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【Spring】原理解析：Bean的作用域与生命周期

news 2025/9/9 6:45:16

1.前言

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2.正文

2.1概念

2.2Bean的作用域

2.2.1singleton（单例）

2.2.2prototype（原型）

2.2.3request（请求）

2.2.4session（会话）

2.2.5application（应用）

2.2.6websocket

2.3Bean的生命周期

2.3.1实例化（Instantiation）

2.3.2属性赋值（Populate）

2.3.3初始化（Initialization）

2.3.4使用（In Use）

2.3.5销毁（Destruction）

2.4源码解析

2.4.1.实例化：createBeanInstance()

2.4.2 属性赋值：populateBean()

2.4.3 初始化：initializeBean()

3.小结

1.前言

在 Spring 容器管理体系中，Bean 的作用域与生命周期是两大核心支柱。Bean 的作用域定义了其实例的存活范围与创建策略，例如单例（Singleton）Bean 在容器启动时创建并全局共享，原型（Prototype）Bean 则每次请求时生成新实例，而 Web 环境下的请求（Request）、会话（Session）作用域则与 HTTP 请求周期紧密关联。生命周期则贯穿 Bean 从实例化、属性填充、初始化到销毁的完整过程，通过初始化回调（如 InitializingBean 接口、@PostConstruct 注解）与销毁回调（如 DisposableBean 接口、@PreDestroy 注解）等机制，允许开发者在关键节点植入自定义逻辑，实现资源初始化、缓存预热、连接关闭等精细化控制。

核心价值：深入理解 Bean 的作用域与生命周期，是实现 Spring 应用高性能、高可靠性的基础。错误的作用域配置可能导致线程安全问题（如多线程共享原型 Bean 状态）或资源泄漏（如单例 Bean 持有短生命周期资源），而生命周期管理不当则可能引发初始化失败、资源未释放等运行时异常。因此，掌握这两大机制不仅是 Spring 框架进阶的关键，更是构建健壮企业级应用的前提。

本文将围绕 Spring Bean 的作用域与生命周期展开深度剖析，系统梳理作用域的类型与应用场景、生命周期的关键阶段与扩展点，并结合实际案例揭示其底层实现原理，为开发者提供从理论到实践的完整指导。

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2.正文

2.1概念

在 Spring 框架的设计理念中，IOC（控制反转）容器的核心作用可类比为现代化工厂的生产管理系统。传统软件开发中，对象的创建与依赖管理需开发者手动完成，如同工厂中各车间需自行采购原材料、组装产品，不仅效率低下且耦合度高。而 Spring IOC 容器则扮演着“智能工厂”的角色：它负责统一“生产”（实例化）对象，通过 DI（依赖注入）机制完成“配送”（属性赋值），而 @Autowired 注解则相当于“配送单”，明确指定了目标对象所需的依赖类型，容器据此自动匹配并注入对应的 Bean 实例。这种模式将对象的创建权从业务逻辑层转移至容器，显著降低了组件间的耦合度，使系统更易于维护与扩展。

Bean 作用域的核心定义：如同工厂对产品制定的批次生产规则，Bean 作用域规定了容器中 Bean 实例的创建策略与生命周期边界。它决定了在不同场景下获取 Bean 时，容器返回的是同一个共享实例还是新创建的实例，以及该实例从初始化到销毁的完整存活周期。这一机制是 Spring 实现对象精细化管理的基础，直接影响系统的性能、状态一致性与资源利用率。

通过上述讲解可知，IOC/DI 解决了对象创建与依赖管理的复杂性，而 Bean 作用域则进一步定义了对象的实例化规则。后续章节将详细探讨 Spring 框架提供的 6 种作用域（如 singleton、prototype、request 等），分析其适用场景与实现原理，揭示容器如何根据作用域配置精准控制 Bean 的生命周期。

2.2Bean的作用域

2.2.1singleton（单例）

在 Spring 容器中，singleton 作用域可类比为"工厂只生产一个产品，所有订单都配送同一个实例"的场景：当容器首次启动时，该类型的 Bean 会被创建并初始化，此后所有对该 Bean 的请求都将返回同一个共享实例。这种设计确保了 Bean 在整个应用生命周期内的全局唯一性，是 Spring 容器默认的 Bean 作用域。

代码示例与特性验证

通过以下案例可直观理解 singleton 作用域的实现与特性。首先定义一个简单的 Dog 类作为 Bean 类型：

public class Dog {private String name;// 省略构造方法、getter 和 setter
}

在配置类中使用 @Bean 注解声明 singleton 作用域的 Bean（默认无需显式指定 @Scope("singleton")）：

@Configuration
public class AppConfig {@Beanpublic Dog singleDog() {return new Dog("Singleton Dog");}
}

