手记

Spring源码分析之循环依赖及解决方案

雕爷
2020-11-16 17:19:53浏览 2033

Spring源码分析之循环依赖及解决方案

正文：

首先，我们需要明白什么是循环依赖？简单来说就是A对象创建过程中需要依赖B对象，而B对象创建过程中同样也需要A对象，所以A创建时需要先去把B创建出来，但B创建时又要先把A创建出来…死循环有木有…

那么在Spring中，有多少种循环依赖的情况呢？大部分人只知道两个普通的Bean之间的循环依赖，而Spring中其实存在三种对象（普通Bean，工厂Bean，代理对象），他们之间都会存在循环依赖，这里我给列举出来，大致分别以下几种：

  • 普通Bean与普通Bean之间
  • 普通Bean与代理对象之间
  • 代理对象与代理对象之间
  • 普通Bean与工厂Bean之间
  • 工厂Bean与工厂Bean之间
  • 工厂Bean与代理对象之间

那么，在Spring中是如何解决这个问题的呢？

1. 普通Bean与普通Bean

首先，我们先设想一下，如果让我们自己来编码，我们会如何解决这个问题？

栗子

现在我们有两个互相依赖的对象A和B

public class NormalBeanA {

	private NormalBeanB normalBeanB;

	public void setNormalBeanB(NormalBeanB normalBeanB) {
		this.normalBeanB = normalBeanB;
	}
}

public class NormalBeanB {

	private NormalBeanA normalBeanA;

	public void setNormalBeanA(NormalBeanA normalBeanA) {
		this.normalBeanA = normalBeanA;
	}
}

然后我们想要让他们彼此都含有对象

public class Main {

	public static void main(String[] args) {
		// 先创建A对象
		NormalBeanA normalBeanA = new NormalBeanA();
		// 创建B对象
		NormalBeanB normalBeanB = new NormalBeanB();
		// 将A对象的引用赋给B
		normalBeanB.setNormalBeanA(normalBeanA);
		// 再将B赋给A
		normalBeanA.setNormalBeanB(normalBeanB);
	}
}

发现了吗？我们并没有先创建一个完整的A对象，而是先创建了一个空壳对象（Spring中称为早期对象），将这个早期对象A先赋给了B，使得得到了一个完整的B对象，再将这个完整的B对象赋给A，从而解决了这个循环依赖问题，so easy!

那么Spring中是不是也这样做的呢？我们就来看看吧～

Spring中的解决方案

> 由于上一篇已经分析过Bean的创建过程了，其中的某些部分就不再细讲了

先来到创建Bean的方法

> AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean

假设此时在创建A

protected Object doCreateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args){
  // beanName -> A
  // 实例化A
  BeanWrapper instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
  // 是否允许暴露早期对象
  boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                                    isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
  if (earlySingletonExposure) {
    // 将获取早期对象的回调方法放到三级缓存中
    addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
  }
}

addSingletonFactory

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
		synchronized (this.singletonObjects) {
			// 单例缓存池中没有该Bean
			if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
				// 将回调函数放入三级缓存
				this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
				this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
				this.registeredSingletons.add(beanName);
			}
		}
	}

> ObjectFactory是一个函数式接口

在这里，我们发现在创建Bean时，Spring不管三七二十一，直接将一个获取早期对象的回调方法放进了一个三级缓存中，我们再来看一下回调方法的逻辑

getEarlyBeanReference

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
  Object exposedObject = bean;
  // 调用BeanPostProcessor对早期对象进行处理，在Spring的内置处理器中，并无相关的处理逻辑
  // 如果开启了AOP，将引入一个AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator,此时将可能对Bean进行动态代理
  if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
    for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
      if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {
        SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
        exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
      }
    }
  }
  return exposedObject;
}

> 在这里，如果没有开启AOP，或者该对象不需要动态代理，会直接返回原对象

此时，已经将A的早期对象缓存起来了，接下来在填充属性时会发生什么呢？

相信大家也应该想到了，A对象填充属性时必然发现依赖了B对象，此时就将转头创建B，在创建B时同样会经历以上步骤，此时就该B对象填充属性了，这时，又将要转头创建A，那么，现在会有什么不一样的地方呢？我们看看getBean的逻辑吧

doGetBean

protected  T doGetBean(
			String name, @Nullable Class requiredType, @Nullable Object[] args, boolean typeCheckOnly){
  // 此时beanName为A
  String beanName = transformedBeanName(name);
  // 尝试从三级缓存中获取bean,这里很关键
  Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
}

