从一个bug认识 Spring 单例模式

大家好，我是风筝，公众号「古时的风筝」

谁还没在 Spring 里栽过跟头呢，从哪儿跌倒，就从哪儿睡一会儿，然后再爬起来。

讲点儿武德

这是由一个真实的 bug 引起的，bug 产生的原因就是忽略了 Spring Bean 的单例模式。来，先看一段简单的代码。

public class TestService {
    
    private String callback = "https://ip.com/token={token}";

    public String getCallback() {
        Random random = new Random();
        int number = random.nextInt(100);
        System.out.println("本次随机数为：" + number);
        callback = callback.replace("{token}", String.valueOf(number));
        return callback;
    }


    public static void main(String[] args) {
        TestService testService = new TestService();
        while (true) {
            Scanner reader = new Scanner(System.in);
            int number = reader.nextInt();
            if (number > 0) {
                String url = testService.getCallback();
                System.out.println(url);
            }
        }
    }
}

callback是一个带有一个回调地址，参数 token是不确定的。

getCallback方法每次调用，会随机生成一个100以内的数字，然后将 callback中的{token}替换为这个随机数字，最后的格式就像这样的：

https://ip.com/token=88

然后在 main方法中接收控制台输入，每次输入的数字大于0，调用 getCallback方法，然后输出 url。

相信各位都能轻易的看出这段程序的输出。

执行程序之后，不管你输入多少次数字，最后输出的 callback都是第一次的那个。

虽然每次生成的随机数都变了，但是 callback没变。

其实就是单例

有同学说，你过分了啊，这我能不知道为啥吗？

main方法只创建了一个TestService实例，在第一次调用 getCallback方法的时候，callback这个字符串就被修改成 https://ip.com/token=89了，所以，之后不管你再调用多少次，都不会执行 replace动作了，因为 callback中已经没有 {token}这一段了。

TestService 在整个程序执行过程中就是一个单例，所以，在 callback第一次被修改后，后面再执行

callback.replace("{token}", String.valueOf(number));

的动作，拿到的 callback中就已经没有 {token}了，所以说，不会有替换的动作。

当然，这只是用最简单的程序说明单例中的这个问题，真正的项目中想用单例的话，还要借助于单例设计模式实现。

回到那个 bug

有个弟弟在做微信服务号的开发，微信服务号或者订阅号中有个 access_token的概念，这是所有请求的凭证，有效期 2 个小时，到期之前要进行刷新。

他是这样设计的，在项目启动的时候立即调用微信接口获取 access_token，然后写了一个定时任务每1个小时刷新一次，获取来的 access_token放到 redis 和 数据库中，当调用微信服务号其他接口的时候，在 redis 中获取 access_token并拼接到接口地址中。

开发调试的时候一起顺利，看上去非常完美。

问题出现了

当项目部署到测试环境测试的时候，问题出现了。项目刚发版的时候，测试都正常，但是过一段时间，就会出现错误，查看日志的时候，发现是微信服务号的接口返回了错误码，意思就是 access_token已过期，需要重新获取。

弟弟第一时间怀疑是定时任务出现了问题，但是通过日志和数据库中的更新时间，发现定时任务是完全没有问题的，刷新 access_token的时间和定时任务是完全吻合的，说明已经及时刷新了。

我让他用 redis 或数据库中的access_token去调一下服务号接口，看看是不是也有同样的过期问题。

结果一试，redis 中存的是没问题的，可以正常使用。

那彻底排除是定时任务的问题了，问题的症结应该就出在两个地方：

1、在获取 redis 中的access_token的过程；

2、将获取到的 access_token拼接到请求接口 URL 上发生了错误；

到这里就很好判断了，他把从 redis 拿到的access_token和最后拼接好的 URL 都输出到日志中一看，果然，两个是不一致的。

从 redis 取出的确实是最新可用的 access_token ，但是拼接到接口 URL 上之后，发现是另外一个。那就确定是拿到的 access_token 是没问题的，但是最后拼接到 URL 却有问题。这时，弟弟仔细检查了代码，然后彻底蒙了。

讲点武德

既然问题出在哪儿已经确定了，那就分析那段代码就好了。

项目整体采用的是 Spring Boot，代码很简单，就是在一个 Controller 中调用 Service 中的一个方法。大致 demo 是这样的。

@RestController
@RequestMapping(value = "test")
public class TestController {

    @Autowired
    private TestService testService;

    @GetMapping(value = "call")
    public Object getCallback() {
        return testService.getCallback();
    }
}

@Service
public class TestService {

    private String callback = "https://ip.com/token={token}";

    public String getCallback() {
        Random random = new Random();
        int number = random.nextInt(100);
        System.out.println("本次随机数为：" + number);
        callback = callback.replace("{token}", String.valueOf(number));
        return callback;
    }
}  

看到这里，各位肯定已经发现问题原因了。虽然有多次请求，但因为 Spring Bean 默认是单例模式，所以实际上和前面演示的那个控制台程序是类似的，从头到尾都只有一个 TestService 实例，所以只有第一次能将{token}替换成真正的access_token。

对应到实际的服务号场景中，在第一次调用这个接口时，从 redis 拿到 access_token拼接到具体的 URL中是没问题的，但是一旦这个access_token过期（1小时后），再次请求这个接口就会出现 access_token过期的问题。

这里违反了 Spring 单例模式的一个点，那就是 Spring 单例模式，不适合存储有状态的值，比如这里的 callback就是个有状态的值，它应该随着定时任务的进行，获取到不同的值。

关于 Spring 或 Spring Boot 工作流程的介绍可以阅读文末的两篇文章，其中包括 Bean 实例化过程。

修改建议

如何解决这个问题呢？

其实很简单，不让callback每次调用发生变化就可以了，每次拼接 URL 的时候，先将 callback赋给一个局部变量，然后在这个变量上操作就好了。

public String getCallback() {
  Random random = new Random();
  int number = random.nextInt(100);
  System.out.println("本次随机数为：" + number);
  String tempCallback = callback;
  tempCallback = tempCallback.replace("{token}", String.valueOf(number));
  return tempCallback;
}

另外，说到 Spring 单例模式，Spring 本身还支持其他几种模式，与单例模式对应的就是 prototype模式，这种模式是每个请求都重新生成实例。所以，如果你确定这个 Controller 和 Service 可以不用单例模式，可以加上 @Scope(value = "prototype")注解。

@RestController
@RequestMapping(value = "test")
@Scope(value = "prototype")
public class TestController {

    @Autowired
    private TestService testService;

    @GetMapping(value = "call")
    public Object getCallback() {
        return testService.getCallback();
    }
}

@Service
@Scope(value = "prototype")
public class TestService {

    private String callback = "https://ip.com/token={token}";

    public String getCallback() {
        Random random = new Random();
        int number = random.nextInt(100);
        System.out.println("本次随机数为：" + number);
        callback = callback.replace("{token}", String.valueOf(number));
        return callback;
    }
}

这样一来，每次都是新的实例，自然就不存在那个问题了。

代码007普通

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