Spring Boot 单例模式中依赖注入问题

在日常项目开发中，单例模式可以说是最常用到的设计模式，项目也常常在单例模式中需要使用 Service 逻辑层的方法来实现某些功能。通常可能会使用 @Resource 或者 @Autowired 来自动注入实例，然而这种方法在单例模式中却会出现 NullPointException 的问题。那么本篇就此问题做一下研究。

演示代码地址

问题初探

一般我们的项目是分层开发的，最经典的可能就是下面这种结构：

├── UserDao -- DAO 层，负责和数据源交互，获取数据。
├── UserService -- 服务逻辑层，负责业务逻辑实现。
└── UserController -- 控制层，负责提供与外界交互的接口。

此时需要一个单例对象，此对象需要 UserService 来提供用户服务。代码如下：

@Slf4j
public class UserSingleton {private static volatile UserSingleton INSTANCE;@Resourceprivate UserService userService;public static UserSingleton getInstance() {if (null == INSTANCE) {synchronized (UserSingleton.class) {if (null == INSTANCE) {INSTANCE = new UserSingleton();}}}return INSTANCE;}public String getUser() {if (null == userService) {log.debug("UserSingleton userService is null");return "UserSingleton Exception: userService is null";}return userService.getUser();}
}

然后创建一个 UserController 来调用 UserSingleton.getUser() 方法看看返回数据是什么。

@RestController
public class UserController {@Resourceprivate UserService userService;/*** 正常方式，在 Controller 自动注入 Service。** @return  user info*/@GetMapping("/user")public String getUser(){return userService.getUser();}/*** 使用单例对象中自动注入的 UserService 的方法** @return  UserSingleton Exception: userService is null*/@GetMapping("/user/singleton/ioc")public String getUserFromSingletonForIoc(){return UserSingleton.getInstance().getUser();}
}

 

user-info.png

可以看到，在 UserController 中自动注入 UserService 是可以正常获取到数据的。

 

UserSingleton-exception.png

但是如果使用在单例模式中使用自动注入的话，UserService 是一个空的对象。

所以使用 @Resource 或者 @Autowired 注解的方式在单例中获取 UserService 的对象实例是不行的。如果没有做空值判断，会报 NullPointException 异常。

问题产生原因

之所以在单例模式中无法使用自动依赖注入，是因为单例对象使用 static 标记，INSTANCE 是一个静态对象，而静态对象的加载是要优先于 Spring 容器的。所以在这里无法使用自动依赖注入。

问题解决方法

解决这种问题，其实也很简单，只要不使用自动依赖注入就好了，在 new UserSingleton() 初始化对象的时候，手动实例化 UserService 就可以了嘛。但是这种方法可能会有一个坑，或者说只能在某些情况下可以实现。先看代码：

@Slf4j
public class UserSingleton {private static volatile UserSingleton INSTANCE;@Resourceprivate UserService userService;// 为了和上面自动依赖注入的对象做区分。// 这里加上 ForNew 的后缀代表这是通过 new Object()创建出来的private UserService userServiceForNew;private UserSingleton() {userServiceForNew = new UserServiceImpl();}public static UserSingleton getInstance() {if (null == INSTANCE) {synchronized (UserSingleton.class) {if (null == INSTANCE) {INSTANCE = new UserSingleton();}}}return INSTANCE;}public String getUser() {if (null == userService) {log.debug("UserSingleton userService is null");return "UserSingleton Exception: userService is null";}return userService.getUser();}public String getUserForNew() {if (null == userServiceForNew) {log.debug("UserSingleton userService is null");return "UserSingleton Exception: userService is null";}return userServiceForNew.getUser();}
}

下面是 UserService 的代码。

public interface UserService {/*** 获取用户信息** @return  @link{String}*/String getUser();/*** 获取用户信息，从 DAO 层获取数据** @return*/String getUserForDao();
}@Slf4j
@Service
public class UserServiceImpl implements UserService {@Resourceprivate UserDao userDao;@Overridepublic String getUser() {return "user info";}@Overridepublic String getUserForDao(){if(null == userDao){log.debug("UserServiceImpl Exception: userDao is null");return "UserServiceImpl Exception: userDao is null";}return userDao.select();}
}

