Quarkus依赖注入之二：Bean的作用域

关于bean的作用域（scope）

• 官方资料：https://lordofthejars.github.io/quarkus-cheat-sheet/#_injection
• 上一篇《quarkus依赖注入之一：创建bean》
• 作为《quarkus依赖注入》系列的第二篇，继续学习一个重要的知识点：bean的作用域（scope），每个bean的作用域是唯一的，不同类型的作用域，决定了各个bean实例的生命周期，例如：何时何处创建，又何时何处销毁。
• bean的作用域在代码中是什么样的？回顾前文的代码，如下，ApplicationScoped就是作用域，表明bean实例以单例模式一直存活（只要应用还存活着），这是业务开发中常用的作用域类型：

@ApplicationScoped
public class ClassAnnotationBean {

    public String hello() {
        return "from " + this.getClass().getSimpleName();
    }
}

• 作用域有多种，如果按来源区分一共两大类：quarkus内置和扩展组件中定义，本篇聚焦quarkus的内置作用域
• 下面是整理好的作用域一览，接下来会逐个讲解。

常规作用域和伪作用域

• 常规作用域，quarkus官方称之为normal scope，包括：ApplicationScoped、RequestScoped、SessionScoped三种。
• 伪作用域称之为pseudo scope，包括：Singleton、RequestScoped、Dependent两种。
• 接下来，用一段最平常的代码来揭示常规作用域和伪作用域的区别。
• 下面的代码中，ClassAnnotationBean的作用域ApplicationScoped就是normal scope，如果换成Singleton就是pseudo scope了。

@ApplicationScoped
public class ClassAnnotationBean {

    public String hello() {
        return "from " + this.getClass().getSimpleName();
    }
}

• 再来看使用ClassAnnotationBean的代码，如下所示，是个再平常不过的依赖注入。

@Path("/classannotataionbean")
public class ClassAnnotationController {

    @Inject
    ClassAnnotationBean classAnnotationBean;

    @GET
    @Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)
    public String get() {
        return String.format("Hello RESTEasy, %s, %s",
                LocalDateTime.now(),
                classAnnotationBean.hello());
    }
}

• 现在问题来了，ClassAnnotationBean是何时被实例化的？有以下两种可能：

1. 第一种：ClassAnnotationController被实例化的时候，classAnnotationBean会被注入，这时ClassAnnotationBean被实例化。
2. 第二种：get方法第一次被调用的时候，classAnnotationBean真正发挥作用，这时ClassAnnotationBean被实例化。

• 所以，一共有两个时间点：注入时和get方法首次执行时，作用域不同，这两个时间点做的事情也不同，下面用表格来解释。

• 至此，您应该明白两种作用域的区别了：伪作用域的bean，在注入的时候实例化，常规作用域的bean，在注入的时候并未实例化，只有它的方法首次执行的时候才会实例化，如下图：

• 接下来细看每个作用域。

ApplicationScoped

• ApplicationScoped算是最常用的作用域了，它修饰的bean，在整个应用中只有一个实例。

RequestScoped

• 这是与当前http请求绑定的作用域，它修饰的bean，在每次http请求时都有一个全新实例，来写一段代码验证。
• 首先是bean类RequestScopeBean.java，注意作用域是RequestScoped，如下，在构造方法中打印日志，这样可以通过日志行数知道实例化次数。

package com.bolingcavalry.service.impl;

import io.quarkus.logging.Log;
import javax.enterprise.context.RequestScoped;

@RequestScoped
public class RequestScopeBean {

    /**
     * 在构造方法中打印日志，通过日志出现次数对应着实例化次数
     */
    public RequestScopeBean() {
        Log.info("Instance of " + this.getClass().getSimpleName());
    }

    public String hello() {
        return "from " + this.getClass().getSimpleName();
    }
}

• 然后是使用bean的代码，是个普通的web服务类。

package com.bolingcavalry;

import com.bolingcavalry.service.impl.RequestScopeBean;
import javax.inject.Inject;
import javax.ws.rs.GET;
import javax.ws.rs.Path;
import javax.ws.rs.Produces;
import javax.ws.rs.core.MediaType;
import java.time.LocalDateTime;

@Path("/requestscope")
public class RequestScopeController {

    @Inject
    RequestScopeBean requestScopeBean;

    @GET
    @Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)
    public String get() {
        return String.format("Hello RESTEasy, %s, %s",
                LocalDateTime.now(),
                requestScopeBean.hello());
    }
}

• 最后是单元测试代码RequestScopeControllerTest.java，要注意的是注解RepeatedTest，有了此注解，testGetEndpoint方法会重复执行，次数是注解的value属性值，这里是10次。

package com.bolingcavalry;

import com.bolingcavalry.service.impl.RequestScopeBean;
import io.quarkus.test.junit.QuarkusTest;
import org.junit.jupiter.api.RepeatedTest;
import org.junit.jupiter.api.Test;

import static io.restassured.RestAssured.given;
import static org.hamcrest.CoreMatchers.containsString;

@QuarkusTest
class RequestScopeControllerTest {

    @RepeatedTest(10)
    public void testGetEndpoint() {
        given()
                .when().get("/requestscope")
                .then()
                .statusCode(200)
                // 检查body内容，是否含有ClassAnnotationBean.hello方法返回的字符串
                .body(containsString("from " + RequestScopeBean.class.getSimpleName()));
    }
}