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
  // 从单例缓存池中获取，此时仍然是取不到的
  Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
  // 获取不到，判断bean是否正在创建，没错，此时A确实正在创建
  if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
    // 由于现在仍然是在同一个线程，基于同步锁的可重入性，此时不会阻塞
    synchronized (this.singletonObjects) {
      // 从早期对象缓存池中获取，这里是没有的
      singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
      if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
        // 从三级缓存中获取回调函数，此时就获取到了我们在创建A时放入的回调函数
        ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
        if (singletonFactory != null) {
          // 调用回调方法获取早期bean，由于我们现在讨论的是普通对象，所以返回原对象
          singletonObject = singletonFactory.getObject();
          // 将早期对象放到二级缓存，移除三级缓存
          this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
          this.singletonFactories.remove(beanName);
        }
      }
    }
  }
  // 返回早期对象A
  return singletonObject;
}

震惊！此时我们就拿到了A的早期对象进行返回，所以B得以被填充属性，B创建完毕后，又将返回到A填充属性的过程，A也得以被填充属性，A也创建完毕，这时，A和B都创建好了，循环依赖问题得以收场～

> 普通Bean和普通Bean之间的问题就到这里了，不知道小伙伴们有没有晕呢～

2. 普通Bean和代理对象

普通Bean和代理对象之间的循环依赖与两个普通Bean的循环依赖其实大致相同，只不过是多了一次动态代理的过程，我们假设A对象是需要代理的对象，B对象仍然是一个普通对象，然后，我们开始创建A对象。

刚开始创建A的过程与上面的例子是一模一样的，紧接着自然是需要创建B，然后B依赖了A，于是又倒回去创建A，此时，再次走到去缓存池获取的过程。

// 从三级缓存中获取回调函数
ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
if (singletonFactory != null) {
  // 调用回调方法获取早期bean，此时返回的是一个A的代理对象
  singletonObject = singletonFactory.getObject();
  // 将早期对象放到二级缓存，移除三级缓存
  this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
  this.singletonFactories.remove(beanName);
}

这时就不太一样了，在singletonFactory.getObject()时，由于此时A是需要代理的对象，在调用回调函数时，就会触发动态代理的过程

AbstractAutoProxyCreator#getEarlyBeanReference

public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
  // 生成一个缓存Key
  Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
  // 放入缓存中，用于在初始化后调用该后置处理器时判断是否进行动态代理过
  this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
  // 将对象进行动态代理
  return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

此时，B在创建时填充的属性就是A的代理对象了，B创建完毕，返回到A的创建过程，但此时的A仍然是一个普通对象，可B引用的A已经是个代理对象了，不知道小伙伴看到这里有没有迷惑呢？

不急，让我们继续往下走，填充完属性自然是需要初始化的，在初始化后，会调用一次后置处理器，我们看看会不会有答案吧

初始化

protected Object initializeBean(String beanName, Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd) {
	//...省略前面的步骤...
  // 调用初始化方法
  invokeInitMethods(beanName, wrappedBean, mbd);
  // 处理初始化后的bean
  wrappedBean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(wrappedBean, beanName);
}

在处理初始化后的bean，又会调用动态代理的后置处理器了

public Object postProcessAfterInitialization(@Nullable Object bean, String beanName) {
  if (bean != null) {
    Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
    // 判断缓存中是否有该对象，有则说明该对象已被动态代理，跳过
    if (this.earlyProxyReferences.remove(cacheKey) != bean) {
      return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
    }
  }
  return bean;
}

不知道小伙伴发现没有，earlyProxyReferences这个缓存可不就是我们在填充B的属性，进而从缓存中获取A时放进去的吗？不信您往上翻到getEarlyBeanReference的步骤看看～

