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Spring 中的 Controller 和 Service 是线程安全的吗?我有点懵

  • 2021 年 11 月 23 日
  • 本文字数:3906 字

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结论:不是线程安全的


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:单例,默认作用域。prototype:原型,每次创建一个新对象。request:请求,每次 Http 请求创建一个新对象,适用于 WebApplicationContext 环境下。session:会话,同一个会话共享一个实例,不同会话使用不同的实例。global-session:全局会话,所有会话共享一个实例。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。


spring 单例,为什么 controller、service 和 dao 确能保证线程安全?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。想理解原理可以看看《深入理解 JVM 虚拟机》,2.2.2 节:


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。


《Java 并发编程实战》第 3.2.2 节:


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。


首先问 @Controller @Service 是不是线程安全的?答:默认配置下不是的。为啥呢?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。


举个例子:


@RestControllerpublic 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 ;}
复制代码


}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 说明他不是线程安全的。怎么办呢?可以给他加上上面说的 @Scope 注解,如下:


@RestController@Scope(value = "prototype") // 加上 @Scope 注解,他有 2 个取值:单例-singleton 多实例-prototypepublic 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 ;}
复制代码


}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 注解多的实例 prototype 是不是一定就是线程安全的呢?


@RestController@Scope(value = "prototype") // 加上 @Scope 注解,他有 2 个取值:单例-singleton 多实例-prototypepublic 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;}
复制代码


}看三次请求结果:


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 但是扛不住他变量本身是 static 的呀,所以说呢,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。


所以来个全面一点的实验,代码如下:


@RestController@Scope(value = "singleton") // prototype singletonpublic 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

@Autowiredprivate 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();}
复制代码


}补充 Controller 以外的代码:


config 里面自己定义的 Bean:User


@Configurationpublic class MyConfig {@Beanpublic User user(){return new User();}}我暂时能想到的定义变量的方法就这么多了,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。为什么这样说呢?我们可以看到 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,关键他的 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(看他的 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,再来请求一下看看:


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。


下面总结一下:


1、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。


2、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)他都是线程不安全的。


3、默认注入的 Bean 对象,在不设置 scope 的时候他也是线程不安全的。


4、一定要定义变量的话,用 ThreadLocal 来封装,这个是线程安全的

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