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  • 浅析Spring Bean的循环依赖问题、单例对象初始化三步、spring的三级缓存+提前曝光机制

      在实际工作中,经常由于设计不佳或者各种因素,导致类之间相互依赖。这些类可能单独使用时不会出问题,但是在使用Spring进行管理的时候可能就会抛出BeanCurrentlyInCreationException等异常 。当抛出这种异常时表示Spring解决不了该循环依赖,本文将简要说明循环依赖,以及Spring对于循环依赖的解决方法。

    一、什么是循环依赖

      循环依赖,其实就是循环引用,也就是两个或则两个以上的bean互相持有对方,最终形成闭环。比如A依赖于B,B依赖于C,C又依赖于A。

    // 对象A中引入B对象
    @Component
    public class A {
        @Autowired
        private B b;
    }
    // 对象B中引入A对象
    @Component
    public class B {
        @Autowired
        private A a;
    }
    // 如此,两个对象相互引用,便产生了循环依赖

      注意,这里不是函数的循环调用,是对象的相互依赖关系。循环调用其实就是一个死循环,除非有终结条件。

      Spring中循环依赖场景有:

    1、构造器的循环依赖

    2、field属性的循环依赖。

    二、Spring怎么解决循环依赖

      首先说下前提条件:

    (1)原型(Prototype)的场景是不支持循环依赖的,通常会走到AbstractBeanFactory类中下面的判断,抛出异常。

    if (isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)) {
      throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
    }

      原因很好理解,创建新的A时,发现要注入原型字段B,又创建新的B发现要注入原型字段A,这就套娃了。

    (2)基于构造器的循环依赖,就更不用说了,官方文档都摊牌了,你想让构造器注入支持循环依赖,是不存在的,不如把代码改了。

    (3)那么我们能解决的就是默认单例的属性注入场景,Spring是如何支持循环依赖的。

      Spring的循环依赖的理论依据其实是基于Java的引用传递,当我们获取到对象的引用时,对象的field或属性是可以延后设置的(但是构造器必须是在获取引用之前)。

      Spring的单例对象的初始化主要分为三步:实例化  -> 填充属性 -> 初始化Bean

    1、createBeanInstance:实例化,其实也就是调用对象的构造方法实例化对象

    2、populateBean:填充属性,这一步主要是多bean的依赖属性进行填充

    3、initializeBean:调用spring xml中的init 方法。

      源码简析:

    singletonObject = singletonFactory.getObject(); // 创建Bean
    
    doCreatedBean(){
        instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mdb, args); // 实例化,创建新的实例
        populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper); //填充属性:填充准备、自动填充(byName/byType)、填充属性
        exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);//初始化
    }
    
    addSingleton(beanName, singletonObject); // 加入单例池

      从上面讲述的单例bean初始化步骤,我们可以知道,循环依赖主要发生在第一、第二步。也就是构造器循环依赖和field循环依赖

      那么我们要解决循环引用也应该从初始化过程着手,对于单例来说,在Spring容器整个生命周期内,有且只有一个对象,所以很容易想到这个对象应该存在Cache中Spring为了解决单例的循环依赖问题,使用了三级缓存

      首先我们看源码,三级缓存主要指:

    /** Cache of singleton objects: bean name --> bean instance */
    private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<String, Object>(256);
    
    /** Cache of singleton factories: bean name --> ObjectFactory */
    private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<String, ObjectFactory<?>>(16);
    
    /** Cache of early singleton objects: bean name --> bean instance */
    private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<String, Object>(16);

      这三级缓存分别指:

      (1)singletonFactories : 单例对象工厂的cache(映射创建Bean的原始工厂)

      (2)earlySingletonObjects :提前暴光的单例对象的Cache(映射Bean的早期引用,也就是说在这个Map里的Bean不是完整的,甚至还不能称之为“Bean”,只是一个Instance)

