前言
思考:
- 什么是循环依赖？
- Spring怎么解决循环依赖
- Spring对于循环依赖无法解决的场景
1、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。如下图：
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：
- 构造器的循环依赖
- field属性的循环依赖。
思考:在编码的过程中,有时候会存在这样的诉求,那这时候,程序应该先创建哪个对象?
2、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或则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)。
那spring一个对象产生需要以下几个步骤
- createBeanInstance：实例化，其实也就是调用对象的构造方法实例化对象
- populateBean：填充属性，这一步主要是多bean的依赖属性进行填充
- initializeBean：调用spring xml中的init 方法。
/**
* 实际创建指定的bean。 此时，预创建处理已经发生，
* 例如 检查{@code postProcessBeforeInstantiation}回调。
* 区分默认bean实例化、使用工厂方法和自动装配构造函数。
*/
protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final Object[] args) {
// Instantiate the bean.
BeanWrapper instanceWrapper = null;
.....
if (instanceWrapper == null) {
instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
}
.....
// Eagerly cache singletons to be able to resolve circular references
// even when triggered by lifecycle interfaces like BeanFactoryAware.
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
if (logger.isDebugEnabled()) {
logger.debug("Eagerly caching bean '" + beanName +
"' to allow for resolving potential circular references");
}
//添加到三级缓存中
addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
@Override
public Object getObject() throws BeansException {
return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
}
});
}
// Initialize the bean instance.
Object exposedObject = bean;
try {
//填充依赖的bean实例。
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
if (exposedObject != null) {
//调用spring xml中的init 方法。
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
}
}
......
return exposedObject;
}
其实我们简单的思考一下就发现,出现循环依赖的问题主要在 （1）和 （2）两个步骤,也就是也就是（1）中构造器循环依赖和（2）中field循环依赖。
注:createBeanInstance(…)该步骤会调用构造方法
/**
*使用适当的实例化策略为指定的bean创建一个新实例：
* 工厂方法，构造函数自动装配或简单实例化。
* @return BeanWrapper for the new instance
*/
protected BeanWrapper createBeanInstance(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object[] args) {
.......
// Need to determine the constructor...(确定构造函数)
Constructor<?>[] ctors = determineConstructorsFromBeanPostProcessors(beanClass, beanName);
if (ctors != null ||
mbd.getResolvedAutowireMode() == RootBeanDefinition.AUTOWIRE_CONSTRUCTOR ||
mbd.hasConstructorArgumentValues() || !ObjectUtils.isEmpty(args)) {
return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, args);
}
// No special handling: simply use no-arg constructor.(使用默认无参构造器,
//编程时候要求尽量保留无参构造器,因为你不知道哪个框架在哪会用到)
return instantiateBean(beanName, mbd);
}
3、如何解决？
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。
/** Cache of singleton objects: bean name --> bean instance */
//单例对象的cache
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<String, Object>(64);
/** Cache of singleton factories: bean name --> ObjectFactory */
//单例对象工厂的cache
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<String, ObjectFactory<?>>(16);
/** Cache of early singleton objects: bean name --> bean instance */
//提前暴光的单例对象的Cache
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<String, Object>(16);
步骤:
-
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. -
如果从
三级缓存中获取到就从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。
/**
* 返回指定名称（原始）单例对象。
* 检查已经实例化的单例，也允许对当前创建的单例对象的早期引用(用于解决循环依赖)
*
* @return the registered singleton object, or {@code null} if none found
*/
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
//Spring首先从一级缓存singletonObjects中获取。
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
//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， 或则在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。)
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
synchronized (this.singletonObjects) {
//尝试从二级缓存earlySingletonObjects中获取。
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
//allowEarlyReference 是否允许从singletonFactories中通过getObject拿到对象
if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
//尝试从三级缓存singletonFactory.getObject()(三级缓存)获取
ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
//如果从三级缓存中获取到
// 则从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。
if (singletonFactory != null) {
singletonObject = singletonFactory.getObject();
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
}
从三级缓存的分析来看,Spring解决循环依赖的诀窍就在于singletonFactories这个滴三级cache。这个cache的类型是ObjectFactory，定义如下：
/**
* 定义一个可以返回对象实例的工厂
* @param <T>
*/
public interface ObjectFactory<T> {
T getObject() throws BeansException;
}
接口在这个方法中被引用,该接口在doCreateBean(…) 方法中 实例化步骤进行了调用
/**
* 添加一个构建指定单例对象的单例工厂
* 紧急注册单例对象，用于解决解决循环依赖问题
* To be called for eager registration of singletons, e.g. to be able to
* resolve circular references.
*/
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doCreateBean(…) 方法中 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。（简单来说,就是spring创造了一个 循环依赖的结束点标识）
4、怎么样的循环依赖无法处理?
（1）因为加入singletonFactories三级缓存的前提是执行了构造器来创建半成品的对象，所以构造器的循环依赖没法解决。因此,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！
（2）spring不支持原型(prototype)bean属性注入循环依赖，不同于构造器注入循环依赖会在创建spring容器context时报错，它会在用户执行代码如context.getBean()时抛出异常。因为对于原型bean，spring容器只有在需要时才会实例化，初始化它。
因为spring容器不缓存prototype类型的bean，使得无法提前暴露出一个创建中的bean。spring容器在获取prototype类型的bean时，如果因为环的存在，检测到当前线程已经正在处理该bean时，就会抛出异常。核心代码
public abstract class AbstractBeanFactory{
/** Names of beans that are currently in creation */
private final ThreadLocal<Object> prototypesCurrentlyInCreation =
new NamedThreadLocal<>("Prototype beans currently in creation");
protected boolean isPrototypeCurrentlyInCreation(String beanName) {
Object curVal = this.prototypesCurrentlyInCreation.get();
// 如果beanName已经存在于正在处理中的prototype类型的bean集中，后面会抛出异常
return (curVal != null &&
(curVal.equals(beanName) || (curVal instanceof Set && ((Set<?>) curVal).contains(beanName))));
}
}
5、总结:
学习一个新的知识或者技能的时候,我们不仅仅要关注它为什么会存在(价值),它的出现帮助我们解决了什么问题,带来了怎样的便利,同时我们也应该思考它的不足,它在哪些情况下（场景）无法使用,那这个时候我们应该怎么办,不要当问题真的出现的时候让自己显得焦虑不安。