Spring IoC singleton 和 prototype 有什么核心区别？分别在什么场景下使用？

singleton 和 prototype 是 Spring 中最基础也是最重要的两种作用域，理解它们的区别有助于我们快速掌握 Spring IoC 。

核心区别：一个共享，一个独享

可以把它们想象成餐厅里的餐具：

• singleton (单例)：就像是餐厅里那把唯一的、公用的汤勺。所有顾客（线程/请求）都来用这同一把汤勺盛汤。它从餐厅开门（容器启动）时就放在那，直到餐厅打烊（容器关闭）才收走。
• prototype (原型)：就像是餐厅提供的一次性筷子。每位顾客（线程/请求）来吃饭，都领一双全新的筷子。用完就扔掉，餐厅不负责回收，下一位顾客再领一双新的。

这个比喻引出了它们的核心区别，我们可以从以下几个维度来详细对比：

Singleton vs. Prototype 核心区别对比

分别在什么场景下使用？

场景一：使用 singleton (绝大多数情况)

singleton 是默认选项，也是最常用的选项。你应该在以下场景中使用它：

1. 无状态的业务逻辑组件：

   • Service 层：UserService, ProductService 等。这些类只包含业务方法，不存储任何特定于用户的临时数据。
   • Repository/DAO 层：UserRepository, ProductDao 等。它们通常是无状态的，负责与数据库交互。
   • Controller 层：Spring MVC 中的 Controller 默认就是单例的，处理 HTTP 请求。

2. 共享的、昂贵的资源：

   • 配置类：如 DataSource（数据库连接池）、RestTemplate、ObjectMapper 等。这些对象创建成本高，并且被设计为线程安全的，理应在整个应用中共享。
   • 工具类：各种 Utils 或 Helper 类。

原则： 只要一个类不为任何特定的请求或用户保存数据，它就应该是 singleton。这是构建高性能、可伸缩应用的基石。

场景二：使用 prototype (特殊情况)

当你的对象需要独立的状态时，就必须使用 prototype。

1. 需要保存状态的对象：

   • 最经典的例子：购物车（ShoppingCart）。每个用户都有自己独立的购物车，里面装着不同的商品。如果购物车是单例的，所有用户的商品都会混在一起，那将是一场灾难。

   @Component
   @Scope("prototype")
   public class ShoppingCart {
       private List<Item> items = new ArrayList<>();
   
       public void addItem(Item item) {
           items.add(item);
       }
       // ...
   }
   

2. 非线程安全的对象：

   • 当你需要使用一个非线程安全的第三方库对象时，为了避免并发问题，可以每次都创建一个新实例来处理请求，保证线程隔离。例如，某些老的 XML 解析器或日期格式化工具。

3. 动态创建的任务处理器：

   • 比如一个 Runnable 任务，每次执行时都需要携带不同的参数。你可以将这个 Runnable 定义为 prototype Bean，每次从容器中获取一个新实例，设置好参数，然后扔到线程池里执行。

一个重要的“陷阱”：在 Singleton 中注入 Prototype

这是一个非常常见的面试题和易错点。

问题：如果你在一个 singleton Bean（如 UserService）中注入一个 prototype Bean（如 ShoppingCart），会发生什么？

@Service // Singleton (默认)
public class UserService {

    @Autowired
    private ShoppingCart cart; // Prototype

    // ...
}

答案：ShoppingCart 只会创建一次！

原因：UserService 是一个单例，它在容器启动时被创建和初始化一次。在它初始化进行依赖注入时，它向容器请求了一个 ShoppingCart。容器创建了一个新的 ShoppingCart 实例并注入给 UserService。此后，UserService 就一直持有这个 ShoppingCart 实例的引用，再也不会去请求新的了。

这完全违背了我们使用 prototype 的初衷。

如何解决？

有几种方法可以确保每次都能从 singleton Bean 中获取到新的 prototype 实例：

1. 依赖查找（不推荐）：注入 ApplicationContext，每次需要时手动 getBean()。这会使代码与 Spring API 耦合。
2. 使用 ObjectFactory 或 Provider（推荐）：这是标准的 JSR-330 解决方案。

@Service
public class UserService {
    @Autowired
    private ObjectFactory<ShoppingCart> cartFactory;

    public void doShopping() {
        // 每次调用都会创建一个新的ShoppingCart实例
        ShoppingCart cart = cartFactory.getObject(); 
        cart.addItem(...);
    }
}

3. 使用方法注入（Lookup Method Injection）：这是一种比较“古老”但有效的方式，通常需要借助 CGLIB。

总结：

• 用 singleton 构建应用的无状态骨架。
• 用 prototype 填充需要独立状态的血肉。
• 尽量避免在 singleton 中直接注入 prototype 带来的问题。