      (3)singletonObjects:单例对象的cache(它是我们最熟悉的朋友,俗称“单例池”“容器”,缓存创建完成单例Bean的地方

      我们在创建bean的时候,首先想到的是从cache中获取这个单例的bean,这个缓存就是singletonObjects。主要调用方法就就是:

    protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
        Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
        if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
            synchronized (this.singletonObjects) {
                singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
                if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
                    ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                    if (singletonFactory != null) {
                        singletonObject = singletonFactory.getObject();
                        this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                        this.singletonFactories.remove(beanName);
                    }
                }
            }
        }
        return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
    }

      上面的代码需要解释两个参数:

    (1)isSingletonCurrentlyInCreation():判断当前单例bean是否正在创建中,也就是没有初始化完成,

      比如A的构造器依赖了B对象,所以得先去创建B对象, 或者在A的populateBean过程中依赖了B对象,得先去创建B对象,这时的A就是处于创建中的状态。

    (2)allowEarlyReference:是否允许从singletonFactories中通过getObject拿到对象

      分析 getSingleton() 的整个过程,Spring首先从一级缓存singletonObjects中获取。如果获取不到,并且对象正在创建中,就再从二级缓存earlySingletonObjects中获取。如果还是获取不到且允许singletonFactories通过getObject()获取,就从三级缓存singletonFactory.getObject()(三级缓存)获取,如果获取到了则:

    this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
    this.singletonFactories.remove(beanName);

      从singletonFactories中移除,并放入earlySingletonObjects中。其实也就是从三级缓存移动到了二级缓存。

      从上面三级缓存的分析,我们可以知道,Spring解决循环依赖的诀窍就在于singletonFactories这个三级cache。这个cache的类型是ObjectFactory,定义如下:

    public interface ObjectFactory<T> {
        T getObject() throws BeansException;
    }

      这个接口在下面被引用

    protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
        Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
        synchronized (this.singletonObjects) {
            if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
                this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
                this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
                this.registeredSingletons.add(beanName);
            }
        }
    }

      这里就是解决循环依赖的关键,这段代码发生在createBeanInstance之后,也就是说单例对象此时已经被创建出来(调用了构造器)。

      这个对象已经被生产出来了,虽然还不完美(还没有进行初始化的第二步和第三步),但是已经能被人认出来了(根据对象引用能定位到堆中的对象),所以Spring此时将这个对象提前曝光出来让大家认识,让大家使用。

      这样做有什么好处呢?

      让我们来分析一下“A的某个field或者setter依赖了B的实例对象,同时B的某个field或者setter依赖了A的实例对象”这种循环依赖的情况。

      A首先完成了初始化的第一步,并且将自己提前曝光到singletonFactories中,此时进行初始化的第二步,发现自己依赖对象B,此时就尝试去get(B),发现B还没有被create,所以走create流程,B在初始化第一步的时候发现自己依赖了对象A,于是尝试get(A),尝试一级缓存singletonObjects(肯定没有,因为A还没初始化完全),尝试二级缓存earlySingletonObjects(也没有),尝试三级缓存singletonFactories,由于A通过ObjectFactory将自己提前曝光了,所以B能够通过ObjectFactory.getObject拿到A对象(虽然A还没有初始化完全,但是总比没有好呀),B拿到A对象后顺利完成了初始化阶段1、2、3,完全初始化之后将自己放入到一级缓存singletonObjects中。此时返回A中,A此时能拿到B的对象顺利完成自己的初始化阶段2、3,最终A也完成了初始化,进去了一级缓存singletonObjects中,而且更加幸运的是,由于B拿到了A的对象引用,所以B现在hold住的A对象完成了初始化。

      就是这样:Spring通过三级缓存加上“提前曝光”机制,配合Java的对象引用原理,比较完美地解决了 field属性的循环依赖问题

      知道了这个原理时候,肯定就知道为啥Spring不能解决“A的构造方法中依赖了B的实例对象,同时B的构造方法中依赖了A的实例对象”这类问题了!因为加入singletonFactories三级缓存的前提是执行了构造器,所以构造器的循环依赖没法解决。

      还有这2篇博客可以看看:

      https://juejin.cn/post/6844904122160775176

      https://www.modb.pro/db/68432

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