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Spring 循环依赖解析

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1、常见问题

2、什么是循环依赖?

多个 bean 之间相互依赖,形成闭环。比如:A 依赖于 B, B 依赖于 C , C 依赖于 A

示例代码:

public class T1 {

  class A {
    B b;
  }
  class B {
    C c;
  }
  class C {
    A a; 
  }
}

比如:A 依赖于 B, B 依赖于 C , C 依赖于 A
通常来说,如果问 Spring 容器内部如何解决循环依赖,一定是指默认的单例 Bean 中, 属性相互引用的场景。

@Component
public class A {
    @Autowired
    private B b;
}

@Component
public class B {
    @Autowired
    private C c;
}
 
@Component
public class C {
    @Autowired
    private A a;
}

3、循环依赖说明

官方说明:

参考官方说

构造方法注入:不支持循环依赖。
我们 AB 循环依赖问题。只要 A 的方式是 setter 且 singleton
就不会有循环依赖问题。

4、BeanCurrentlyInCreationException

循环依赖异常的定义如下所示,如果出现循环依赖,我们在启动/运行过程中会报这个错误。

5、依赖注入的两种方式

方式一:构造器方式注入依赖

@Component
public class ServiceA{

    private ServiceB serviceB;
        
    public ServiceA(ServiceB serverB) {
       this.serivceB = serviceB;
    }     
}

@Component
public class ServiceB{

    private ServiceA serviceA;
        
    public ServiceB(ServiceA serviceA) {
       this.serviceA = serviceA;
    }     
}

构造器循环依赖是无法解决的,你想让构造器注入支持循环依赖,是不可能的。

方式二:以 set 方式注入依赖

@Component
public class ServiceA{

    private ServiceB serviceB;
        
    public setServiceB(ServiceB serverB) {
       this.serivceB = serviceB;
    }     
}

@Component
public class ServiceB{

    private ServiceA serviceA;
        
    public setServiceB(ServiceA serviceA) {
       this.serviceA = serviceA;
    }     
}

案例演示(基于 Spring 容器的循环依赖)

普通的 Java 基础编码A  类、B 类

@Data
public class A{
  private B b;
  
  public A() {
     System.out.println("----- A create success");
  }
}

@Data
public class B{
  private a a;

  public B() {
     System.out.println("------ B create success");
  }    
}

循环依赖解决

A a = new A();
B b = new B();

a.setB(b);
b.setA(a);

基于 Spring 容器的循环依赖

代码演示:

循环依赖代码:

@Component
@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
public class A {

    @Autowired
    private B b;
}

@Component
public class B {

    @Autowired
    private A a;
}

默认单例,修改为原型

// 增加注解
@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)

一段测试程序

class BTest {


    @Configuration
    @Import({A.class, B.class})
    public static class TestConfig {

    }

    @Test
    public void currentlyincreation() {
        AnnotationConfigApplicationContext applicationContext =
                new AnnotationConfigApplicationContext(TestConfig.class);
        // 这里要获取 bean 一下,如果不去主动获取,可能是由于惰性加载没有执行,不会报错
        A a = applicationContext.getBean(A.class);
        System.out.println(a);
    }
}

循环依赖异常

6、Spring 三级缓存介绍和循环依赖解决过程

三级缓存介绍

核心类: DefaultSingletonBeanRegistry

第一级缓存:(也叫单例池)singletonObjects: 存放已经经历完整生命周期的 Bean 对象
第二级缓存:earlySingletonObjects: 存放早起暴露出来的 Bean 对象, Bean 的生命周期未结束(属性还未填充完成)
第三级缓存:Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories可以存放 Bean 工厂。
只有单例 Bean 会通过三级缓存提前暴露出来解决循环依赖问题,而非单例的 bean, 每次从容器获取都是新的对象,都会重新创建,所以非单例的 bean 是没有缓存的,不会放到三级缓存中。

实例化/初始化定义

实例化/初始化

1、实例化:内存中申请一块内存空间;(比如:租赁好好房子,自己的家具沙发,床还没有搬进去。)
2、初始化属性填充:完成各种属性的赋值;(比如:装修,家电家具进场)

三级缓存使用过程

3 个 map 的四大方法,总体相关对象

第一层:(也叫单例池)singletonObjects: 存放已经初始化好的 Bean。
第二层:earlySingletonObjects: 存放的是实例化的了, 但是未初始化的 Bean。
第三层:Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories
存放的是 FactroyBean。假如 A 类实现了 FactoryBean, 那么依赖注入的时候不是 A 类,而是 A类的 FAC天FactoryBean。

/**
 * 单例对象的缓存:bean 名称--Bean 实例, 即:所有的单例池
 * 表示经历了完整生命周期的 Bean 对象
 * <b>第一级缓存</b>
 */
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

/**
 * 单例工厂的高速缓存:bean 名称--ObjectFacotry
 * 表示存放生成的 bean 工厂
 * <b>第三级缓存</b>
 */
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

/**
 * 早起的单例对象的高速缓存:bean 名称--Bean 实例
 * 表示 Bean 的生命周期还没有走完(Bean 的属性还未填充)就把这个 Bean 存入该缓存中
 * 也就是实例化的 bean 放入了该缓存中
 * <b>第二级缓存</b>
 */
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(16);

