单例设计模式与 Spring Boot 中的 Singleton Bean-工具盒子

1、概览 {#1概览}

单例对象经常被开发人员使用，因为应用程序中的许多对象都需要重复使用一个单例。在 Spring 中，我们可以通过 使用 Spring 的单例 Bean 或自己实现单例设计模式 来创建单例对象。

在本教程中，我们将首先了解单例设计模式及其线程安全的实现。然后，我们将了解 Spring 中的 Singleton Bean Scope，并将 singleton Bean 与使用单例设计模式创建的对象进行比较。

最后，我们将介绍一些可行的最佳实践。

本文中的 "Singleton Bean"，即"单例 bean"。

2、单例设计模式 {#2单例设计模式}

单例是 "GoF" （si人帮？）于 1994 年发布的最简单的设计模式之一。它被归类于创建模式，因为单例提供了一种只创建一个实例的方法。

2.1、模式定义 {#21模式定义}

单例模式是指由一个类负责创建对象，并确保只创建一个实例。我们经常使用单例来共享状态或减少创建多个对象的成本。

单例模式实现可以确保只创建一个实例：

通过实现单个私有构造函数来隐藏所有构造函数。
仅在实例不存在时创建实例，并将其存储在私有静态变量中。
使用公共静态 getter 方法访问该单例。

让我们看看几个使用单例对象的类的示例：

单件设计模式的类

在上面的类图中，我们可以看到多个服务如何使用只创建一次的同一个单例。

2.2、懒加载 {#22懒加载}

单例模式实现通常使用懒加载来延迟实例创建（也称为"懒汉式"），直到第一次实际需要时才创建。为了确保延迟实例化，我们可以在首次调用静态 getter 方法时创建实例：

public final class ThreadSafeSingleInstance {

    private static volatile ThreadSafeSingleInstance instance = null;

    private ThreadSafeSingleInstance() {}

    public static ThreadSafeSingleInstance getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized(ThreadSafeSingleInstance.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new ThreadSafeSingleInstance();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    // 标准的 getter 方法

}

在多线程应用中，延迟加载可能会导致并发问题。因此，我们还应用了双重检查锁，以防止不同线程创建多个实例。

3、Spring 中的 Singleton Bean {#3spring-中的-singleton-bean}

Spring 框架中的 bean 是在 Spring IoC 容器中创建、管理和销毁的对象。

3.1、Bean Scope {#31bean-scope}

通过 Spring Bean，我们可以使用反转控制 (IoC) 通过元数据将对象注入 Spring 容器。实际上，一个对象可以定义其依赖，而无需创建它们，并将这项工作委托给 IoC 容器。

最新版本的 Spring 框架定义了六种 scope：

singleton
prototype
request
session
application
websocket

Bean 的 scope 定义了它的生命周期和可见性。它还决定了如何创建 bean 的实际实例。例如，我们可能想创建一个全局实例，或者每次请求 bean 时都创建一个不同的实例。

3.2、Singleton Bean {#32singleton-bean}

我们可以使用配置类中的 @Bean 注解在 Spring 中声明 Bean。Spring 中的 singleton scope 为容器中的每个 Bean 标识创建一个 Bean：

@Configuration
public class SingletonBeanConfig {

    @Bean
    @Scope(value = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON)
    public SingletonBean singletonBean() {
        return new SingletonBean();
    }

}

Singleton 是 Spring 中定义的所有 Bean 的默认 scope。因此，即使我们不使用 @Scope 注解指定特定的 scope，我们仍然会得到一个单例 Bean。这里包含的 scope 仅供参考。它通常用于表达其他可用的 scope。

3.3、Bean 标识符（Identifier） {#33bean-标识符identifier}

与纯粹的单例设计模式不同，我们可以从同一个类中创建多个单例 Bean：

@Bean
@Scope(value = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON)
public SingletonBean singletonBean() {
    return new SingletonBean();
}

@Bean
@Scope(value = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON)
public SingletonBean anotherSingletonBean() {
    return new SingletonBean();
}

对具有匹配标识符的 Bean 的所有请求都将导致框架返回一个特定的 Bean 实例。当我们在方法上使用 @Bean 注解时，Spring 会将方法名称用作 Bean 标识符。

注入 Bean 时，如果容器中存在多个相同类型的 Bean，框架会抛出 NoUniqueBeanDefinitionException：

@Autowired
private SingletonBeanConfig.SingletonBean bean; //抛出异常

在这种情况下，我们可以使用 @Qualifier 注解来指定要注入 Bean 的标识符：

@Autowired
@Qualifier("singletonBean")
private SingletonBeanConfig.SingletonBean beanOne;

@Autowired
@Qualifier("anotherSingletonBean")
private SingletonBeanConfig.SingletonBean beanThree;

另外，当存在多个相同类型的 Bean 时，还可以使用另一个注解 @Primary 来定义主 Bean（存在多个相同类型的 Bean 注入时，优先注入 @Primary 标识的 Bean）。