侵入式设计
注册表方式
SingletonBeanRegistry
单例缓存池 - 单例对象
本文介绍了单例模式的两种实现,同时还模拟了Spring是如何实现单例和原型对象的,简单明了。
SingletonBeanRegistry
BeanDefinition
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Bean的作用域
什么是作用域呢?即“scope”,在面向对象程序设计中一般指对象或变量之间的可见范围。而在Spring容器中是指其创建的Bean对象相对于其他Bean对象的请求可见范围。
Spring提供“singleton”和“prototype”两种基本作用域,另外提供“request”、“session”、“global session”三种web作用域;Spring还允许用户定制自己的作用域。
3.4.1 基本的作用域
一、singleton:指“singleton”作用域的Bean只会在每个Spring IoC容器中存在一个实例,而且其完整生命周期完全由Spring容器管理。对于所有获取该Bean的操作Spring容器将只返回同一个Bean。
GoF单例设计模式指“保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点”,介绍了两种实现:通过在类上定义静态属性保持该实例和通过注册表方式。
1)通过在类上定义静态属性保持该实例:一般指一个Java虚拟机 ClassLoader装载的类只有一个实例,一般通过类静态属性保持该实例,这样就造成需要单例的类都需要按照单例设计模式进行编码;Spring没采用这种方式,因为该方式属于侵入式设计;代码样例如下:
- package cn.javass.spring.chapter3.bean;
- public class Singleton {
- //1.私有化构造器
- private Singleton() {}
- //2.单例缓存者,惰性初始化,第一次使用时初始化
- private static class InstanceHolder {
- private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
- }
- //3.提供全局访问点
- public static Singleton getInstance() {
- return InstanceHolder.INSTANCE;
- }
- //4.提供一个计数器来验证一个ClassLoader一个实例
- private int counter=0;
- }
以上定义个了个单例类,首先要私有化类构造器;其次使用InstanceHolder静态内部类持有单例对象,这样可以得到惰性初始化好处;最后提供全局访问点getInstance,使得需要该单例实例的对象能获取到;我们在此还提供了一个counter计数器来验证一个ClassLoader一个实例。具体一个ClassLoader有一个单例实例测试请参考代码“cn.javass.spring.chapter3. SingletonTest”中的“testSingleton”测试方法,里边详细演示了一个ClassLoader有一个单例实例。
1) 通过注册表方式: 首先将需要单例的实例通过唯一键注册到注册表,然后通过键来获取单例,让我们直接看实现吧,注意本注册表实现了Spring接口“SingletonBeanRegistry”,该接口定义了操作共享的单例对象,Spring容器实现将实现此接口;所以共享单例对象通过“registerSingleton”方法注册,通过“getSingleton”方法获取,消除了编程方式单例,注意在实现中不考虑并发:
- package cn.javass.spring.chapter3;
- import java.util.HashMap;
- import java.util.Map;
- import org.springframework.beans.factory.config.SingletonBeanRegistry;
- public class SingletonBeanRegister implements SingletonBeanRegistry {
- //单例Bean缓存池,此处不考虑并发
- private final Map<String, Object> BEANS = new HashMap<String, Object>();
- public boolean containsSingleton(String beanName) {
- return BEANS.containsKey(beanName);
- }
- public Object getSingleton(String beanName) {
- return BEANS.get(beanName);
- }
- @Override
- public int getSingletonCount() {
- return BEANS.size();
- }
- @Override
- public String[] getSingletonNames() {
- return BEANS.keySet().toArray(new String[0]);
- }
- @Override
- public void registerSingleton(String beanName, Object bean) {
- if(BEANS.containsKey(beanName)) {
- throw new RuntimeException("[" + beanName + "] 已存在");
- }
- BEANS.put(beanName, bean);
- }
- }
Spring是注册表单例设计模式的实现,消除了编程式单例,而且对代码是非入侵式。
接下来让我们看看在Spring中如何配置单例Bean吧,在Spring容器中如果没指定作用域默认就是“singleton”,配置方式通过scope属性配置,具体配置如下:
- <bean class="cn.javass.spring.chapter3.bean.Printer" scope="singleton"/>
Spring管理单例对象在Spring容器中存储如图3-5所示,Spring不仅会缓存单例对象,Bean定义也是会缓存的,对于惰性初始化的对象是在首次使用时根据Bean定义创建并存放于单例缓存池。
图3-5 单例处理
二、prototype:即原型,指每次向Spring容器请求获取Bean都返回一个全新的Bean,相对于“singleton”来说就是不缓存Bean,每次都是一个根据Bean定义创建的全新Bean。
GoF原型设计模式,指用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型创建新的对象。
Spring中的原型和GoF中介绍的原型含义是不一样的:
GoF通过用原型实例指定创建对象的种类,而Spring容器用Bean定义指定创建对象的种类;
GoF通过拷贝这些原型创建新的对象,而Spring容器根据Bean定义创建新对象。
其相同地方都是根据某些东西创建新东西,而且GoF原型必须显示实现克隆操作,属于侵入式,而Spring容器只需配置即可,属于非侵入式。
接下来让我们看看Spring如何实现原型呢?
