Spring Bean的线程安全问题

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的bean作用域（scope）类型：

• singleton
• prototype
• request
• session
• global-session

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

bean 分为 有状态 bean 和无状态 bean ，有状态 bean 即类定义了成员变量，可能被多个线程同时访问，则会出现线程安全问题；无状态 bean 每个线程访问不会产生线程安全问题，因为各个线程栈及方法栈资源都是独立的，不共享。即是，无状态 bean 可以在多线程环境下共享，有状态 bean不能

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。

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。

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。

@Controller、@Service是不是线程安全的？

默认配置下不是的。 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

说明它不是线程安全的。可以给它加上 @Scope 注解，如下：

@RestController
@Scope(value = "prototype") // 加上@Scope注解，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 注解的 prototype 实例一定就是线程安全的吗？

@RestController
@Scope(value = "prototype") // 加上@Scope注解，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;
    }
}

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 但是扛不住它变量本身是 static 的，所以说，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。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("${test-int}")
    private int testInt; // 从配置文件中读取变量
​
    ThreadLocal<Integer> tl = new ThreadLocal<>(); // 用ThreadLocal来封装变量
​
    @Autowired
    private User user; // 注入一个对象来封装变量
​
    @GetMapping(value = "/test_var")
    public String test() {
        tl.set(1);
        System.out.println("先取一下user对象中的值：" user.getAge() "===再取一下hashCode:" user.hashCode());
        user.setAge(1);
        System.out.println("普通变量var:"   (  var)   "===静态变量staticVar:"   (  staticVar)   "===配置变量testInt:"   (  testInt)
                  "===ThreadLocal变量tl:"   tl.get() "===注入变量user:"   user.getAge());
        return "普通变量var:"   var   ",静态变量staticVar:"   staticVar   ",配置读取变量testInt:"   testInt   ",ThreadLocal变量tl:"
                  tl.get()   "注入变量user:"   user.getAge();
    }
}@RestController
@Scope(value = "prototype") // prototype singleton
public class TestController {
​
    private int var = 0; // 定义一个普通变量
​
    private static int staticVar = 0; // 定义一个静态变量
​
    @Value("${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();
    }
}

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。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，关键它的 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 （看它的 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：

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。

ThreadLocal vs 线程同步机制

ThreadLocal 和线程同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。

线程同步机制

在同步机制中，通过对象的 锁机制 保证同一时间只有一个线程访问变量。这时该变量是多个线程共享的，使用同步机制要求程序慎密地分析什么时候对变量进行读写，什么时候需要锁定某个对象，什么时候释放对象锁等繁杂的问题，程序设计和编写难度相对较大。

ThreadLocal

• ThreadLocal 则从另一个角度来解决多线程的并发访问。 ThreadLocal会为每一个线程提供一个独立的变量副本，从而隔离了多个线程对数据的访问冲突 。因为每一个线程都拥有自己的变量副本，从而也就没有必要对该变量进行同步了。 ThreadLocal 提供了线程安全的共享对象，在编写多线程代码时，可以把不安全的变量封装进 ThreadLocal 。
• 由于 ThreadLocal 中可以持有任何类型的对象，低版本JDK所提供的 get() 返回的是 Object 对象，需要强制类型转换。但JDK 5.0通过泛型很好的解决了这个问题，在一定程度地简化 ThreadLocal 的使用

概括起来说，对于多线程资源共享的问题， 同步机制采用了“以时间换空间”的方式，而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式 。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。

总结

• 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
• 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 )都是线程不安全的
• 默认注入的Bean对象，在不设置scope的时候也是线程不安全的
• 一定要定义变量的话，用 ThreadLocal 来封装，这个是线程安全的

 到此这篇关于Spring Bean的线程安全问题的文章就介绍到这了,更多相关Spring Bean线程安全内容请搜索Devmax以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持Devmax！