在测试代码中，通过 Spring 容器两次获取 singleDog 实例并比较其哈希码：

public class SingletonTest {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);Dog dog1 = context.getBean("singleDog", Dog.class);Dog dog2 = context.getBean("singleDog", Dog.class);System.out.println("dog1 哈希码：" + dog1.hashCode());System.out.println("dog2 哈希码：" + dog2.hashCode());System.out.println("是否为同一实例：" + (dog1 == dog2));}
}

测试结果显示，两次获取的 Dog 实例哈希码完全相同，且引用比较结果为 true，证明 singleton 作用域下 Bean 实例的全局唯一性。

核心特性总结

创建时机：Spring 容器在启动阶段即完成单例 Bean 的实例化与初始化（非懒加载模式），而非首次请求时创建。
实例管理：容器通过内部缓存机制维护单例实例，所有请求共享同一对象引用。
资源效率：避免重复创建对象，降低内存占用与初始化开销。

2.2.2prototype（原型）

在 Spring 容器的作用域体系中，prototype（原型）作用域可类比为制造业中的“按订单生产”模式——每当客户提交新订单（即程序从容器获取 Bean），工厂都会启动全新的生产流程（实例化过程），产出独一无二的产品（Bean 实例）。这种特性使得 prototype 作用域的 Bean 与 singleton 作用域形成鲜明对比，后者更接近“批量生产的标准化商品”，在容器启动时即完成实例化并全局共享。

从技术实现角度， prototype 作用域的 Bean 通过 @Bean 注解的 scope 属性显式配置。以下代码展示了 prototype 类型 Bean 的典型定义方式：

@Configuration
public class AppConfig {@Bean@Scope("prototype") // 显式指定原型作用域public Dog prototypeDog() {return new Dog();}
}

该配置的核心特性体现为两点：实例化时机的延迟性与生命周期管理的自主性。与 singleton Bean 在容器启动阶段完成实例化不同，prototype Bean 仅在调用 getBean() 方法时触发实例化流程；更关键的是，Spring 容器对 prototype 实例的生命周期管理仅负责“创建”环节，而将“销毁”操作完全交由应用程序自行处理，容器不会调用 @PreDestroy 注解的方法或执行其他销毁回调。

为验证 prototype 作用域的实例唯一性，可通过对比多次获取的 Bean 哈希码实现。测试代码如下：

public class PrototypeTest {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);Dog dog1 = context.getBean("prototypeDog", Dog.class);Dog dog2 = context.getBean("prototypeDog", Dog.class);System.out.println("dog1 哈希码：" + dog1.hashCode());System.out.println("dog2 哈希码：" + dog2.hashCode());}
}

执行结果显示两次获取的 Dog 实例哈希码完全不同（例如 dog1: 123456 与 dog2: 789012），直接证明每次获取操作均创建了全新实例。这种特性使其成为有状态组件的理想选择——例如 Web 应用中的请求参数封装类（如 UserForm），每个 HTTP 请求需独立存储用户输入数据，若使用 singleton 作用域将导致请求间状态污染，而 prototype 作用域通过实例隔离从根本上避免了此类问题。

核心结论：prototype 作用域通过“按需创建、实例隔离”的设计，为需要维护独立状态的组件提供了安全解决方案。在实际开发中，应明确区分有状态与无状态组件——对于工具类、服务层对象等无状态组件优先使用 singleton，而请求上下文、会话数据等有状态场景则需采用 prototype 作用域。

2.2.3request（请求）

在 Spring 容器中，request 作用域的 Bean 可类比为快递服务中的产品生产逻辑：同一快递单内的产品保持一致，不同快递单则需重新生产。这意味着 Bean 实例的生命周期与单次 HTTP 请求强绑定，在请求发起时创建，请求完成后销毁，且在同一请求内多次获取的实例完全相同。

配置示例与核心特性

通过 @Scope("request") 注解可定义 request 作用域的 Bean。以下为 requestDog 的配置案例：

@Configuration
public class RequestScopeConfig {@Bean@Scope("request") // 声明为 request 作用域public Dog requestDog() {return new Dog(); // 每次新请求创建新实例}
}

该配置的核心特性体现为：单次 HTTP 请求内唯一实例，请求结束自动销毁。当客户端发起一次 HTTP 请求时，Spring 容器会创建 requestDog 的实例并缓存于请求上下文中，在此请求的处理流程（如 Controller → Service → Repository）中，无论通过 @Autowired 或 getBean() 多少次获取该 Bean，得到的都是同一个实例；而当请求响应完成后，该实例会被立即销毁，释放资源

特性验证与测试结果

通过对比同一请求与不同请求中 Bean 的哈希码，可直观验证 request 作用域的唯一性。例如在 Controller 中两次注入 requestDog 并打印其哈希码：