1)首先让我们来定义Bean“原型”:Bean定义,所有对象将根据Bean定义创建;在此我们只是简单示例一下,不会涉及依赖注入等复杂实现:BeanDefinition类定义属性“class”表示原型类,“id”表示唯一标识,“scope”表示作用域,具体如下:
- package cn.javass.spring.chapter3;
- public class BeanDefinition {
- //单例
- public static final int SCOPE_SINGLETON = 0;
- //原型
- public static final int SCOPE_PROTOTYPE = 1;
- //唯一标识
- private String id;
- //class全限定名
- private String clazz;
- //作用域
- private int scope = SCOPE_SINGLETON;
- //鉴于篇幅,省略setter和getter方法;
- }
2)接下来让我们看看Bean定义注册表,类似于单例注册表:
- package cn.javass.spring.chapter3;
- import java.util.HashMap;
- import java.util.Map;
- public class BeanDifinitionRegister {
- //bean定义缓存,此处不考虑并发问题
- private final Map<String, BeanDefinition> DEFINITIONS =
- new HashMap<String, BeanDefinition>();
- public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition bd) {
- //1.本实现不允许覆盖Bean定义
- if(DEFINITIONS.containsKey(bd.getId())) {
- throw new RuntimeException("已存在Bean定义,此实现不允许覆盖");
- }
- //2.将Bean定义放入Bean定义缓存池
- DEFINITIONS.put(bd.getId(), bd);
- }
- public BeanDefinition getBeanDefinition(String beanName) {
- return DEFINITIONS.get(beanName);
- }
- public boolean containsBeanDefinition(String beanName) {
- return DEFINITIONS.containsKey(beanName);
- }
- }
3)接下来应该来定义BeanFactory了:
- package cn.javass.spring.chapter3;
- import org.springframework.beans.factory.config.SingletonBeanRegistry;
- public class DefaultBeanFactory {
- //Bean定义注册表
- private BeanDifinitionRegister DEFINITIONS = new BeanDifinitionRegister();
- //单例注册表
- private final SingletonBeanRegistry SINGLETONS = new SingletonBeanRegister();
- public Object getBean(String beanName) {
- //1.验证Bean定义是否存在
- if(!DEFINITIONS.containsBeanDefinition(beanName)) {
- throw new RuntimeException("不存在[" + beanName + "]Bean定义");
- }
- //2.获取Bean定义
- BeanDefinition bd = DEFINITIONS.getBeanDefinition(beanName);
- //3.是否该Bean定义是单例作用域
- if(bd.getScope() == BeanDefinition.SCOPE_SINGLETON) {
- //3.1 如果单例注册表包含Bean,则直接返回该Bean
- if(SINGLETONS.containsSingleton(beanName)) {
- return SINGLETONS.getSingleton(beanName);
- }
- //3.2单例注册表不包含该Bean,
- //则创建并注册到单例注册表,从而缓存
- SINGLETONS.registerSingleton(beanName, createBean(bd));
- return SINGLETONS.getSingleton(beanName);
- }
- //4.如果是原型Bean定义,则直接返回根据Bean定义创建的新Bean,
- //每次都是新的,无缓存
- if(bd.getScope() == BeanDefinition.SCOPE_PROTOTYPE) {
- return createBean(bd);
- }
- //5.其他情况错误的Bean定义
- throw new RuntimeException("错误的Bean定义");
- }
- public void registerBeanDefinition(BeanDefinition bd) {
- DEFINITIONS.registerBeanDefinition(bd.getId(), bd);
- }
- private Object createBean(BeanDefinition bd) {
- //根据Bean定义创建Bean
- try {
- Class clazz = Class.forName(bd.getClazz());
- //通过反射使用无参数构造器创建Bean
- return clazz.getConstructor().newInstance();
- } catch (ClassNotFoundException e) {
- throw new RuntimeException("没有找到Bean[" + bd.getId() + "]类");
- } catch (Exception e) {
- throw new RuntimeException("创建Bean[" + bd.getId() + "]失败");
- }
- }
其中方法getBean用于获取根据beanName对于的Bean定义创建的对象,有单例和原型两类Bean;registerBeanDefinition方法用于注册Bean定义,私有方法createBean用于根据Bean定义中的类型信息创建Bean。
3)测试一下吧,在此我们只测试原型作用域Bean,对于每次从Bean工厂中获取的Bean都是一个全新的对象,代码片段(BeanFatoryTest)如下:
- @Test
- public void testPrototype () throws Exception {
- //1.创建Bean工厂
- DefaultBeanFactory bf = new DefaultBeanFactory();
- //2.创建原型 Bean定义
- BeanDefinition bd = new BeanDefinition();
- bd.setId("bean");
- bd.setScope(BeanDefinition.SCOPE_PROTOTYPE);
- bd.setClazz(HelloImpl2.class.getName());
- bf.registerBeanDefinition(bd);
- //对于原型Bean每次应该返回一个全新的Bean
- System.out.println(bf.getBean("bean") != bf.getBean("bean"));
- }
