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阿里一面:Spring Bean 默认是单例的,高并发情况下,如何保证并发安全?

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Spring的bean默认都是单例的,某些情况下,单例是并发不安全的,以Controller举例,问题根源在于,我们可能会在Controller中定义成员变量,如此一来,多个请求来临,进入的都是同一个单例的Controller对象,并对此成员变量的值进行修改操作,因此会互相影响,无法达到并发安全(不同于线程隔离的概念,后面会解释到)的效果。



1

抛出问题


首先来举个例子,证明单例的并发不安全性:


@Controller
public class HomeController {
    private int i;
    @GetMapping("testsingleton1")
    @ResponseBody
    public int test1() {
        return ++i;
   
 }
}


多次访问此url,可以看到每次的结果都是自增的,所以这样的代码显然是并发不安全的。



2

解决方案


因此,我们为了让无状态的海量Http请求之间不受影响,我们可以采取以下几种措施:


2.1 单例变原型


对web项目,可以Controller类上加注解@Scope(“prototype”)或@Scope(“request”),对非web项目,在Component类上添加注解@Scope(“prototype”)。


  • 优点:实现简单;

  • 缺点:很大程度上增大了bean创建实例化销毁的服务器资源开销。


2.2 线程隔离类ThreadLocal


有人想到了线程隔离类ThreadLocal,我们尝试将成员变量包装为ThreadLocal,以试图达到并发安全,同时打印出Http请求的线程名,修改代码如下:


@Controller
public class HomeController {
    private ThreadLocal<Integer> i = new ThreadLocal<>();
    @GetMapping("testsingleton1")
    @ResponseBody
    public int test1()
{
        if (i.get() == null) {
            i.set(0);
        }
        i.set(i.get().intValue() + 1);
        log.info("{} -> {}", Thread.currentThread().getName(), i.get());
        return i.get().intValue();
    }
}


多次访问此url测试一把,打印日志如下:


[INFO ] 2019-12-03 11:49:08,226 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-1 -> 1
[INFO ] 2019-12-03 11:49:16,457 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-2 -> 1
[INFO ] 2019-12-03 11:49:17,858 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-3 -> 1
[INFO ] 2019-12-03 11:49:18,461 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-4 -> 1
[INFO ] 2019-12-03 11:49:18,974 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-5 -> 1
[INFO ] 2019-12-03 11:49:19,696 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-6 -> 1
[INFO ] 2019-12-03 11:49:22,138 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-7 -> 1
[INFO ] 2019-12-03 11:49:22,869 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-9 -> 1
[INFO ] 2019-12-03 11:49:23,617 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-8 -> 1
[INFO ] 2019-12-03 11:49:24,569 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-10 -> 1
[INFO ] 2019-12-03 11:49:25,218 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-1 -> 2
[INFO ] 2019-12-03 11:49:25,740 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-2 -> 2
[INFO ] 2019-12-03 11:49:43,308 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-3 -> 2
[INFO ] 2019-12-03 11:49:44,420 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-4 -> 2
[INFO ] 2019-12-03 11:49:45,271 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-5 -> 2
[INFO ] 2019-12-03 11:49:45,808 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-6 -> 2
[INFO ] 2019-12-03 11:49:46,272 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-7 -> 2
[INFO ] 2019-12-03 11:49:46,489 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-9 -> 2
[INFO ] 2019-12-03 11:49:46,660 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-8 -> 2
[INFO ] 2019-12-03 11:49:46,820 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-10 -> 2
[INFO ] 2019-12-03 11:49:46,990 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-1 -> 3
[INFO ] 2019-12-03 11:49:47,163 com.cjia.ds.controller.HomeController.test1(HomeController.java:50)
http-nio-8080-exec-2 -> 3
......


从日志分析出,二十多次的连续请求得到的结果有1有2有3等等,而我们期望不管我并发请求有多少,每次的结果都是1;同时可以发现web服务器默认的请求线程池大小为10,这10个核心线程可以被之后不同的Http请求复用,所以这也是为什么相同线程名的结果不会重复的原因。


总结:ThreadLocal的方式可以达到线程隔离,但还是无法达到并发安全。


2.3 尽量避免使用成员变量


有人说,单例bean的成员变量这么麻烦,能不用成员变量就尽量避免这么用,在业务允许的条件下,将成员变量替换为RequestMapping方法中的局部变量,多省事。这种方式自然是最恰当的,本人也是最推荐。代码修改如下:


@Controller
public class HomeController {
    @GetMapping("testsingleton1")
    @ResponseBody
    public int test1() {
         int i = 0;
         // TODO biz code
         return ++i;
    }
}


但当很少的某种情况下,必须使用成员变量呢,我们该怎么处理?


2.4 使用并发安全的类


Java作为功能性超强的编程语言,API丰富,如果非要在单例bean中使用成员变量,可以考虑使用并发安全的容器,如ConcurrentHashMap、ConcurrentHashSet等等等等,将我们的成员变量(一般可以是当前运行中的任务列表等这类变量)包装到这些并发安全的容器中进行管理即可。


2.5 分布式或微服务的并发安全


如果还要进一步考虑到微服务或分布式服务的影响,方式4便不足以处理了,所以可以借助于可以共享某些信息的分布式缓存中间件如Redis等,这样即可保证同一种服务的不同服务实例都拥有同一份共享信息(如当前运行中的任务列表等这类变量)。



3

补充说明


spring bean作用域有以下5个:


  • singleton:单例模式,当spring创建applicationContext容器的时候,spring会欲初始化所有的该作用域实例,加上lazy-init就可以避免预处理;

  • prototype:原型模式,每次通过getBean获取该bean就会新产生一个实例,创建后spring将不再对其管理;

(下面是在web项目下才用到的)

  • request:搞web的大家都应该明白request的域了吧,就是每次请求都新产生一个实例,和prototype不同就是创建后,接下来的管理,spring依然在监听;

  • session:每次会话,同上;

  • global session:全局的web域,类似于servlet中的application。


来源:blog.csdn.net/songzehao/article/details/103365494


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