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

时间：2021-06-28 19:13:08 收藏：0 阅读：0

　　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。

技术图片

// 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

　　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。

　　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

　　（2）earlySingletonObjects ：提前暴光的单例对象的Cache

　　（3）singletonObjects：单例对象的cache

　　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。