scope(value = "prototype")
public Person person() {
  return new Person() ;
}

控制台输出

com.pack.main.scope.ScopeMain5$Person@fa4c865 - 262457445
com.pack.main.scope.ScopeMain5$Person@3bd82cf5 - 1004023029

每次获取都是不同的对象。

原理

public abstract class AbstractBeanFactory {
  protected <T> T doGetBean(...) {
    // ...
    // 判断是否是单例
    if (mbd.isSingleton()) {
      // ...
    }
    // 判断是否是原型
    else if (mbd.isPrototype()) {
      Object prototypeInstance = null;
      try {
        // 不存在什么缓存池，直接创建bean实例返回
        prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
      }
    }
    // ...
  }
}

这里考虑一个问题，如何在单例bean中正确的注入原型bean？

2.3 请求(request)

接下来都是与web环境相关了，所以这里演示的示例会以SpringBoot3.0.5环境演示。

基础类

@Component
@Scope(value = "request")
public class Person {
}

测试类

@RestController
@RequestMapping("/scopes")
public class ScopeController {
  @Resource
  private Person person ;
  @Resource
  private PersonService ps ;
  @GetMapping("/request")
  public Person request() {
    System.out.println("ScopeController: " + person) ;
    ps.query() ;
    return person ;
  }
}

Service

@Service
public class PersonService {
  @Resource
  private Person person ;
  public void query() {
    System.out.println("PersonService: " + person) ;
  }
}

如果上面这样配置，启动服务将会报错：

Caused by: JAVA.lang.IllegalStateException: No thread-bound request found: Are you referring to request attributes outside of an actual web request, or processing a request outside of the originally receiving thread? If you are actually operating within a web request and still receive this message, your code is probably running outside of DispatcherServlet: In this case, use RequestContextListener or RequestContextFilter to expose the current request.
  at org.springframework.web.context.request.RequestContextHolder.currentRequestAttributes(RequestContextHolder.java:131) ~[spring-web-6.0.7.jar:6.0.7]

该错误的原因就是你在一个单例bean中注入一个request作用域的bean，而request作用域bean的生命周期是在一个web请求开始创建的，所以这里你当然是没法注入的。

解决办法：

• @Scope设置代理模式

@Component
@Scope(value = "request", proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)
public class Person {}

测试结果

ScopeController: com.pack.scopes.Person@106a9684 - 275420804
PersonService: com.pack.scopes.Person@106a9684 - 275420804
ScopeController: com.pack.scopes.Person@64396678 - 1681483384
PersonService: com.pack.scopes.Person@64396678 - 1681483384

每次请求接口都获取的不是同一个实例。并且在一个完整的请求中获取的Person都是同一个。

• 使用@RequestScope

该注解原理与上面其实一致的

@Scope(WebApplicationContext.SCOPE_REQUEST)
public @interface RequestScope {
  @AliasFor(annotation = Scope.class)
  // 设置好了使用代理
  ScopedProxyMode proxyMode() default ScopedProxyMode.TARGET_CLASS;
}

2.4 会话(session)

@Component
@Scope(value = "session", proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)
// 与request一样，必须设置代理模式或者使用下面这个注解
// @SessionScope
public class Person {}

测试

ScopeController: com.pack.scopes.Person@2b56038d - 727057293
PersonService: com.pack.scopes.Person@2b56038d - 727057293
ScopeController: com.pack.scopes.Person@2b56038d - 727057293
PersonService: com.pack.scopes.Person@2b56038d - 727057293

多次访问都是同一个session；你再换个浏览器访问

ScopeController: com.pack.scopes.Person@1aa201fd - 446824957
PersonService: com.pack.scopes.Person@1aa201fd - 446824957
ScopeController: com.pack.scopes.Person@1aa201fd - 446824957
PersonService: com.pack.scopes.Person@1aa201fd - 446824957

此时对象就是一个新的了，不同的浏览器访问当然不是同一个session了。

2.5 应用(application)

@Scope(value = "application", proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)
// @ApplicationScope
// 都是web环境，所以情况都一样
public class Person {}

测试

360浏览器

ScopeController: com.pack.scopes.Person@6371b4b6 - 1668396214
PersonService: com.pack.scopes.Person@6371b4b6 - 1668396214

Chrome浏览器

ScopeController: com.pack.scopes.Person@6371b4b6 - 1668396214
PersonService: com.pack.scopes.Person@6371b4b6 - 1668396214

他们是同一个对象，application作用域生命周期与整个应用一样，只有你关闭了服务器，在启动后才会是再重新创建的bean对象。

3. web作用域原理

3.1 注册作用域

public abstract class AbstractApplicationContext {
  public void refresh() {
    postProcessBeanFactory(beanFactory);
  }
}
public class AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext {
  protected void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
    super.postProcessBeanFactory(beanFactory);
  }
}
public class ServletWebServerApplicationContext {
  protected void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
    // ...
    registerWebApplicationScopes();
  }
  private void registerWebApplicationScopes() {
    WebApplicationContextUtils.registerWebApplicationScopes(getBeanFactory());
  }
}
public abstract class WebApplicationContextUtils {
  public static void registerWebApplicationScopes(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
    registerWebApplicationScopes(beanFactory, null);
  }
  public static void registerWebApplicationScopes(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory,
      @Nullable ServletContext sc) {
    // 注册作用域
    beanFactory.registerScope(WebApplicationContext.SCOPE_REQUEST, new RequestScope());
    beanFactory.registerScope(WebApplicationContext.SCOPE_SESSION, new SessionScope());
    if (sc != null) {
      ServletContextScope appScope = new ServletContextScope(sc);
      beanFactory.registerScope(WebApplicationContext.SCOPE_APPLICATION, appScope);
    }
  }
}

这里每一种web作用域都有一个对应的Scope实现RequestScope，SessionScope，ServletContextScope。

3.2 查找web作用域bean

public abstract class AbstractBeanFactory {
  protected <T> T doGetBean(...) {
    // ...
    // 判断是否是单例
    if (mbd.isSingleton()) {
      // ...
    }
    // 判断是否是原型
    else if (mbd.isPrototype()) {
      Object prototypeInstance = null;
      try {
        // 不存在什么缓存池，直接创建bean实例返回
        prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
      }
    }
    // 其它作用域bean，如上面的web作用域
    else {
      String scopeName = mbd.getScope();
      Scope scope = this.scopes.get(scopeName);
      if (scope == null) {
        throw new IllegalStateException("No Scope registered for scope name '" + scopeName + "'");
      }
      try {
          // 通过具体Scope的实现类获取bean对象
        Object scopedInstance = scope.get(beanName, () -> {
          beforePrototypeCreation(beanName);
          try {
            // 首次都还是会创建
            return createBean(beanName, mbd, args);
            }
          });
        }
      }
    }
    // ...
  }
}

总结：Spring Scope Bean是Spring框架中用于管理Bean的作用域的机制，它定义了Bean的生命周期和实例化策略。通过合理地选择Bean的作用域，可以优化应用的性能和资源利用率。