所以，此时并未进行任何处理，依旧返回了我们的原对象A，看来这里并没有我们要的答案，那就继续吧～

// 是否允许暴露早期对象
if (earlySingletonExposure) {
  // 从缓存池中获取早期对象
  Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
  if (earlySingletonReference != null) {
    // bean为初始化前的对象，exposedObject为初始化后的对象
    // 判断两对象是否相等，基于上面的分析，这两者是相等的
    if (exposedObject == bean) {
      // 将早期对象赋给exposedObject
      exposedObject = earlySingletonReference;
    }
  }
}

我们来分析一下上面的逻辑，getSingleton从缓存池中获取早期对象返回的是什么呢？

synchronized (this.singletonObjects) {
  // 从早期对象缓存池中获取，此时就拿到了我们填充B属性时放入的A的代理对象
  singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
  if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
    // 从三级缓存中获取回调函数
    ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
    if (singletonFactory != null) {
      // 调用回调方法获取早期bean
      singletonObject = singletonFactory.getObject();
      // 将早期对象放到二级缓存，移除三级缓存
      this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
      this.singletonFactories.remove(beanName);
    }
  }
}

发现了吗？此时我们就获取到了A的代理对象，然后我们又把这个对象赋给了exposedObject，此时创建对象的流程走完，我们得到的A不就是个代理对象了吗～

> 此次栗子是先创建需要代理的对象A，假设我们先创建普通对象B会发生什么呢？

3. 代理对象与代理对象

代理对象与代理对象的循环依赖是怎么样的呢？解决过程又是如何呢？这里就留给小伙伴自己思考了，其实和普通Bean与代理对象是一模一样的，小伙伴想想是不是呢，这里我就不做分析了。

4. 普通Bean与工厂Bean

这里所说的普通Bean与工厂Bean并非指bean与FactoryBean，这将毫无意义，而是指普通Bean与FactoryBean的getObject方法产生了循环依赖，因为FactoryBean最终产生的对象是由getObject方法所产出。我们先来看看栗子吧～

假设工厂对象A依赖普通对象B，普通对象B依赖普通对象A。

小伙伴看到这里就可能问了，诶～你这不对呀，怎么成了「普通对象B依赖普通对象A」呢？不应该是工厂对象A吗？是这样的，在Spring中，由于普通对象A是由工厂对象A产生，所有在普通对象B想要获取普通对象A时，其实最终寻找调用的是工厂对象A的getObject方法，所以只要普通对象B依赖普通对象A就可以了，Spring会自动帮我们把普通对象B和工厂对象A联系在一起。

> 小伙伴，哦～

普通对象A

public class NormalBeanA {

	private NormalBeanB normalBeanB;

	public void setNormalBeanB(NormalBeanB normalBeanB) {
		this.normalBeanB = normalBeanB;
	}
}

工厂对象A

@Component
public class FactoryBeanA implements FactoryBean {
	@Autowired
	private ApplicationContext context;

	@Override
	public NormalBeanA getObject() throws Exception {
		NormalBeanA normalBeanA = new NormalBeanA();
		NormalBeanB normalBeanB = context.getBean("normalBeanB", NormalBeanB.class);
		normalBeanA.setNormalBeanB(normalBeanB);
		return normalBeanA;
	}

	@Override
	public Class<?> getObjectType() {
		return NormalBeanA.class;
	}
}

普通对象B

@Component
public class NormalBeanB {
	@Autowired
	private NormalBeanA normalBeanA;
}

假设我们先创建对象A

由于FactoryBean和Bean的创建过程是一样的，只是多了步getObject，所以我们直接定位到调用getObject入口

if (mbd.isSingleton()) {
  // 开始创建bean
  sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
    // 创建bean
    return createBean(beanName, mbd, args);
  });
  // 处理FactoryBean
  bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
}

protected Object getObjectForBeanInstance(
			Object beanInstance, String name, String beanName, @Nullable RootBeanDefinition mbd) {
	// 先尝试从缓存中获取，保证多次从工厂bean获取的bean是同一个bean
  object = getCachedObjectForFactoryBean(beanName);
  if (object == null) {
    // 从FactoryBean获取对象
    object = getObjectFromFactoryBean(factory, beanName, !synthetic);
  }
}