最后让我们看看如何在Spring中进行配置吧,只需指定<bean>标签属性“scope”属性为“prototype”即可:
- <bean class="cn.javass.spring.chapter3.bean.Printer" scope="prototype"/>
Spring管理原型对象在Spring容器中存储如图3-6所示,Spring不会缓存原型对象,而是根据Bean定义每次请求返回一个全新的Bean:
图3-6 原型处理
单例和原型作用域我们已经讲完,接下来让我们学习一些在Web应用中有哪些作用域:
3.4.2 Web应用中的作用域
在Web应用中,我们可能需要将数据存储到request、session、global session。因此Spring提供了三种Web作用域:request、session、globalSession。
一、request作用域:表示每个请求需要容器创建一个全新Bean。比如提交表单的数据必须是对每次请求新建一个Bean来保持这些表单数据,请求结束释放这些数据。
二、session作用域:表示每个会话需要容器创建一个全新Bean。比如对于每个用户一般会有一个会话,该用户的用户信息需要存储到会话中,此时可以将该Bean配置为web作用域。
三、globalSession:类似于session作用域,只是其用于portlet环境的web应用。如果在非portlet环境将视为session作用域。
配置方式和基本的作用域相同,只是必须要有web环境支持,并配置相应的容器监听器或拦截器从而能应用这些作用域,我们会在集成web时讲解具体使用,大家只需要知道有这些作用域就可以了。
3.4.4 自定义作用域
在日常程序开发中,几乎用不到自定义作用域,除非又必要才进行自定义作用域。
首先让我们看下Scope接口吧:
- package org.springframework.beans.factory.config;
- import org.springframework.beans.factory.ObjectFactory;
- public interface Scope {
- Object get(String name, ObjectFactory<?> objectFactory);
- Object remove(String name);
- void registerDestructionCallback(String name, Runnable callback);
- Object resolveContextualObject(String key);
- String getConversationId();
- }
1)Object get(String name, ObjectFactory<?> objectFactory):用于从作用域中获取Bean,其中参数objectFactory是当在当前作用域没找到合适Bean时使用它创建一个新的Bean;
2)void registerDestructionCallback(String name, Runnable callback):用于注册销毁回调,如果想要销毁相应的对象则由Spring容器注册相应的销毁回调,而由自定义作用域选择是不是要销毁相应的对象;
3)Object resolveContextualObject(String key):用于解析相应的上下文数据,比如request作用域将返回request中的属性。
4)String getConversationId():作用域的会话标识,比如session作用域将是sessionId。
- package cn.javass.spring.chapter3;
- import java.util.HashMap;
- import java.util.Map;
- import org.springframework.beans.factory.ObjectFactory;
- import org.springframework.beans.factory.config.Scope;
- public class ThreadScope implements Scope {
- private final ThreadLocal<Map<String, Object>> THREAD_SCOPE =
- new ThreadLocal<Map<String, Object>>() {
- protected Map<String, Object> initialValue() {
- //用于存放线程相关Bean
- return new HashMap<String, Object>();
- }
- };
让我们来实现个简单的thread作用域,该作用域内创建的对象将绑定到ThreadLocal内。
- @Override
- public Object get(String name, ObjectFactory<?> objectFactory) {
- //如果当前线程已经绑定了相应Bean,直接返回
- if(THREAD_SCOPE.get().containsKey(name)) {
- return THREAD_SCOPE.get().get(name);
- }
- //使用objectFactory创建Bean并绑定到当前线程上
- THREAD_SCOPE.get().put(name, objectFactory.getObject());
- return THREAD_SCOPE.get().get(name);
- }
- @Override
- public String getConversationId() {
- return null;
- }
- @Override
- public void registerDestructionCallback(String name, Runnable callback) {
- //此处不实现就代表类似proytotype,容器返回给用户后就不管了
- }
- @Override
- public Object remove(String name) {
- return THREAD_SCOPE.get().remove(name);
- }
- @Override
- public Object resolveContextualObject(String key) {
- return null;
- }
- }
Scope已经实现了,让我们将其注册到Spring容器,使其发挥作用:
- <bean class="org.springframework.beans.factory.config.CustomScopeConfigurer">
- <property name="scopes">
- <map><entry>
- <!-- 指定scope关键字 --><key><value>thread</value></key>
- <!-- scope实现 --> <bean class="cn.javass.spring.chapter3.ThreadScope"/>
- </entry></map>
- </property>
- </bean>
通过CustomScopeConfigurer的scopes属性注册自定义作用域实现,在此需要指定使用作用域的关键字“thread”,并指定自定义作用域实现。来让我们来定义一个“thread”作用域的Bean,配置(chapter3/threadScope.xml)如下:
- <bean id="helloApi"
- class="cn.javass.spring.chapter2.helloworld.HelloImpl"
- scope="thread"/>
最后测试(cn.javass.spring.chapter3.ThreadScopeTest)一下吧,首先在一个线程中测试,在同一线程中获取的Bean应该是一样的;再让我们开启两个线程,然后应该这两个线程创建的Bean是不一样:
自定义作用域实现其实是非常简单的,其实复杂的是如果需要销毁Bean,自定义作用域如何正确的销毁Bean。
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