Spring Boot中创建非单例（原型）Bean：解决有状态对象实例隔离问题

本文探讨了在spring boot应用中如何创建非单例（原型）作用域的bean。默认情况下，spring的@bean方法会生成单例实例，但这对于像resttemplatebuilder等有状态对象会导致副作用。通过使用@scope("prototype")注解，开发者可以确保每次注入请求都获得一个全新的bean实例，从而有效隔离对象状态，避免意外的全局影响。

Spring Boot Bean的默认行为与挑战

在Spring Boot应用中，当我们使用@Configuration类中的@Bean注解来定义一个Bean时，Spring IoC容器默认会将其注册为单例（Singleton）作用域。这意味着无论有多少个其他组件通过@Autowired请求这个Bean，它们都将共享同一个实例。这种设计对于无状态的服务组件（如Service、Repository等）非常高效，因为它减少了对象的创建和垃圾回收开销。

然而，对于某些有状态（Stateful）的对象，单例模式可能会引入意想不到的副作用。一个典型的例子是RestTemplateBuilder。RestTemplateBuilder是一个用于构建RestTemplate实例的工具类，它允许我们在构建RestTemplate时配置拦截器、消息转换器、超时设置等。由于RestTemplateBuilder内部维护着构建RestTemplate所需的状态信息，如果多个组件共享同一个RestTemplateBuilder实例，并且其中一个组件修改了它的配置（例如添加了一个新的拦截器），那么这些修改将会影响到所有其他使用该RestTemplateBuilder实例的组件，这往往不是我们期望的行为，可能导致难以调试的全局副作用。在这种情况下，我们需要为每个注入请求提供一个独立的、全新的Bean实例。

引入原型（Prototype）作用域

为了解决上述问题，Spring框架提供了多种Bean作用域，其中“原型”（Prototype）作用域正是为这种需求而设计的。当一个Bean被定义为原型作用域时，Spring IoC容器在每次收到该Bean的请求时，都会创建一个全新的实例并返回。这意味着每次通过@Autowired注入该Bean时，或者通过ApplicationContext.getBean()方法获取该Bean时，都会得到一个独立的、互不影响的对象。

要将一个默认的单例Bean修改为原型作用域，我们只需在@Bean注解旁边添加@Scope("prototype")注解即可。

实现原型Bean的代码示例

以下是如何在Spring Boot应用中定义一个原型作用域的Bean的示例：

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.context.annotation.Scope;
import org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableBeanFactory;

@Configuration
public class AppConfig {

    // 示例：定义一个原型作用域的Person Bean
    // 每次注入Person对象时，都会创建一个新的Person实例
    @Bean
    @Scope("prototype")
    public Person personPrototype() {
        return new Person("Prototype Person");
    }

    // 示例：使用常量定义原型作用域，提高可读性和类型安全
    @Bean
    @Scope(value = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
    public MyService myServicePrototype() {
        return new MyService("Prototype Service");
    }
}

// 假设我们有一个简单的Person类
class Person {
    private String name;

    public Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

// 假设我们有一个简单的MyService类
class MyService {
    private String description;

    public MyService(String description) {
        this.description = description;
    }

    public String getDescription() {
        return description;
    }
}

在上述代码中，personPrototype()方法和myServicePrototype()方法都通过@Scope("prototype")注解明确指定了它们返回的Bean是原型作用域。当其他组件注入Person或MyService时，它们将获得各自独立的实例。

你也可以使用ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE常量来代替字符串字面量"prototype"，这在一定程度上可以提高代码的可读性和类型安全性。

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原型Bean的工作原理与适用场景

原型Bean的核心在于“按需创建”。当Spring容器收到一个对原型Bean的请求时，它不会从缓存中返回一个现有实例，而是执行以下步骤：

1. 调用相应的@Bean方法（或实例化类）。
2. 对新创建的实例执行依赖注入（如果Bean有依赖）。
3. 返回这个全新的、完全独立的实例。

这种机制确保了每个消费者都能获得一个“新鲜”的对象，其状态不会受到其他消费者操作的影响。

适用场景：

• 有状态的工具类或构建器： 如前文所述的RestTemplateBuilder，或者任何需要进行配置并可能在配置过程中修改内部状态的构建器模式对象。
• 需要独立生命周期的对象： 如果一个对象在被使用后需要被“丢弃”或其状态不应影响其他实例，原型作用域是理想选择。
• 线程不安全的组件： 对于那些内部状态在多线程环境下不安全的组件，如果不能通过其他同步机制解决，为每个线程或每次请求提供一个原型实例可以避免并发问题。

注意事项

虽然原型作用域解决了单例模式下有状态对象的隔离问题，但在使用时也需要注意以下几点：

1. 生命周期管理： 与单例Bean不同，Spring容器在创建原型Bean后，不会对其进行后续的生命周期管理。这意味着，如果原型Bean中定义了@PreDestroy方法或实现了DisposableBean接口，Spring容器将不会调用它们来执行销毁逻辑。开发者需要自行管理原型Bean的销毁，或者确保它们不会持有需要显式释放的资源。
2. 性能开销： 每次请求一个原型Bean都会导致一个新的对象实例被创建，这会带来一定的CPU和内存开销。如果原型Bean的创建成本很高，或者被频繁请求，这可能会对应用性能产生影响。因此，在决定使用原型作用域时，需要权衡其带来的隔离性优势与潜在的性能成本。
3. 依赖注入的限制： 如果一个单例Bean依赖于一个原型Bean，那么该单例Bean在初始化时只会注入一个原型Bean的实例。之后，即使原型Bean被修改，该单例Bean也不会获得新的原型实例。如果单例Bean需要每次都获取一个新的原型实例，它需要通过ApplicationContext编程方式获取，或者使用方法注入（Method Injection）等高级特性。

总结

在Spring Boot应用中，理解并合理运用Bean的作用域是构建健壮、可维护应用的关键。当默认的单例作用域无法满足有状态对象隔离的需求时，@Scope("prototype")提供了一个强大而灵活的解决方案。通过将其应用于@Bean方法，我们可以确保每次注入都获得一个全新的、独立的Bean实例，从而有效避免因状态共享而导致的副作用。然而，开发者也应牢记原型Bean的生命周期管理特性和潜在的性能开销，以便做出最适合应用场景的设计选择。

以上就是Spring Boot中创建非单例（原型）Bean：解决有状态对象实例隔离问题的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！