• 由于单元测试中接口会调用10次，按照RequestScoped作用域的定义，RequestScopeBean会实例化10次，执行单元测试试试吧。
• 执行结果如下图，红框4显示每次http请求都会触发一次RequestScopeBean实例化，符合预期，另外还有意外收获，稍后马上就会提到。

• 另外，请重点关注蓝框和蓝色注释文字，这是意外收获，居然看到了代理类的日志，看样子代理类是继承了RequestScopeBean类，于是父类构造方法中的日志代码也执行了，还把代理类的类名打印出来了。
• 从日志可以看出：10次http请求，bean的构造方法执行了10次，代理类的构造方法只执行了一次，这是个重要结论：bean类被多次实例化的时候，代理类不会多次实例化。

SessionScoped

• SessionScoped与RequestScoped类似，区别是范围，RequestScoped是每次http请求做一次实例化，SessionScoped是每个http会话，以下场景都在session范围内，共享同一个bean实例：

1. servlet的service方法。
2. servlet filter的doFileter方法。
3. web容器调用HttpSessionListener、AsyncListener、ServletRequestListener等监听器。

Singleton

• 提到Singleton，聪明的您是否想到了单例模式，这个scope也是此意：它修饰的bean，在整个应用中只有一个实例。
• Singleton和ApplicationScoped很像，它们修饰的bean，在整个应用中都是只有一个实例，然而它们也是有区别的：ApplicationScoped修饰的bean有代理类包裹，Singleton修饰的bean没有代理类。
• Singleton修饰的bean没有代理类，所以在使用的时候，对bean的成员变量直接读写都没有问题（safely），而ApplicationScoped修饰的bean，请不要直接读写其成员变量，比较拿都是代理的东西，而不是bean的类自己的成员变量。
• Singleton修饰的bean没有代理类，所以实际使用中性能会略好（slightly better performance）。
• 在使用QuarkusMock类做单元测试的时候，不能对Singleton修饰的bean做mock，因为没有代理类去执行相关操作。
• quarkus官方推荐使用的是ApplicationScoped。
• Singleton被quarkus划分为伪作用域，此时再回头品味下图，您是否恍然大悟：成员变量classAnnotationBean如果是Singleton，是没有代理类的，那就必须在@Inject位置实例化，否则，在get方法中classAnnotationBean就是null，会空指针异常的。

• 运行代码验证是否有代理类，找到刚才的RequestScopeBean.java，将作用域改成Singleton，运行单元测试类RequestScopeControllerTest.java，结果如下图红框，只有RequestScopeBean自己构造方法的日志。

• 再将作用域改成ApplicationScoped，如下图蓝框，代理类日志出现。

Dependent

• Dependent是个伪作用域，它的特点是：每个依赖注入点的对象实例都不同。
• 假设DependentClinetA和DependentClinetB都用@Inject注解注入了HelloDependent，那么DependentClinetA引用的HelloDependent对象，DependentClinetB引用的HelloDependent对象，是两个实例，如下图，两个hello是不同的实例。

Dependent的特殊能力

• Dependent的特点是每个注入点的bean实例都不同，针对这个特点，quarkus提供了一个特殊能力：bean的实例中可以取得注入点的元数据。
• 对应上图的例子，就是HelloDependent的代码中可以取得它的使用者：DependentClientA和DependentClientB的元数据。
• 写代码验证这个特殊能力。
• 首先是HelloDependent的定义，将作用域设置为Dependent，然后注意其构造方法的参数，这就是特殊能力所在，是个InjectionPoint类型的实例，这个参数在实例化的时候由quarkus容器注入，通过此参数即可得知使用HelloDependent的类的身份。

@Dependent
public class HelloDependent {

    public HelloDependent(InjectionPoint injectionPoint) {
        Log.info("injecting from bean "+ injectionPoint.getMember().getDeclaringClass());
    }

    public String hello() {
        return this.getClass().getSimpleName();
    }
}

• 然后是HelloDependent的使用类DependentClientA。

@ApplicationScoped
public class DependentClientA {

    @Inject
    HelloDependent hello;

    public String doHello() {
        return hello.hello();
    }
}

• DependentClientB的代码和DependentClientA一模一样，就不贴出来了。
• 最后写个单元测试类验证HelloDependent的特殊能力。

@QuarkusTest
public class DependentTest {

    @Inject
    DependentClientA dependentClientA;

    @Inject
    DependentClientB dependentClientB;

    @Test
    public void testSelectHelloInstanceA() {
        Class<HelloDependent> clazz = HelloDependent.class;

        Assertions.assertEquals(clazz.getSimpleName(), dependentClientA.doHello());
        Assertions.assertEquals(clazz.getSimpleName(), dependentClientB.doHello());
    }
}

• 运行单元测试，如下图红框，首先，HelloDependent的日志打印了两次，证明的确实例化了两个HelloDependent对象，其次日志的内容也准确的将注入点的类的信息打印出来。

扩展组件的作用域

• quarkus的扩展组件丰富多彩，自己也能按照官方指引制作，所以扩展组件对应的作用域也随着组件的不同而各不相同，就不在此列举了，就举一个例子吧：quarkus-narayana-jta组件中定义了一个作用域javax.transaction.TransactionScoped，该作用域修饰的bean，每个事物对应一个实例。
• 至此，quarkus作用域的了解和实战已经完成，这样一来，不论是使用bean还是创建bean，都能按业务需要来准确控制其生命周期了。