系列十八、Spring bean线程安全问题

一、概述

我们知道Spring中的bean，默认情况下是单例的，那么Spring中的bean是线程安全的吗？这个需要分情况考虑，bean中是否存在成员变量？bean中的成员变量是怎么处理的？...，针对bean的状态会有不同的处理方案：

情况一：bean是单例的；

情况二：bean是多例的（不会存在线程安全问题）；

出现线程安全问题的原因：单实例bean中存在成员变量，并且有对这个bean进行读写的操作，因此出现了线程安全的问题。

二、演示Spring bean存在线程安全

2.1、UserService

/**
 * @Author : 一叶浮萍归大海
 * @Date: 2023/11/26 14:55
 * @Description: 
 */
@Service
public class UserService {

    private String username;

    public String welcome(String name) {
        username = "welcome " + name;
        try {Thread.sleep(100);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}
        return username;
    }

}

2.2、MySpringConfig

/**
 * @Author : 一叶浮萍归大海
 * @Date: 2023/11/23 15:29
 * @Description:
 */
@Configuration
@ComponentScan(basePackages = {"org.star"})
public class MySpringConfig {

}

2.3、AopFullAnnotationMainApp

/**
 * @Author : 一叶浮萍归大海
 * @Date: 2023/11/23 15:14
 * @Description:
 */
@Slf4j
public class AopFullAnnotationMainApp {

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(MySpringConfig.class);
        UserService userService = context.getBean(UserService.class);
        Random r = new Random();
        String[] nameArray = new String[]{"张三", "李四", "王五", "赵六", "钱七"};
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                int index = r.nextInt(5);
                String name = nameArray[index];
                log.info("当前线程：{}，当前索引：{}，当前name的值：{}，当前取出的值：{}", Thread.currentThread().getName(), index, name, userService.welcome(name));
            }, "线程" + i).start();
        }
    }

}

三、解决方法

        上面代码演示了Spring中的bean的确存在着线程安全问题，出现问题我们要解决问题，针对Spring中bean中存在的线程安全，我们可以通过以下方式进行解决：

        方案一：将成员变量修改为局部变量（单例bean）；

        方案二：使用ThreadLocal（单例bean）；

        方案三：使用同步锁synchronized（单例bean）；

        方案四：将单例bean设置为多例的；

案例代码如下：

3.1、将成员变量修改为局部变量（单例bean）

3.1.1、UserService2

/**
 * @Author : 一叶浮萍归大海
 * @Date: 2023/11/26 14:55
 * @Description: 单例bean线程不安全（解决方式一：将成员变量修改为局部变量）
 */
@Service
public class UserService2 {

    public String welcome(String name) {
        String username = "welcome " + name;
        try {Thread.sleep(100);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}
        return username;
    }

}

3.1.2、MySpringConfig（同上）

3.1.3、AopFullAnnotationMainApp

/**
 * @Author : 一叶浮萍归大海
 * @Date: 2023/11/23 15:14
 * @Description:
 */
@Slf4j
public class AopFullAnnotationMainApp {

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(MySpringConfig.class);

        UserService2 userService2 = context.getBean(UserService2.class);
        Random r = new Random();
        String[] nameArray = new String[]{"张三", "李四", "王五", "赵六", "钱七"};
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                int index = r.nextInt(5);
                String name = nameArray[index];
                log.info("当前线程：{}，当前索引：{}，当前name的值：{}，当前取出的值：{}", Thread.currentThread().getName(), index, name, userService2.welcome(name));
            }, "线程" + i).start();
        }
    }
}

3.2、使用ThreadLocal（单例bean）

3.2.1、UserService3

/**
 * @Author : 一叶浮萍归大海
 * @Date: 2023/11/26 14:55
 * @Description: 单例bean线程不安全（解决方式二：使用ThreadLocal）
 */
@Service
public class UserService3 {

    private ThreadLocal<String> threadLocal = new ThreadLocal<>();

    public String welcome(String name) {
        threadLocal.set("welcome" + name);
        try {Thread.sleep(100);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}
        return threadLocal.get();
    }

}

3.2.2、MySpringConfig（同上）

3.2.4、AopFullAnnotationMainApp

/**
 * @Author : 一叶浮萍归大海
 * @Date: 2023/11/23 15:14
 * @Description:
 */
@Slf4j
public class AopFullAnnotationMainApp {

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(MySpringConfig.class);

        UserService3 userService3 = context.getBean(UserService3.class);
        Random r = new Random();
        String[] nameArray = new String[]{"张三", "李四", "王五", "赵六", "钱七"};
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                int index = r.nextInt(5);
                String name = nameArray[index];
                log.info("当前线程：{}，当前索引：{}，当前name的值：{}，当前取出的值：{}", Thread.currentThread().getName(), index, name, userService3.welcome(name));
            }, "线程" + i).start();
        }

    }
}

3.3、使用同步锁synchronized（单例bean）

3.3.1、UserService4

/**
 * @Author : 一叶浮萍归大海
 * @Date: 2023/11/26 14:55
 * @Description: 单例bean线程不安全（解决方式三：使用同步锁synchronized）
 */
@Service
public class UserService4 {

    private String username;

    public synchronized String welcome(String name) {
        username = "welcome " + name;
        try {Thread.sleep(100);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}
        return username;
    }

}

3.3.2、MySpringConfig（同上）

3.3.3、AopFullAnnotationMainApp

/**
 * @Author : 一叶浮萍归大海
 * @Date: 2023/11/23 15:14
 * @Description:
 */
@Slf4j
public class AopFullAnnotationMainApp {

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(MySpringConfig.class);

        UserService4 userService4 = context.getBean(UserService4.class);
        Random r = new Random();
        String[] nameArray = new String[]{"张三", "李四", "王五", "赵六", "钱七"};
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                int index = r.nextInt(5);
                String name = nameArray[index];
                log.info("当前线程：{}，当前索引：{}，当前name的值：{}，当前取出的值：{}", Thread.currentThread().getName(), index, name, userService4.welcome(name));
            }, "线程" + i).start();
        }
    }
}

3.4、将单例bean设置为多例的

3.4.1、UserService5

/**
 * @Author : 一叶浮萍归大海
 * @Date: 2023/11/26 14:55
 * @Description: 单例bean线程不安全（解决方式四：将单例bean设置为多例的）
 */
@Scope("prototype")
@Service
public class UserService5 {

    private String username;

    public String welcome(String name) {
        username = "welcome " + name;
        try {Thread.sleep(100);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}
        return username;
    }

}

3.4.2、MySpringConfig（同上）

3.4.3、AopFullAnnotationMainApp

/**
 * @Author : 一叶浮萍归大海
 * @Date: 2023/11/23 15:14
 * @Description:
 */
@Slf4j
public class AopFullAnnotationMainApp {

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(MySpringConfig.class);

        Random r = new Random();
        String[] nameArray = new String[]{"张三", "李四", "王五", "赵六", "钱七"};
        for (int i = 1; i <= 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                UserService5 userService5 = context.getBean(UserService5.class);
                int index = r.nextInt(5);
                String name = nameArray[index];
                log.info("当前线程：{}，当前索引：{}，当前name的值：{}，当前取出的值：{}", Thread.currentThread().getName(), index, name, userService5.welcome(name));
            }, "线程" + i).start();
        }
    }
}