Spring 源码解读：实现单例与原型的Bean作用域

本文主要是介绍Spring 源码解读：实现单例与原型的Bean作用域，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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

1. 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。

2. 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：

1. 定义一个BeanFactory接口，提供获取Bean实例的基本方法。
2. 实现一个支持单例作用域的Bean工厂。
3. 实现一个支持原型作用域的Bean工厂。
4. 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*/@Overridepublic 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*/@Overridepublic 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*/@Overridepublic 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BeanbeanFactory.registerSingleton("singletonBean", new SingletonService());// 注册原型BeanbeanFactory.registerPrototype("prototypeBean", PrototypeService::new);// 获取单例BeanSingletonService singletonBean1 = (SingletonService) beanFactory.getBean("singletonBean");SingletonService singletonBean2 = (SingletonService) beanFactory.getBean("singletonBean");System.out.println("Singleton Beans are same: " + (singletonBean1 == singletonBean2));// 获取原型BeanPrototypeService 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

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

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;}@Overridepublic 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。

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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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