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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?

2024-12-01 15:05

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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:

(下面是在web项目下才用到的)

来源:码猿技术专栏内容投诉

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