Spring 如何解决循环依赖问题？

2023-03-03 00:00:00 缓存 对象 依赖 二级缓存 代理
以下文章来源于楼仔 ，作者楼仔

大家好，我是楼仔！

Spring 如何解决循环依赖，网上的资料很多，但是感觉写得好的极少，特别是源码解读方面，我就自己单独出一篇，这篇文章肝！

不 BB，上文章目录。

1. 基础知识

1.1 什么是循环依赖 ？

一个或多个对象之间存在直接或间接的依赖关系，这种依赖关系构成一个环形调用，有下面 3 种方式。

我们看一个简单的 Demo，对标“情况 2”。

@Service
public class Louzai1 {

    @Autowired
    private Louzai2 louzai2;

    public void test1() {
    }
}

@Service
public class Louzai2 {
    @Autowired
    private Louzai1 louzai1;

    public void test2() {
    }
}

这是一个经典的循环依赖，它能正常运行，后面我们会通过源码的角度，解读整体的执行流程。

1.2 三级缓存

解读源码流程之前，spring 内部的三级缓存逻辑必须了解，要不然后面看代码会蒙圈。

  • 级缓存：singletonObjects，用于保存实例化、注入、初始化完成的 bean 实例；
  • 第二级缓存：earlySingletonObjects，用于保存实例化完成的 bean 实例；
  • 第三级缓存：singletonFactories，用于保存 bean 创建工厂，以便后面有机会创建代理对象。

这是核心，我们直接上源码：

执行逻辑：

  • 先从“级缓存”找对象，有就返回，没有就找“二级缓存”；
  • 找“二级缓存”，有就返回，没有就找“三级缓存”；
  • 找“三级缓存”，找到了，就获取对象，放到“二级缓存”，从“三级缓存”移除。

1.3 原理执行流程

我把“情况 2”执行的流程分解为下面 3 步，是不是和“套娃”很像 ？

整个执行逻辑如下：

  1. 在层中，先去获取 A 的 Bean，发现没有就准备去创建一个，然后将 A 的代理工厂放入“三级缓存”（这个 A 其实是一个半成品，还没有对里面的属性进行注入），但是 A 依赖 B 的创建，就必须先去创建 B；
  2. 在第二层中，准备创建 B，发现 B 又依赖 A，需要先去创建 A；
  3. 在第三层中，去创建 A，因为层已经创建了 A 的代理工厂，直接从“三级缓存”中拿到 A 的代理工厂，获取 A 的代理对象，放入“二级缓存”，并清除“三级缓存”；
  4. 回到第二层，现在有了 A 的代理对象，对 A 的依赖完美解决（这里的 A 仍然是个半成品），B 初始化成功；
  5. 回到层，现在 B 初始化成功，完成 A 对象的属性注入，然后再填充 A 的其它属性，以及 A 的其它步骤（包括 AOP），完成对 A 完整的初始化功能（这里的 A 才是完整的 Bean）。
  6. 将 A 放入“一级缓存”。

为什么要用 3 级缓存 ？我们先看源码执行流程，后面我会给出答案。

2. 源码解读

注意：Spring 的版本是 5.2.15.RELEASE，否则和我的代码不一样！！！

上面的知识，网上其实都有，下面才是我们的重头戏，让你跟着楼仔，走一遍代码流程。

2.1 代码入口

这里需要多跑几次，把前面的 beanName 跳过去，只看 louzai1。

2.2 层

进入 doGetBean()，从 getSingleton() 没有找到对象，进入创建 Bean 的逻辑。

进入 doCreateBean() 后，调用 addSingletonFactory()。

往三级缓存 singletonFactories 塞入 louzai1 的工厂对象。

进入到 populateBean()，执行 postProcessProperties()，这里是一个策略模式，找到下图的策略对象。

正式进入该策略对应的方法。

下面都是为了获取 louzai1 的成员对象，然后进行注入。

进入 doResolveDependency()，找到 louzai1 依赖的对象名 louzai2

需要获取 louzai2 的 bean，是 AbstractBeanFactory 的方法。

正式获取 louzai2 的 bean。

到这里，层套娃基本结束，因为 louzai1 依赖 louzai2，下面我们进入第二层套娃。

2.3 第二层

获取 louzai2 的 bean，从 doGetBean()，到 doResolveDependency()，和层的逻辑完全一样，找到 louzai2 依赖的对象名 louzai1。

前面的流程全部省略，直接到 doResolveDependency()。

正式获取 louzai1 的 bean。

到这里，第二层套娃结束，因为 louzai2 依赖 louzai1，所以我们进入第三层套娃。

2.4 第三层

获取 louzai1 的 bean，在层和第二层中，我们每次都会从 getSingleton() 获取对象，但是由于之前没有初始化 louzai1 和 louzai2 的三级缓存，所以获取对象为空。

敲重点！敲重点！！敲重点！！！

到了第三层，由于第三级缓存有 louzai1 数据，这里使用三级缓存中的工厂，为 louzai1 创建一个代理对象，塞入二级缓存。

这里就拿到了 louzai1 的代理对象，解决了 louzai2 的依赖关系，返回到第二层。

2.5 返回第二层

返回第二层后，louzai2 初始化结束，这里就结束了么？二级缓存的数据，啥时候会给到一级呢？

甭着急，看这里，还记得在 doGetBean() 中，我们会通过 createBean() 创建一个 louzai2 的 bean，当 louzai2 的 bean 创建成功后，我们会执行 getSingleton()，它会对 louzai2 的结果进行处理。