A/B 两对象在三级缓冲的迁移说明

1、创建 A 过程中需要 B, 于是 A 将自己放入到三级缓存里面,去实例化 B
2、B 实例化的时候发现需要 A ,于是 B 先查一级缓存,没有,再查二级缓存,还是没有再查三级缓存,找到了 A 然后把三级缓存里面的这个 A 放入到二级缓存里面,并且删除三级缓存里面的 A。
3、 B 顺利初始化完毕后,将自己放入到一级缓存里面(此时 B 里面的 A 依然是创建中状态)后来接着创建 A, 此时 B 已经创建结束,直接从一级缓存里面拿到 B,然后完成创建,并且将 A 自己放到一级缓存中

ObjectFactory 接口

@FunctionalInterface
public interface ObjectFactory<T> {

    /**
     * Return an instance (possibly shared or independent)
     * of the object managed by this factory.
     * @return the resulting instance
     * @throws BeansException in case of creation errors
     */
    T getObject() throws BeansException;

}

DEBUG 断点调试

1、Bean 创建

2、放入三级缓存

3、属性填充(就是做属性注入)

循环依赖解决

整理流程梳理:

1、调用 doGetBean() 方法 , 想要获取 beanA , 于是调用 getSingletion() 方法从缓存中查询 beanA
2、在 getSingletion() 方法中,从一级缓存中查找,没有,返回 null
3、doGetBean() 犯法中获取到 beanA 为 null, 于是就走对应的处理逻辑,调用 getSIngletion() 的重载方法(参数为 ObjecFactory  的)
4、在 getSingletion() 方法中,先将 beanB_name 添加到一个集合中,用于标记该 bean 正在创建中,然后回调匿名内部类的 createBean  方法
5、进入 AbstractAutowireCapableBenaFactory#doCreateBean , 先反射调用构造器创建出 beanA 的实例,然后判断,是否为单例、是否允许提前暴露引用(对于单例一般为 true)、是否正在创建中(即是在第四步的集合中)。判断为 true 则将 beanA 添加到【三级缓存】中。
6、对 beanA 进行属性填充,此时检测到 beanA 依赖 beanB , 于是开始查找 beanB
7、调用 doGetBean 方法,和上面的 beanA 过程一样,到缓存中查找 beanB, 没有则创建,然后给 beanB 填充属性。
8、此时 beanB  依赖于 beanA , 调用 getSingleton() 获取 beanA , 依次从一级、二级、三级缓存中找,此时三级缓存中获取到 beanA 的创建工厂,通过创建工厂获取到 singletonObject, 此时这个 singletonObject 指向的就是上面的 doCreateBean() 方法实例化的 beanA 。
9、这样 beanB 就获取到了 beanA 的依赖,于是 beanB 顺利完成实例话,并将 beanA 从三级缓存移动到二级缓存中。
10、随后 beanA  继续他的属性填充工作,此时也获取到了beanB , beanA 也随之完成了创建,回调 getSingleton() 方法中继续向下执行,将 beanA 从二级缓存中移动到一级缓存中。

7、Spring 循环依赖总结

Spring 创建 Bean 主要分为两个步骤,创建原始 Bean 对象,接着去填充属性和初始化。
每次创建 Bean 之前,我们都会从缓存中查一下有没有该 bean , 因为是单例, 只能有一个
当我们创建 beanA  的原始对象之后,并且把它放入到三级缓存中,接下来就该填充属性了,这个时候发现依赖了 beanB , 就直接去创建 beanB, 同样的流程,创建完 beanB 统筹国内属性时又发现了它依赖了 beanA  又是同样的流程。

不同的是:

这个时候可以在三级缓存只能够查询到刚才放进去的原始对象 beanA , 所以不需要继续创建,用它注入 beanB , 完成 beanB 的创建
既然 beanB 创建好了,所以 beanA 就可以弯沉属性填充的步骤了,接下来执行剩下的逻辑完,完成闭环

@Nullable
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    // 从 singletonObject 获取实例,singletonObject 中的实例都是准备好的 bean 实例
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    // isSingletonCurrentlyInCreation() 判断当前单例 bean 是否正在创建中
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
        
        singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
        if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
            synchronized (this.singletonObjects) {
                // Consistent creation of early reference within full singleton lock
                singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
                if (singletonObject == null) {
                    // 一级缓存中没有就去二级缓存中找            
                    singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
                    if (singletonObject == null) {
                        // 二级缓存也没有,就去三级缓存查找
                        ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                        if (singletonFactory != null) {
                            // 三级缓存存在的化,就把它移动到二级缓存
                            singletonObject = singletonFactory.getObject();
                            this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                            this.singletonFactories.remove(beanName);
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
    return singletonObject;
}

Spring 解决循环依赖靠的是 Bean 的“中间态” 这个概念。而这个中间态指的是 已经实例化还没有初始化的状态 ---> 半成品,实例话的过程有是通过构造器创建的,如果 A 还没有创建好出来怎么可能提前曝光,所以构造器的循环依赖无法解决。

Spring 为了解决单例的循环依赖问题,使用了三级缓存:

假设 A,B 循环引用,实例化 A 的时候就将其放入三级缓存中,接着填充属性的时候,发现依赖了 B ,同样的流程也是实例化后放入三级缓存,接着去填充属性时发现自己依赖 A,这个时候从缓存中查找到早起暴露的 A,没有 AOP 代理的化,直接将 A 原始对象注入 B,完成 B的初始化后,进行属性填充和初始化,这个时候 B完成后,就去完成剩下 A的步骤,如果有 AOP 代理,就会进行 AOP 处理获取代理后的  A,注入 B, 走剩下的流程。

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