protected Object getObjectFromFactoryBean(FactoryBean<?> factory, String beanName, boolean shouldPostProcess) {
	// 加锁，防止多线程时重复创建bean
  synchronized (getSingletonMutex()) {
    // 这里是Double Check
    Object object = this.factoryBeanObjectCache.get(beanName);
    if (object == null) {
      // 获取bean，调用factoryBean的getObject()
      object = doGetObjectFromFactoryBean(factory, beanName);
    }
    // 又从缓存中取了一次，why? 我们慢慢分析
    Object alreadyThere = this.factoryBeanObjectCache.get(beanName);
    if (alreadyThere != null) {
      object = alreadyThere;
    }else{
      // ...省略初始化bean的逻辑...
      // 将获取到的bean放入缓存
      this.factoryBeanObjectCache.put(beanName, object);
    }
  }
}

private Object doGetObjectFromFactoryBean(FactoryBean<?> factory, String beanName){
  return factory.getObject();
}

现在，就走到了我们自定义的getObject方法，由于我们调用了context.getBean("normalBeanB", NormalBeanB.class)，此时，将会去创建B对象，在创建过程中，先将B的早期对象放入三级缓存，紧接着填充属性，发现依赖了A对象，又要倒回来创建A对象，从而又回到上面的逻辑，再次调用我们自定义的getObject方法，这个时候会发生什么呢？

又要去创建B对象…(Spring:心好累)

但是！此时我们在创建B时，是直接通过getBean在缓存中获取到了B的早期对象，得以返回了！于是我们自定义的getObject调用成功，返回了一个完整的A对象！

但是此时FactoryBean的缓冲中还是什么都没有的。

// 又从缓存中取了一次
Object alreadyThere = this.factoryBeanObjectCache.get(beanName);
if (alreadyThere != null) {
  object = alreadyThere;
}

这一次取alreadyThere必然是null，流程继续执行，将此时将获取到的bean放入缓存

this.factoryBeanObjectCache.put(beanName, object);

从FactoryBean获取对象的流程结束，返回到创建B的过程中，B对象此时的属性也得以填充，再返回到第一次创建A的过程，也就是我们第一次调用自定义的getObject方法，调用完毕，返回到这里

// 获取bean，调用factoryBean的getObject()
object = doGetObjectFromFactoryBean(factory, beanName);
Object alreadyThere = this.factoryBeanObjectCache.get(beanName);
if (alreadyThere != null) {
  object = alreadyThere;

那么，此时this.factoryBeanObjectCache.get(beanName)能从缓冲中拿到对象了吗？有没有发现，拿到了刚刚B对象填充属性时再次创建A对象放进去的！

所以，明白这里为什么要再次从缓存中获取了吧？就是为了解决由于循环依赖时调用了两次自定义的getObject方法，从而创建了两个不相同的A对象，保证我们返回出去的A对象唯一！

> 怕小伙伴晕了，画个图给大家

5. 工厂Bean与工厂Bean之间

我们已经举例4种循环依赖的栗子，Spring都有所解决，那么有没有Spring也无法解决的循环依赖问题呢？

有的！就是这个FactoryBean与FactoryBean的循环依赖！

假设工厂对象A依赖工厂对象B，工厂对象B依赖工厂对象A，那么，这次的栗子会是什么样呢？

普通对象

public class NormalBeanA {

	private NormalBeanB normalBeanB;

	public void setNormalBeanB(NormalBeanB normalBeanB) {
		this.normalBeanB = normalBeanB;
	}
}

public class NormalBeanB {

	private NormalBeanA normalBeanA;

	public void setNormalBeanA(NormalBeanA normalBeanA) {
		this.normalBeanA = normalBeanA;
	}
}

工厂对象

@Component
public class FactoryBeanA implements FactoryBean {
	@Autowired
	private ApplicationContext context;

	@Override
	public NormalBeanA getObject() throws Exception {
		NormalBeanA normalBeanA = new NormalBeanA();
		NormalBeanB normalBeanB = context.getBean("factoryBeanB", NormalBeanB.class);
		normalBeanA.setNormalBeanB(normalBeanB);
		return normalBeanA;
	}