我们进入 getSingleton()，会看到下面这个方法。

这里就是处理 louzai2 的 一、二级缓存的逻辑，将二级缓存清除，放入一级缓存。

2.6 返回层

同 2.5，louzai1 初始化完毕后，会把 louzai1 的二级缓存清除，将对象放入一级缓存。

到这里，所有的流程结束，我们返回 louzai1 对象。

3. 原理深度解读

3.1 什么要有 3 级缓存 ？

这是一道非常经典的面试题，前面已经告诉大家详细的执行流程，包括源码解读，但是没有告诉大家为什么要用 3 级缓存？

这里是重点！敲黑板！！！

我们先说“一级缓存”的作用，变量命名为 singletonObjects，结构是 Map<String, Object>，它就是一个单例池，将初始化好的对象放到里面，给其它线程使用，如果没有级缓存，程序不能保证 Spring 的单例属性。

“二级缓存”先放放，我们直接看“三级缓存”的作用，变量命名为 singletonFactories，结构是 Map<String, ObjectFactory<?>>，Map 的 Value 是一个对象的代理工厂，所以“三级缓存”的作用，其实就是用来存放对象的代理工厂。

那这个对象的代理工厂有什么作用呢，我先给出答案，它的主要作用是存放半成品的单例 Bean，目的是为了“打破循环”，可能大家还是不太懂，这里我再稍微解释一下。

我们回到文章开头的例子，创建 A 对象时，会把实例化的 A 对象存入“三级缓存”，这个 A 其实是个半成品，因为没有完成 A 的依赖属性 B 的注入，所以后面当初始化 B 时，B 又要去找 A，这时就需要从“三级缓存”中拿到这个半成品的 A（这里描述，其实也不完全准确，因为不是直接拿，为了让大家好理解，我就先这样描述），打破循环。

那我再问一个问题，为什么“三级缓存”不直接存半成品的 A，而是要存一个代理工厂呢 ？答案是因为 AOP。

在解释这个问题前，我们看一下这个代理工厂的源码，让大家有一个更清晰的认识。

直接找到创建 A 对象时，把实例化的 A 对象存入“三级缓存”的代码，直接用前面的两幅截图。

下面我们主要看这个对象工厂是如何得到的，进入 getEarlyBeanReference() 方法。

后一幅图太重要了，我们知道这个对象工厂的作用：

  • 如果 A 有 AOP，就创建一个代理对象；
  • 如果 A 没有 AOP，就返回原对象。

那“二级缓存”的作用就清楚了，就是用来存放对象工厂生成的对象，这个对象可能是原对象，也可能是个代理对象。

我再问一个问题，为什么要这样设计呢？把二级缓存干掉不行么 ？我们继续往下看。

3.2 能干掉第 2 级缓存么 ？

@Service
public class A {

    @Autowired
    private B b;

    @Autowired
    private C c;

    public void test1() {
    }
}

@Service
public class B {
    @Autowired
    private A a;

    public void test2() {
    }
}

@Service
public class C {

    @Autowired
    private A a;

    public void test3() {
    }
}

根据上面的套娃逻辑，A 需要找 B 和 C，但是 B 需要找 A，C 也需要找 A。

假如 A 需要进行 AOP，因为代理对象每次都是生成不同的对象，如果干掉第二级缓存，只有、三级缓存：

  • B 找到 A 时，直接通过三级缓存的工厂的代理对象，生成对象 A1。
  • C 找到 A 时，直接通过三级缓存的工厂的代理对象，生成对象 A2。

看到问题没？你通过 A 的工厂的代理对象，生成了两个不同的对象 A1 和 A2，所以为了避免这种问题的出现，我们搞个二级缓存，把 A1 存下来，下次再获取时，直接从二级缓存获取，无需再生成新的代理对象。

所以“二级缓存”的目的是为了避免因为 AOP 创建多个对象，其中存储的是半成品的 AOP 的单例 bean。

如果没有 AOP 的话，我们其实只要 1、3 级缓存，就可以满足要求。

4. 写在后

我们再回顾一下 3 级缓存的作用：

  • 一级缓存：为“Spring 的单例属性”而生，就是个单例池，用来存放已经初始化完成的单例 Bean；
  • 二级缓存：为“解决 AOP”而生，存放的是半成品的 AOP 的单例 Bean；
  • 三级缓存：为“打破循环”而生，存放的是生成半成品单例 Bean 的工厂方法。

如果你能理解上面我说的三条，恭喜你，你对 Spring 的循环依赖理解得非常透彻！

关于循环依赖的知识，其实还有，因为篇幅原因，我就不再写了，这篇文章的重点，一方面是告诉大家循环依赖的核心原理，另一方面是让大家自己去 debug 代码，跑跑流程，挺有意思的。

这里也简单说一下我看源码的心得：

  1. 需要掌握基本的设计模式；
  2. 看源码前，好能找一些理论知识先看看；
  3. 学会读英文注释，不会的话就百度翻译；
  4. debug 时，要克制自己，不要陷入无用的细节，这个重要。

其中难的是第 4 步，因为很多同学看 Spring 源码，每看一个方法，就想多研究研究，这样很容易被绕进去了，这个要学会克制，有大局观，并能分辨哪里是核心逻辑，至于如何分辨，可以在网上先找些资料，如果没有的话，就只能多看代码了。

今天的源码解析就到这，Spring 相关的源码，还有哪些是大家想学习的呢，可以给楼仔留言。



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