@RestController
public class DogController {@Autowiredprivate Dog requestDog1;@Autowiredprivate Dog requestDog2;@GetMapping("/test-request-scope")public String testRequestScope() {return "同一请求内实例哈希码：" + requestDog1.hashCode() + "，" + requestDog2.hashCode();}
}

测试结果显示：同一请求内 requestDog1 与 requestDog2 的哈希码完全相同，证明二者为同一实例；而发起新请求后，哈希码会发生变化，表明新实例已被创建。

关键结论：request 作用域通过绑定 HTTP 请求生命周期，实现了"请求内单例、请求间多例"的特性，有效避免了多线程环境下的实例共享问题。

2.2.4session（会话）

在 Spring 框架的 Bean 作用域体系中，session 作用域体现了“用户会话内实例唯一”的特性，可类比为“同一用户的多次快递配送均使用同一个产品包裹，更换用户则需重新打包新包裹”2：当用户发起多次请求时，Spring 容器会在当前会话周期内复用同一个 Bean 实例；而不同用户会话（如同一个网站的不同登录用户）则会触发新的 Bean 实例创建。这种设计确保了用户会话相关数据的一致性与隔离性。

配置示例与核心特性

要定义 session 作用域的 Bean，需在配置类中通过 @Scope 注解指定作用域类型为 WebApplicationContext.SCOPE_SESSION（或直接使用字符串 "session"），并通常配合 @Scope(proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS) 解决作用域依赖问题。以下是 sessionDog 的配置示例：

session 作用域 Bean 配置代码

@Configuration
public class SessionScopeConfig {@Bean@Scope(value = WebApplicationContext.SCOPE_SESSION, proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS)public Dog sessionDog() {return new Dog(); // 每次新会话创建新实例，同会话复用}
}

该配置的核心特点是 “用户会话周期内唯一实例，会话结束销毁”：

实例唯一性：同一用户会话（如浏览器未关闭或未超时期间）内，多次获取 sessionDog Bean 会得到相同实例，可通过对象哈希码验证；
生命周期绑定：Bean 实例的创建与销毁完全绑定用户会话生命周期——会话初始化时创建实例，会话失效（如用户退出登录、会话超时或关闭浏览器）时由 Spring 容器自动销毁实例，释放资源。

通过 session 作用域，Spring 框架为 Web 应用提供了高效的会话状态管理机制，平衡了资源复用与数据隔离的需求。

2.2.5application（应用）

在 Spring 框架的 Bean 作用域体系中，application 作用域可类比为"整个工厂的所有生产线共享一个核心产品"——当工厂启动时该产品被制造出来，贯穿整个生产周期，直至工厂关闭才被销毁，且所有生产线（对应 Web 应用中的不同会话、请求）都使用这同一个产品实例。这种作用域特性使其成为 Web 应用级全局资源管理的关键工具。

配置与生命周期特性

通过 @Scope("application") 注解可定义 application 作用域的 Bean，其生命周期严格绑定于 ServletContext：

@Configuration
public class AppConfig {@Bean@Scope("application") // 显式指定 application 作用域public Dog applicationDog() {return new Dog("全局应用共享狗");}
}

该 Bean 会在 Web 应用启动时由 Spring 容器创建，并在 应用停止（ServletContext 销毁）时被回收，期间所有用户会话（Session）、请求（Request）都共享同一个实例。这种生命周期管理使其区别于 singleton 作用域——singleton 是 Spring IoC 容器级别的单例（一个容器一个实例），而 application 是 ServletContext 级别的单例（一个 Web 应用一个实例），即使存在多个 Spring 容器，application 作用域的 Bean 仍保持唯一。

实例共享性验证

通过跨会话获取 Bean 实例并比较哈希码，可直观证明其共享特性。在不同用户会话中执行以下测试代码：

@RestController
public class ScopeTestController {@Autowiredprivate Dog applicationDog;@GetMapping("/test-application-scope")public String testApplicationScope(HttpSession session) {return "会话 ID: " + session.getId() + ", applicationDog 哈希码: " + applicationDog.hashCode();}
}

测试结果显示，无论发起多少个不同会话请求，返回的哈希码始终相同，证实 application 作用域 Bean 在整个应用内的唯一性。

2.2.6websocket

WebSocket 作用域在 Spring 框架中表现为连接周期内的单例实例，其核心特性是为每个独立的 WebSocket 连接创建并维护一个专属的 Bean 实例，该实例的生命周期严格绑定于 TCP 连接的建立与关闭过程。当客户端通过 WebSocket 协议与服务器完成握手并建立持久连接时，Spring 容器会初始化对应的 Bean 实例；而当连接因超时、客户端断开或异常终止时，该实例将被销毁并释放资源。这种设计确保了在长连接存续期间，Bean 能够安全维护连接级别的状态信息，如用户会话上下文、消息序列计数器等，避免多连接共享实例导致的状态混乱问题。

