Spring中的单例模式应用详解

1. DefaultListableBeanFactory

在Spring中，所有由Spring容器管理的Bean默认都是单例的。Spring框架中最经典的单例模式实现是在BeanFactory中。BeanFactory是Spring IoC容器的核心接口，其实现类DefaultListableBeanFactory在加载Bean定义时，会将单例的Bean实例化并缓存在ConcurrentHashMap中，以保证该Bean的唯一性。

DefaultListableBeanFactory定义了三个Map对象：singletonObjects、singletonFactories和earlySingletonObjects，它们都被设计为线程安全的ConcurrentHashMap。

• singletonObjects用于存储已经实例化的单例Bean对象。
• singletonFactories用于存储BeanFactory对象。
• earlySingletonObjects用于存储未完全初始化的Bean对象。

当一个单例Bean实例被获取时，DefaultListableBeanFactory会首先检查singletonObjects是否存在该Bean实例，如果存在则直接返回，否则就从earlySingletonObjects或singletonFactories中获取或创建该Bean实例。

2. SingletonBeanRegistry

单例相关的操作其实是被定义在SingletonBeanRegistry接口中。SingletonBeanRegistry是Spring框架中的一个接口，定义了向Spring IoC容器中添加和获取单例Bean的方法。

public interface SingletonBeanRegistry {

    // 将指定名称的Bean实例注册为单例Bean。如果该名称已经存在于单例Bean注册表中，则会抛出IllegalStateException异常。
    void registerSingleton(String var1, Object var2);

    // 获取指定名称的单例Bean实例。如果指定名称的Bean实例不存在，则返回null。
    @Nullable
    Object getSingleton(String var1);

    // 检查指定名称的单例Bean实例是否已经存在于单例Bean注册表中。
    boolean containsSingleton(String var1);

    // 获取所有已注册的单例Bean名称。
    String[] getSingletonNames();

    // 获取当前容器中已经注册的单例Bean的数量。
    int getSingletonCount();

    // 获取一个用于同步单例Bean注册表的对象。
    Object getSingletonMutex();
}

3. Spring单例Bean与单例模式的区别

Spring单例Bean与单例模式的区别在于它们关联的环境不一样，单例模式是指在一个JVM进程中仅有一个实例，而Spring单例是指一个Spring Bean容器（ApplicationContext）中仅有一个实例。

首先看单例模式，在一个JVM进程中（理论上，一个运行的JAVA程序就必定有自己一个独立的JVM）仅有一个实例，无论在程序中的何处获取实例，始终都返回同一个对象。以Java内置的Runtime为例，下面的判断始终为真：

// 在一个JVM实例中始终只有一个实例
Runtime.getRuntime() == Runtime.getRuntime();

与此相比，Spring的单例Bean是与其容器 ApplicationContext密切相关的，所以在一个JVM进程中，如果有多个Spring容器，即使是单例bean，也一定会创建多个实例，代码示例如下：

public static void main(String[] args) {

    System.out.println(Runtime.getRuntime() == Runtime.getRuntime());

    // 第一个Spring Bean容器
    ClassPathXmlApplicationContext context_1 = new ClassPathXmlApplicationContext("bean.xml");
    Person msb1 = context_1.getBean("person", Person.class);

    // 第二个Spring Bean容器
    ClassPathXmlApplicationContext context_2 = new ClassPathXmlApplicationContext("bean.xml");
    Person msb2 = context_2.getBean("person", Person.class);

    // 这里绝对不会相等，因为创建了多个实例
    System.out.println(msb1 == msb2);
}

以下是Spring的配置文件：

<!-- 即使声明了为单例，只要有多个容器，也一定会创建多个实例 -->
<bean id="person" class="com.mashibing.spring01.demo03.Person" scope="singleton">
    <constructor-arg name="username">
        <value>mashibing</value>
    </constructor-arg>
</bean>

如果不指定bean的类型，Spring框架生成的Bean默认就是单例的（在当前容器里）。

Spring的单例Bean与Spring Bean管理容器密切相关，每个容器都会创建自己独有的实例，所以与GOF设计模式中的单例模式相差极大，但在实际应用中，如果将对象的生命周期完全交给Spring管理（不在其他地方通过new、反射等方式创建），其实也能达到单例模式的效果。