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= Spring Bean作用域 =

== 介绍 ==
在Spring框架中，'''Bean作用域'''（Bean Scope）定义了Bean实例的生命周期和可见范围。Spring IoC容器管理着这些Bean的创建、配置和管理方式，而作用域决定了Bean在应用程序中的共享方式。理解不同的作用域类型对于构建高效、可维护的Spring应用程序至关重要。

Spring提供了多种标准作用域，开发者还可以自定义作用域。每种作用域适用于不同的应用场景，例如单例模式适用于共享资源，而原型模式适用于每次请求都创建新实例的场景。

== 标准作用域 ==
Spring框架支持以下标准作用域：

{| class="wikitable"
|-
! 作用域类型 !! 描述
|-
| <code>singleton</code> || （默认）每个Spring IoC容器中仅存在一个Bean实例。
|-
| <code>prototype</code> || 每次请求Bean时都会创建一个新的实例。
|-
| <code>request</code> || 每个HTTP请求创建一个Bean实例（仅适用于Web应用）。
|-
| <code>session</code> || 每个HTTP会话创建一个Bean实例（仅适用于Web应用）。
|-
| <code>application</code> || 整个Web应用共享一个Bean实例（类似于ServletContext）。
|-
| <code>websocket</code> || 每个WebSocket会话创建一个Bean实例（仅适用于WebSocket应用）。
|}

=== singleton作用域 ===
'''singleton'''是默认的作用域。在该作用域下，Spring IoC容器仅创建一个Bean实例，并在所有需要该Bean的地方共享它。

<syntaxhighlight lang="xml">
<!-- XML配置方式 -->
<bean id="exampleBean" class="com.example.ExampleBean" scope="singleton"/>
</syntaxhighlight>

<syntaxhighlight lang="java">
// 注解配置方式
@Component
@Scope("singleton")
public class ExampleBean { ... }
</syntaxhighlight>

==== 示例 ====
<syntaxhighlight lang="java">
public class SingletonDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml");
        ExampleBean bean1 = context.getBean("exampleBean", ExampleBean.class);
        ExampleBean bean2 = context.getBean("exampleBean", ExampleBean.class);
        System.out.println(bean1 == bean2); // 输出：true
    }
}
</syntaxhighlight>

=== prototype作用域 ===
'''prototype'''作用域表示每次请求Bean时都会创建一个新的实例。

<syntaxhighlight lang="xml">
<bean id="exampleBean" class="com.example.ExampleBean" scope="prototype"/>
</syntaxhighlight>

<syntaxhighlight lang="java">
@Component
@Scope("prototype")
public class ExampleBean { ... }
</syntaxhighlight>

==== 示例 ====
<syntaxhighlight lang="java">
public class PrototypeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml");
        ExampleBean bean1 = context.getBean("exampleBean", ExampleBean.class);
        ExampleBean bean2 = context.getBean("exampleBean", ExampleBean.class);
        System.out.println(bean1 == bean2); // 输出：false
    }
}
</syntaxhighlight>

== Web相关作用域 ==
对于Web应用程序，Spring提供了额外的特殊作用域。

=== request作用域 ===
每个HTTP请求都会创建一个新的Bean实例。

<syntaxhighlight lang="java">
@Component
@Scope(value = WebApplicationContext.SCOPE_REQUEST, proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)
public class RequestScopedBean { ... }
</syntaxhighlight>

=== session作用域 ===
每个用户会话期间共享一个Bean实例。

<syntaxhighlight lang="java">
@Component
@Scope(value = WebApplicationContext.SCOPE_SESSION, proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)
public class SessionScopedBean { ... }
</syntaxhighlight>

== 作用域选择指南 ==
选择适当的作用域需要考虑以下因素：

* '''性能'''：singleton作用域性能最佳，因为只需创建一次
* '''状态管理'''：有状态的Bean通常需要prototype或Web作用域
* '''线程安全'''：singleton Bean需要设计为线程安全的

<mermaid>
graph TD
    A[选择Bean作用域] --> B{需要共享状态吗?}
    B -->|是| C{需要跨请求吗?}
    B -->|否| D[prototype]
    C -->|是| E{需要跨会话吗?}
    C -->|否| F[request]
    E -->|是| G[session]
    E -->|否| H[application]
</mermaid>

== 自定义作用域 ==
Spring允许注册自定义作用域。实现<code>org.springframework.beans.factory.config.Scope</code>接口并注册到容器中：

<syntaxhighlight lang="java">
public class CustomScope implements Scope {
    // 实现必要方法
}

// 注册自定义作用域
ConfigurableBeanFactory factory = context.getBeanFactory();
factory.registerScope("custom", new CustomScope());
</syntaxhighlight>

== 实际应用案例 ==
=== 购物车实现 ===
电子商务应用中，购物车通常使用session作用域：

<syntaxhighlight lang="java">
@Component
@Scope(value = WebApplicationContext.SCOPE_SESSION, proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)
public class ShoppingCart {
    private List<Product> items = new ArrayList<>();
    
    public void addItem(Product product) {
        items.add(product);
    }
    
    public List<Product> getItems() {
        return Collections.unmodifiableList(items);
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 配置管理 ===
应用配置通常使用singleton作用域：

<syntaxhighlight lang="java">
@Component
public class AppConfig {
    @Value("${app.timeout}")
    private int timeout;
    
    // 配置getter方法
}
</syntaxhighlight>

== 数学表示 ==
在singleton作用域中，Bean实例可以表示为：

<math>
\forall b \in B, \exists! i \in I : b \mapsto i
</math>

其中：
* <math>B</math>是Bean定义的集合
* <math>I</math>是实例的集合

而在prototype作用域中：

<math>
\forall b \in B, \forall r \in R, \exists i \in I : (b, r) \mapsto i
</math>

其中<math>R</math>表示请求的集合。

== 常见问题 ==
=== 作用域代理 ===
当注入较短生命周期作用域（如prototype）到较长生命周期Bean（如singleton）时，需要使用代理：

<syntaxhighlight lang="java">
@Component
public class SingletonBean {
    @Autowired
    private Provider<PrototypeBean> prototypeBeanProvider;
    
    public void usePrototype() {
        PrototypeBean prototype = prototypeBeanProvider.get();
        // 使用prototype实例
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 线程安全问题 ===
singleton作用域的Bean需要特别注意线程安全：

<syntaxhighlight lang="java">
@Component
public class CounterService {
    private final AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
    
    public int incrementAndGet() {
        return counter.incrementAndGet();
    }
}
</syntaxhighlight>

== 总结 ==
Spring Bean作用域是框架中一个基础但强大的概念，它决定了Bean实例的生命周期和共享方式。合理选择作用域可以：
* 优化应用性能
* 简化状态管理
* 提高代码的可维护性

理解并正确应用各种作用域，是成为高效Spring开发者的重要一步。

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