Spring Bean的线程安全问题

网友投稿 1332 2022-10-02

Spring Bean的线程安全问题

Spring Bean的线程安全问题

目录@Controller、@Service是不是线程安全的?ThreadLocal vs 线程同步机制线程同步机制ThreadLocal总结

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:

singletonprototyperequestsessionglobal-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XZvImFJK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 tl = new Thrhttp://eadLocal<>(); // 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 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http://。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

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