	@Override
	public Class<?> getObjectType() {
		return NormalBeanA.class;
	}
}

@Component
public class FactoryBeanB implements FactoryBean {
	@Autowired
	private ApplicationContext context;
	@Override
	public NormalBeanB getObject() throws Exception {
		NormalBeanB normalBeanB = new NormalBeanB();
		NormalBeanA normalBeanA = context.getBean("factoryBeanA", NormalBeanA.class);
		normalBeanB.setNormalBeanA(normalBeanA);
		return normalBeanB;
	}

	@Override
	public Class<?> getObjectType() {
		return NormalBeanB.class;
	}
}

首先，我们开始创建对象A，此时为调用工厂对象A的getObject方法，转而去获取对象B，便会走到工厂对象B的getObject方法，然后又去获取对象A，又将调用工厂对象A的getObject，再次去获取对象B，于是再次走到工厂对象B的getObject方法…此时，已经历了一轮循环，却没有跳出循环的迹象，妥妥的死循环了。

我们画个图吧～

没错！这个图就是这么简单，由于始终无法创建出一个对象，不管是早期对象或者完整对象，使得两个工厂对象反复的去获取对方，导致陷入了死循环。

那么，我们是否有办法解决这个问题呢？

我的答案是无法解决，如果有想法的小伙伴也可以自己想一想哦～

我们发现，在发生循环依赖时，只要循环链中的某一个点可以先创建出一个早期对象，那么在下一次循环时，就会使得我们能够获取到早期对象从而跳出循环！

而由于工厂对象与工厂对象间是无法创建出这个早期对象的，无法满足跳出循环的条件，导致变成了死循环。

> 那么此时Spring中会抛出一个什么样的异常呢？
>
> 当然是栈溢出异常啦！两个工厂对象一直相互调用，不断开辟栈帧，可不就是栈溢出有木有～

6. 工厂对象与代理对象

上面的情况是无法解决循环依赖的，那么这个情况可以解决吗？

答案是可以的！

我们分析了，一个循环链是否能够得到终止，关键在于是否能够在某个点创建出一个早期对象（临时对象），而代理对象在doCreateBean时，是会生成一个早期对象放入三级缓存的，于是该循环链得以终结。

具体过程我这里就不再细分析了，就交由小伙伴自己动手吧～

总结

以上我们一共举例了6种情况，通过分析，总结出这样一条定律：

在发生循环依赖时，判断一个循环链是否能够得到终止，关键在于是否能够在某个点创建出一个早期对象（临时对象），那么在下一次循环时，我们就能通过该早期对象进而跳出（打破）循环！

通过这样的定律，我们得出工厂Bean与工厂Bean之间是无法解决循环依赖的，那么还有其他情况无法解决循环依赖吗？

有的！以上的例子举的都是单例的对象，并且都是通过set方法形成的循环依赖。

假使我们是由于构造方法形成的循环依赖呢？是否有解决办法吗？

没有，因为这并不满足我们得出的定律

> 无法执行完毕构造方法，自然无法创建出一个早期对象。

假使我们的对象是多例的呢？

也不能，因为多例的对象在每次创建时都是创建新的对象，即使能够创建出早期对象，也不能为下一次循环所用！

> 好了，本文就到这里结束了，希望小伙伴们有所收获～
>
> Spring IOC的核心部分到此篇就结束了，下一篇就让我们进行AOP之旅吧～

下文预告：Spring源码分析之AOP从解析到调用

Spring 源码系列
  1. Spring源码分析之 IOC 容器预启动流程(已完结)
  2. Spring源码分析之BeanFactory体系结构(已完结)
  3. Spring源码分析之BeanFactoryPostProcessor调用过程(已完结)
  4. Spring源码分析之Bean的创建过程(已完结)
  5. Spring源码分析之什么是循环依赖及解决方案
  6. Spring源码分析之AOP从解析到调用
  7. Spring源码分析之事务管理(上)，事物管理是spring作为容器的一个特点，总结一下他的基本实现与原理吧
  8. Spring源码分析之事务管理(下) ，关于他的底层事物隔离与事物传播原理，重点分析一下
Spring Mvc 源码系列
  1. SpringMvc体系结构
  2. SpringMvc源码分析之Handler解析过程
  3. SpringMvc源码分析之请求链过程
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