创建一个 UserController 调用单例中的方法做下验证。

@RestController
public class UserController {@Resourceprivate UserService userService;// 正常方式，在 Controller 自动注入 Service。@GetMapping("/user")public String getUser(){return userService.getUser();}// 使用单例对象中自动注入的 UserService 的方法// 返回值是: UserSingleton Exception: userService is null@GetMapping("/user/singleton/ioc")public String getUserFromSingletonForIoc(){return UserSingleton.getInstance().getUser();}// 使用单例对象中手动实例化的 UserService 的方法// 返回值是: user info@GetMapping("/user/singleton/new")public String getUserFromSingletonForNew(){return UserSingleton.getInstance().getUserForNew();}// 使用单例对象中手动实例化的 UserService 的方法，在 UserService 中，通过 DAO 获取数据// 返回值是: UserServiceImpl Exception: userDao is null@GetMapping("/user/singleton/new/dao")public String getUserFromSingletonForNewFromDao(){return UserSingleton.getInstance().getUserForNewFromDao();}
}

通过上面的代码，可以发现，通过手动实例化的方式是可以一定程度上解决问题的。但是当 UserService 中也使用自动依赖注入，比如 @Resource private UserDao userDao;，并且单例中使用的方法有用到 userDao 就会发现 userDao 是个空的对象。

也就是说虽然在单例对象中手动实例化了 UserService ，但 UserService 中的 UserDao 却无法自动注入。其原因其实与单例中无法自动注入 UserService 是一样的。所以说这种方法只能一定程度上解决问题。

最终解决方案

我们可以创建一个工具类实现 ApplicationContextAware 接口，用来获取 ApplicationContext 上下文对象，然后通过 ApplicationContext.getBean() 来动态的获取实例。代码如下：

import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.ApplicationContextAware;
import org.springframework.stereotype.Component;/*** Spring 工具类，用来动态获取 bean** @author James* @date 2020/4/28*/
@Component
public class SpringContextUtils implements ApplicationContextAware {private static ApplicationContext applicationContext;@Overridepublic void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {SpringContextUtils.applicationContext = applicationContext;}/*** 获取 ApplicationContext** @return*/public static ApplicationContext getApplicationContext() {return applicationContext;}public static Object getBean(String name) {return applicationContext.getBean(name);}public static <T> T getBean(Class<T> clazz) {return applicationContext.getBean(clazz);}public static <T> T getBean(String name, Class<T> clazz) {return applicationContext.getBean(name, clazz);}
}

然后改造下我们的单例对象。

@Slf4j
public class UserSingleton {private static volatile UserSingleton INSTANCE;// 加上 ForTool 后缀来和之前两种方式创建的对象作区分。private UserService userServiceForTool;private UserSingleton() {userServiceForTool = SpringContextUtils.getBean(UserService.class);}public static UserSingleton getInstance() {if (null == INSTANCE) {synchronized (UserSingleton.class) {if (null == INSTANCE) {INSTANCE = new UserSingleton();}}}return INSTANCE;}/*** 使用 SpringContextUtils 获取的 UserService 对象，并从 UserDao 中获取数据* @return*/public String getUserForToolFromDao() {if (null == userServiceForTool) {log.debug("UserSingleton userService is null");return "UserSingleton Exception: userService is null";}return userServiceForTool.getUserForDao();}
}

在 UserController 中进行测试，看一下结果。

@RestController
public class UserController {/*** 使用 SpringContextUtils 获取的的 UserService 的方法，在 UserService 中，通过 DAO 获取数据** @return  user info for dao*/@GetMapping("/user/singleton/tool/dao")public String getUserFromSingletonForToolFromDao(){return UserSingleton.getInstance().getUserForToolFromDao();}
}

访问接口，返回结果是：user info for dao，验证通过。



 

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