该作用域在实时通信场景中展现出显著优势，典型应用包括即时聊天系统的消息处理器、实时协作工具的状态同步组件、高频数据推送服务（如金融行情更新）等。在这些场景中，WebSocket 连接通常具有数分钟至数小时的生命周期，且需要在连接存续期间保持连续的状态交互，此时作用域的实例隔离机制能够有效提升并发处理效率，降低线程同步开销。

WebSocket 与 Session 作用域关键特性对比

生命周期触发：WebSocket 作用域由 TCP 连接建立/断开触发，Session 作用域由 HTTP 会话创建/超时触发。
实例隔离单位：WebSocket 作用域以物理连接为隔离单位，Session 作用域以逻辑会话为隔离单位。
状态管理目标：WebSocket 作用域聚焦连接存续期间的实时交互状态，Session 作用域侧重用户跨请求的身份与上下文保持。

通过这种精细化的作用域设计，Spring 框架为实时通信场景提供了更贴合底层协议特性的资源管理方案，既满足了长连接状态维护的需求，又通过实例隔离确保了并发安全性，成为构建高性能实时应用的重要技术支撑。

2.3Bean的生命周期

Bean生命周期可类比"产品全生命周期管理"：从原材料加工（实例化）→ 零件装配（属性赋值）→ 质检调试（初始化）→ 客户使用（业务调用）→ 回收处理（销毁）。

2.3.1实例化（Instantiation）

核心任务：通过构造函数创建对象毛坯（未设置属性）。

代码示例：

public class BeanLifeComponent {private String name; // 初始nullprivate int age;     // 初始0public BeanLifeComponent() {System.out.println("实例化：name=" + name + ", age=" + age);}
}

输出：实例化：name=null, age=0

源码对应：AbstractAutowireCapableBeanFactory.createBeanInstance()通过反射调用构造函数。

2.3.2属性赋值（Populate）

核心任务：注入依赖Bean及配置值。

代码示例：

public class UserService {@Autowiredprivate DogComponent dogComponent; // 注入依赖
}

源码对应：AbstractAutowireCapableBeanFactory.populateBean()通过类型/名称匹配注入依赖。

2.3.3初始化（Initialization）

执行顺序：Aware接口回调 → @PostConstruct → InitializingBean → init-method

代码示例：

@Component
public class InitDemo implements BeanNameAware {@Overridepublic void setBeanName(String name) {System.out.println("Aware回调：" + name);}@PostConstructpublic void postConstruct() {System.out.println("执行@PostConstruct");}
}

源码对应：AbstractAutowireCapableBeanFactory.initializeBean()串联初始化流程。

2.3.4使用（In Use）

Bean处于就绪状态，通过@Autowired或getBean()获取实例并调用业务方法：

@Autowired
private UserService userService;public void process() {userService.handleData(); // 使用Bean
}

2.3.5销毁（Destruction）

执行顺序：@PreDestroy → DisposableBean → destroy-method

代码示例：

@PreDestroy
public void clean() {System.out.println("释放资源"); // 关闭连接/文件
}

注意：prototype作用域Bean需手动调用销毁方法。

生命周期流程图

Spring Bean 的生命周期是一个从实例化到销毁的完整过程，各阶段按严格顺序衔接，共同确保 Bean 在 IoC 容器中正确初始化、使用和回收。以下通过 PlantUML 流程图直观展示这一过程，并结合文字说明各节点的逻辑关系。

生命周期核心节点顺序：实例化（起点）→ 属性赋值 → 初始化前处理 → 初始化 → 初始化后处理 → 就绪使用 → 销毁前处理 → 销毁（终点）。各阶段通过容器回调机制串联，形成闭环生命周期管理。

2.4源码解析

Spring IoC容器对Bean的生命周期管理可拆解为实例化、属性赋值和初始化三个核心阶段。通过追踪AbstractAutowireCapableBeanFactory类的核心方法，可清晰理解Spring如何通过反射、自动装配和生命周期回调机制完成Bean的创建过程。

2.4.1.实例化：createBeanInstance()

// 核心逻辑：解析类对象并反射创建实例
Class<?> beanClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);
Constructor<?> ctor = beanClass.getDeclaredConstructor();
return ctor.newInstance(); // 反射创建对象

2.4.2 属性赋值：populateBean()

// 核心逻辑：按名称/类型注入依赖
autowireByName(beanName, mbd, bw, pvs); // 按名称匹配
applyPropertyValues(beanName, mbd, bw, pvs); // 设置属性值

2.4.3 初始化：initializeBean()

// 核心逻辑：执行初始化流程
invokeAwareMethods(beanName, bean); // Aware接口回调
wrappedBean = applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(wrappedBean, beanName);
invokeInitMethods(beanName, wrappedBean, mbd); // 初始化方法
wrappedBean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(wrappedBean, beanName);