Spring 单例 Bean 与多线程深度分析

Spring 的 bean默认是单例的，在高并发下，如果在 Spring 的单例 bean 中设置成员变量，则会发生并发问题。最近在进行开发时，错误的在单例的bean中使用了成员变量，导致多个线程大并发访问时，出现赋值错误及日志打印混乱的问题。

本文就对单例 bean 及多线程安全的问题做一次较为深入的探讨，也是对自我的一次反省，之后的开发中，杜绝此类问题，修正开发习惯。

单例模式

首先我们回顾一下单例模式的概念。单例模式的意思是只有一个实例，例如在Spring容器中某一个类只有一个实例，而且自行实例化后并项整个系统提供这个实例，这个类称为单例类。

当多个用户同时请求一个服务时，容器会给每一个请求分配一个线程，这时多个线程会并发执行该请求对应的业务逻辑（成员方法），此时就要注意了，如果该处理逻辑中有对单例状态的修改（体现为该单例的成员属性），则必须考虑线程同步问题。

一般情况下，只有无状态的Bean才可以在多线程环境下共享，在Spring中，绝大部分Bean都可以声明为singleton作用域。就是因为Spring对一些Bean（如 RequestContextHolder、TransactionSynchronizationManager、LocaleContextHolder 等）中非线程安全状态采用ThreadLocal进行处理，让它们也成为线程安全的状态，因为有状态的Bean就可以在多线程中共享了。

那么如何提升bean的线程安全呢？

简单的说，若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作，而无写操作，一般来说，这个全局变量是线程安全的；

若有多个线程同时执行写操作，一般都需要考虑线程同步，否则就可能影响线程安全。

更进一步划分：

常量始终是线程安全的，因为只存在读操作。 每次调用方法前都新建一个实例是线程安全的，因为没有访问共享的资源。 局部变量是线程安全的。因为每执行一个方法，都会在独立的空间创建局部变量，它不是共享的资源。局部变量包括方法的参数变量和方法内变量。这也就是我们常说的方法封闭。 如果实例无状态，则是线程安全的。如果实例中存在对同一个值的不同的操作行为，或者值在不同线程中都会变，那么就需要注意，不要使用成员变量存储属性。

这里我们引入无状态bean和有状态bean。

有状态就是有数据存储功能。有状态对象(Stateful Bean)，就是有实例变量的对象，可以保存数据，是非线程安全的。在不同方法调用间不保留任何状态。

无状态就是一次操作，不能保存数据。无状态对象(Stateless Bean)，就是没有实例变量的对象 .不能保存数据，是不变类，是线程安全的。

在spring中无状态的Bean适合用不变模式，就是单例模式，这样可以共享实例提高性能。

有状态的Bean在多线程环境下不安全，适合用 Prototype 原型模式。

Prototype: 每次对 bean 的请求都会创建一个新的 bean 实例。

Servlet是单例多线程

struts2每次处理一个请求，struts2就会实例化一个对象，这样就不会有线程安全的问题了。Struts2 是线程安全的，当然前提情况是，Action 不交给 spring管理，并且不设置为单例。

Spring mvc 线程不安全的原因

请求时多线程请求的，但是每次请求过来调用的Controller对象都是一个，而不是一个请求过来就创建一个controller对象

原因就在于如果这个controller对象是单例的，那么如果不小心在类中定义了类变量，那么这个类变量是被所有请求共享的，

这可能会造成多个请求修改该变量的值，出现与预期结果不符合的异常

在单例的情况下 相当于所有类变量对于每次请求都是共享的，每一次请求对类变量的修改都是有效的

那有没有办法让controller不以单例而以每次请求都重新创建的形式存在呢？答案是当然可以，只需要在类上添加注解@Scope("prototype")即可，这样每次请求调用的类都是重新生成的（每次生成会影响效率）还有其他方法么？

答案是肯定的！使用ThreadLocal 来保存类变量，将类变量保存在线程的变量域中，让不同的请求隔离开来.

注：servlet Struts1 SpringMvc 是线程不安全的，当然如果你不使用实例变量也就不存在线程安全的问题了。

总结

为避免发生线程安全问题，在开发和设计系统的时候注意下一下三点:

自己写公用类的时候，要对多线程调用情况下的后果在注释里进行明确说明 对线程环境下，对每一个共享的可变变量都要注意其线程安全性 我们的类和方法在做设计的时候，要尽量设计成无状态的