“单例”模式-ThreadLocal线程单例

Posted 2023-05-01

参考技术A 标题中单例之所以带着双引号，是因为并不能保证整个应用全局唯一，但是可以保证线程唯一。

测试类：

结果：

两个线程（线程0和线程1）拿到的对象并不是同一个对象，但是同一线程能保证拿到的是同一个对象，即线程单例。
ThreadLocal是基于ThreadLocalMap来实现的，所以我们在调用get方法的时候，默认走的就是这个map，不用指定key，它维持了线程间的隔离。
ThreadLocal隔离了多个线程对数据的访问冲突。对多线程资源共享的问题，假如使用的是同步锁，那么就是以时间换空间的方式；那假如使用ThreadLocal，那就是用空间换时间的方式。

Spring应用中的ThreadLocal VS synchronized

Spring框架单例模式：

Spring框架里的bean，或者说组件，获取实例的时候都是默认的单例模式，这是在多线程开发的时候要尤其注意的地方。

单例模式的意思就是只有一个实例。单例模式确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。这个类称为单例类。

Spring单例是线程不安全的。

当多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，这是多个线程会并发执行该请求多对应的业务逻辑（成员方法），此时就要注意了。

Spring如何解决线程不安全问题？

如果该处理逻辑中有对该单例状态的修改（体现为该单例的成员属性），则必须考虑线程同步问题同步机制的比较ThreadLocal和线程同步机制相比有什么优势呢？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。 

 

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。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。 

 

而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。 

 

Spring使用ThreadLocal解决线程安全问题 

 

我们知道在一般情况下，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。 

 

一般的Web应用划分为展现层、服务层和持久层三个层次，在不同的层中编写对应的逻辑，下层通过接口向上层开放功能调用。

在一般情况下，从接收请求到返回响应所经过的所有程序调用都同属于一个线程ThreadLocal是解决线程安全问题一个很好的思路，它通过为每个线程提供一个独立的变量副本解决了变量并发访问的冲突问题。在很多情况下，ThreadLocal比直接使用synchronized同步机制解决线程安全问题更简单，更方便，且结果程序拥有更高的并发性。 

如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行，而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的，而且其他的变量的值也和预期的是一样的，就是线程安全的。 

或者说:一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题。线程安全问题都是由全局变量及静态变量引起的。  

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。

1） 常量始终是线程安全的，因为只存在读操作。 

2）每次调用方法前都新建一个实例是线程安全的，因为不会访问共享的资源。

3）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。

有状态就是有数据存储功能。有状态对象(StatefulBean)，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(StatelessBean)，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。

有状态对象:

无状态的Bean适合用不变模式，技术就是单例模式，这样可以共享实例，提高性能。有状态的Bean，多线程环境下不安全，那么适合用Prototype原型模式。

Prototype: 每次对bean的请求都会创建一个新的bean实例。

Struts2默认的实现是Prototype模式。也就是每个请求都新生成一个Action实例，所以不存在线程安全问题。需要注意的是，如果由Spring管理action的生命周期， scope要配成prototype作用域。

Spring的scope的几种参数：

singleton、prototype、request、session、global session

默认是singleton，这里的 scope 就是用来配置 spring bean 的作用域，它标识 bean 的作用域。

1、singleton 作用域

当一个bean的 作用域设置为singleton, 那么Spring IOC容器中只会存在一个共享的bean实例，并且所有对bean的请求，只要id与该bean定义相匹配，则只会返回bean的同一实例。换言之，当把 一个bean定义设置为singleton作用域时，Spring IOC容器只会创建该bean定义的唯一实例。这个单一实例会被存储到单例缓存（singleton cache）中，并且所有针对该bean的后续请求和引用都 将返回被缓存的对象实例，这里要注意的是singleton作用域和GOF设计模式中的单例是完全不同的，单例设计模式表示一个ClassLoader中 只有一个class存在，而这里的singleton则表示一个容器对应一个bean，也就是说当一个bean被标识为singleton时 候，spring的IOC容器中只会存在一个该bean。
配置实例：

<bean id="role" class="spring.chapter2.maryGame.Role" scope="singleton"/>
或者
<bean id="role" class="spring.chapter2.maryGame.Role" singleton="true"/>

2、prototype

prototype作用域部署的bean，每一次请求（将其注入到另一个bean中，或者以程序的方式调用容器的 getBean()方法）都会产生一个新的bean实例，相当与一个new的操作，对于prototype作用域的bean，有一点非常重要，那就是Spring不能对一个prototype bean的整个生命周期负责，容器在初始化、配置、装饰或者是装配完一个prototype实例后，将它交给客户端，随后就对该prototype实例不闻不问了。不管何种作用域，容器都会调用所有对象的初始化生命周期回调方法，而对prototype而言，任何配置好的析构生命周期回调方法都将不会被调用。 清除prototype作用域的对象并释放任何prototype bean所持有的昂贵资源，都是客户端代码的职责。（让Spring容器释放被singleton作用域bean占用资源的一种可行方式是，通过使用 bean的后置处理器，该处理器持有要被清除的bean的引用。）
配置实例： 

<bean id="role" class="spring.chapter2.maryGame.Role" scope="prototype"/>
或者
<beanid="role" class="spring.chapter2.maryGame.Role" singleton="false"/>

3、request

request表示该针对每一次HTTP请求都会产生一个新的bean，同时该bean仅在当前HTTP request内有效，配置实例： request、session、global session使用的时候首先要在初始化web的web.xml中做如下配置： 如果你使用的是Servlet 2.4及以上的web容器，那么你仅需要在web应用的XML声明文件web.xml中增加下述ContextListener即可：

<web-app>
   ...
  <listener>
<listener-class>org.springframework.web.context.request.RequestContextListener</listener-class>
  </listener>
   ...
</web-app>

如果是Servlet2.4以前的web容器,那么你要使用一个javax.servlet.Filter的实现： 

<bean id="role" class="spring.chapter2.maryGame.Role" scope="session"/>

<web-app>
 ..
 <filter> 
    <filter-name>requestContextFilter</filter-name> 
    <filter-class>org.springframework.web.filter.RequestContextFilter</filter-class>
 </filter> 
 <filter-mapping> 
    <filter-name>requestContextFilter</filter-name> 
    <url-pattern>/*</url-pattern>
 </filter-mapping>
   ...
</web-app>

接着既可以配置bean的作用域了：

<bean id="role" class="spring.chapter2.maryGame.Role" scope="request"/>

4、session

session作用域表示该针对每一次HTTP请求都会产生一个新的bean，同时该bean仅在当前HTTP session内有效，配置实例： 配置实例： 和request配置实例的前提一样，配置好web启动文件就可以如下配置： 

<bean id="role" class="spring.chapter2.maryGame.Role" scope="session"/>

5、global session

global session作用域类似于标准的HTTP Session作用域，不过它仅仅在基于portlet的web应用中才有意义。Portlet规范定义了全局Session的概念，它被所有构成某个 portlet web应用的各种不同的portlet所共享。在global session作用域中定义的bean被限定于全局portlet Session的生命周期范围内。如果你在web中使用global session作用域来标识bean，那么web会自动当成session类型来使用。 配置实例： 和request配置实例的前提一样，配置好web启动文件就可以如下配置：

<bean id="role" class="spring.chapter2.maryGame.Role" scope="global session"/>

Spring单例是线程不安全的。