面試官：Bean是安全的嗎？如果不是怎么保證安全？
默認(rèn)情況下，Spring Boot 中的 Bean 是非線程安全的。這是因?yàn)椋J(rèn)情況下 Bean 的作用域是單例模式，那么此時(shí)，所有的請(qǐng)求都會(huì)共享同一個(gè) Bean 實(shí)例，這意味著這個(gè) Bean 實(shí)例，在多線程下可能被同時(shí)修改，那么此時(shí)它就會(huì)出現(xiàn)線程安全問(wèn)題。
“Bean 的作用域（Scope）指的是確定在應(yīng)用程序中創(chuàng)建和管理 Bean 實(shí)例的范圍。也就是在 Spring 中，可以通過(guò)指定不同的作用域來(lái)控制 Bean 實(shí)例的生命周期和可見(jiàn)性。例如，單例模式就是所有線程可見(jiàn)并共享的，而原型模式則是每次請(qǐng)求都創(chuàng)建一個(gè)新的原型對(duì)象。”
1.單例Bean一定不安全嗎？
并不是，單例 Bean 分為以下兩種類型：
- 無(wú)狀態(tài) Bean（線程安全）：Bean 沒(méi)有成員變量，或多線程只會(huì)對(duì) Bean 成員變量進(jìn)行查詢操作，不會(huì)修改操作。
- 有狀態(tài) Bean（非線程安全）：Bean 有成員變量，并且并發(fā)線程會(huì)對(duì)成員變量進(jìn)行修改操作。
所以說(shuō)：有狀態(tài)的單例 Bean 是非線程安全的，而無(wú)狀態(tài)的 Bean 是線程安全的。
“但在程序中，只要有一種情況會(huì)出現(xiàn)線程安全問(wèn)題，那么它的整體就是非線程安全的，所以總的來(lái)說(shuō)，單例 Bean 還是非線程安全的。”
（1）無(wú)狀態(tài)的Bean
無(wú)狀態(tài)的 Bean 指的是不存在成員變量，或只有查詢操作，沒(méi)有修改操作，它的實(shí)現(xiàn)示例代碼如下：
import org.springframework.stereotype.Service;
@Service
public class StatelessService {
public void doSomeTask() {
// 執(zhí)行任務(wù)
}
}（2）有狀態(tài)的Bean
有成員變量，并且存在對(duì)成員變量的修改操作，如下代碼所示：
import org.springframework.stereotype.Service;
@Service
public class UserService {
private int count = 0;
public void incrementCount() {
count++; // 非原子操作，并發(fā)存在線程安全問(wèn)題
}
public int getCount() {
return count;
}
}2.如何保證線程安全？
想要保證有狀態(tài) Bean 的線程安全，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)：
- 使用 ThreadLocal（線程本地變量）：每個(gè)線程修改自己的變量，就沒(méi)有線程安全問(wèn)題了。
- 使用鎖機(jī)制：例如 synchronized 或 ReentrantLock 加鎖修改操作，保證線程安全。
- 設(shè)置 Bean 為原型作用域（Prototype）：將 Bean 的作用域設(shè)置為原型，這意味著每次請(qǐng)求該 Bean 時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的實(shí)例，這樣可以防止不同線程之間的數(shù)據(jù)沖突，不過(guò)這種方法增加了內(nèi)存消耗。
- 使用線程安全容器：例如使用 Atomic 家族下的類（如 AtomicInteger）來(lái)保證線程安全，此實(shí)現(xiàn)方式的本質(zhì)還是通過(guò)鎖機(jī)制來(lái)保證線程安全的，Atomic 家族底層是通過(guò)樂(lè)觀鎖 CAS（Compare And Swap，比較并替換）來(lái)保證線程安全的。
具體實(shí)現(xiàn)如下。
（1）使用ThreadLocal保證線程安全
實(shí)現(xiàn)代碼如下：
import org.springframework.stereotype.Service;
@Service
public class UserService {
private ThreadLocal<Integer> count = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);
public void incrementCount() {
count.set(count.get() + 1);
}
public int getCount() {
return count.get();
}
}使用 ThreadLocal 需要注意一個(gè)問(wèn)題，在用完之后記得調(diào)用 ThreadLocal 的 remove 方法，不然會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄漏問(wèn)題。
（2）使用鎖機(jī)制
鎖機(jī)制中最簡(jiǎn)單的是使用 synchronized 修飾方法，讓多線程執(zhí)行此方法時(shí)排隊(duì)執(zhí)行，這樣就不會(huì)有線程安全問(wèn)題了，如下代碼所示：
import org.springframework.stereotype.Service;
@Service
public class UserService {
private int count = 0;
public synchronized void incrementCount() {
count++; // 非原子操作，并發(fā)存在線程安全問(wèn)題
}
public int getCount() {
return count;
}
}（3）設(shè)置為原型作用域
原型作用域通過(guò) @Scope("prototype") 來(lái)設(shè)置，表示每次請(qǐng)求時(shí)都會(huì)生成一個(gè)新對(duì)象（也就沒(méi)有線程安全問(wèn)題了），如下代碼所示：
import org.springframework.stereotype.Service;
@Service
@Scope("prototype")
public class UserService {
private int count = 0;
public void incrementCount() {
count++; // 非原子操作，并發(fā)存在線程安全問(wèn)題
}
public int getCount() {
return count;
}
}（4）使用線程安全容器
我們可以使用線程安全的容器，例如 AtomicInteger 來(lái)替代 int，從而保證線程安全，如下代碼所示：
import org.springframework.stereotype.Service;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
@Service
public class UserService {
private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
public void incrementCount() {
count.incrementAndGet();
}
public int getCount() {
return count.get();
}
}實(shí)際工作中如何保證線程安全？
實(shí)際工作中，通常會(huì)根據(jù)具體的業(yè)務(wù)場(chǎng)景來(lái)選擇合適的線程安全方案，但是以上解決線程安全的方案中，ThreadLocal 和原型作用域會(huì)使用更多的資源，占用更多的空間來(lái)保證線程安全，所以在使用時(shí)通常不會(huì)作為最佳考慮方案。
而鎖機(jī)制和線程安全的容器通常會(huì)優(yōu)先考慮，但需要注意的是 AtomicInteger 底層是樂(lè)觀鎖 CAS 實(shí)現(xiàn)的，因此它存在樂(lè)觀鎖的典型問(wèn)題 ABA 問(wèn)題（如果有狀態(tài)的 Bean 中既有 ++ 操作，又有 -- 操作時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn) ABA 問(wèn)題），此時(shí)就要使用鎖機(jī)制，或 AtomicStampedReference 來(lái)解決 ABA 問(wèn)題了。
小結(jié)
單例模式的 Bean 并不一定都是非線程安全的，其中有狀態(tài)的 Bean 是存在線程安全問(wèn)題的。實(shí)際工作中通常會(huì)使用鎖機(jī)制（synchronized 或 ReentrantLock）或線程安全的容器來(lái)解決 Bean 的線程安全問(wèn)題，但具體使用哪種方案，還要結(jié)合具體業(yè)務(wù)場(chǎng)景來(lái)定。
