框架源码专题：Spring是如何解决循环依赖的？
文章目录
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- 1.什么是循环依赖？
- 2.解决循环依赖思路
- 3. 使用了三级缓存还有什么问题？怎么解决的？
- 4. 手写伪代码解决缓存依赖
- 5. 二级缓存能否解决循环依赖，三级缓存存在的意义
- 6. 多例和构造器为什么无法解决循环依赖
- 7. 如何进行扩展
- 8. spring在创建bean的时候，在哪里创建的动态代理？
- 9. spring是如何检测循环依赖的
1.什么是循环依赖？
所所谓的循环依赖是指，A 依赖 B，B 又依赖 A，它们之间形成了循环依赖。或者是 A 依赖 B，B 依赖 C，C 又依 赖 A。它们之间的依赖关系如下：
循环依赖代码如下：
public class InstanceA {
@Autowired
private InstanceB instanceB; // InstanceA中依赖InstanceB
}
public class InstanceB {
@Autowired
private InstanceA instanceA; // InstanceB中依赖InstanceA
}
无论先创建InstanceA还是InstanceB时，都会发生循环依赖！
2.解决循环依赖思路
为了更加理解循环依赖的解决思路，尝试通过手写伪代码代码来实现Bean的初始化过程，在这之前先分析一下一、二、三级缓存 存在的意义，以及解决了什么问题吧！
只使用一级缓存时：
先看一下流程图：中间的闭环就是循环依赖
为了解决循环依赖导致的闭环问题，我们可以在闭环中增加一个出口，具体做法是：修改把bean放入一级缓存的时机，以前是属性赋值、初始化完成后才放进去，现修改为实例化完成后就先加入缓存中。并在获取某个对象时先去一级缓存中找一下，找到了直接返回，这样可以解决单线程的缓存依赖！如图所示
但是这里又会带来一个新的问题，就是在多线程模式下，如果别的线程从一级缓存中获取到的是实例化后的类，这样明显是不可行的，因为这个类并不完整，是纯净的Bean，属性并没有真正被赋值！为了解决这个问题，二级缓存应运而生，初衷是分离完整bean和不完整的bean。
为什么要使用二级缓存？
二级缓存作用是：暴露早期对象，为了将成熟bean 和 纯净bean 分离。
还有一点关于bean的Aop动态代理的问题，我们都知道Bean的aop动态代理创建是在初始化之后，但是循环依赖的Bean如果使用了AOP。 那无法等到解决完循环依赖再创建动态代理， 因为这个时候已经注入属性。 所以如果循环依赖的Bean使用了aop. 需要提前创建aop。 此时使用二级缓存存储调动态代理的BeanPostProcessor也可以解决Aop的问题，
if(二级缓存有说明是循环依赖？){
二级缓存 = 调用创建动态代理BeanPostProcessor返回代理bean（判断是否使用aop，没有依然返回原实例）；
}
所以说二级缓存确实完全可以解决循环依赖的任何情况：包括扩展能力（因为也可以在这里调用BeanPostProcessor, 当然AOP也是基于BeanPostProcessor,虽然也当然可以解决），那要三级缓存干啥？
为什么要是用三级缓存？
其实三级缓存的说法众说纷纭，我们只能这样解释： Spring的方法职责都比较单例，一个方法通常只做一件事， getBean就是获取bean 但是调用创建动态代理BeanPostProcessor 是属于create的过程中的， 如果在这里明显代码比较耦合，阅读性也不太好。 所以为了解耦、方法职责单一、方便后期维护， 将调用创建动态代BeanPostProcessor 放在createBean中是最合适不过了， 但是我们判断当前是否循环依赖还是要写在getSingleton里面啊，这怎么办：
三级缓存 存一个函数接口，函数接口实现 创建动态代理调用BeanPostProcessor 。为了避免重复创建， 调用把返回的动态代理对象或者原实例存储在二级缓存，三个缓存完美解决解耦、扩展、性能、代码阅读性。
3. 使用了三级缓存还有什么问题？怎么解决的？
使用了三级缓存，多线程模式下还是可能读取到不完整的bean，像这种线程安全问题，正常开发中基本遇不到，但是spring允许有这种操作，那spring怎么来解决的呢？答案肯定是加锁来解决。 spring中加了两把锁解决了线程安全问题！ ，来看下Spring源码怎么解决的！
第一把锁
@Nullable
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
// 第一步:我们尝试去一级缓存获取
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
// 一级缓存没有，如标记为正在创建的话，就去二级缓存中找
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
//这里加锁，阻塞其他线程，等待属性赋值完成
synchronized (this.singletonObjects) {
//尝试去二级缓存中获取对象
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
// 二级缓存中也没有获取到对象
if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
//直接从三级缓存中获取 ObjectFactory对象 这个对接就是用来解决循环依赖的关键所在
ObjectFactory singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
//从三级缓存中获取到对象不为空
if (singletonFactory != null) {
singletonObject = singletonFactory.getObject();
//把早期对象放置在二级缓存,
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
//ObjectFactory 包装对象从三级缓存中删除掉
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
return singletonObject;
}
将要从二级缓存获取对象时加锁，此时阻塞其他线程，直到当前线程把对象属性赋值完成，并放入一级缓存中后，在允许其他线程执行！
第二把锁：
sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
try {
//进入创建bean的逻辑
return createBean(beanName, mbd, args);
}
进入getSingleton创建中即可看到
public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory singletonFactory) {
Assert.notNull(beanName, "Bean name must not be null");
//加锁
synchronized (this.singletonObjects) {
//其他线程从一级缓存获取一下成熟的bean
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
。。。。。 //省略代码
这把锁锁的就是当前线程创建bean的过程，包括属性赋值、实例化、放入一级缓存都在锁范围内！保证了操作原子性。当前线程释放锁后，其他线程直接可以从一级缓存获取到成熟的bean！使用了两把锁就解决了线程安全问题！
4. 手写伪代码解决缓存依赖
InstanceA 和 InstanceB 循环依赖
public class InstanceA {
@Autowired
private InstanceB instanceB; // InstanceA中依赖InstanceB
}
public class InstanceB {
@Autowired
private InstanceA instanceA; // InstanceB中依赖InstanceA
}
模拟Aop代理类
public class JdkProxyBeanPostProcessor implements SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor {
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {
// 假设:A 被切点命中 需要创建代理 @PointCut("execution(* *..InstanceA.*(..))")
if(bean instanceof InstanceA) {
JdkDynimcProxy jdkDynimcProxy = new JdkDynimcProxy(bean);
return jdkDynimcProxy.getProxy();
}
return bean;
}
}
模拟spring解决循环依赖过程
public class MainStart_my {
// beanDefinition集合
private static Map beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>();
// 一级缓存 存的是完整的bean 单例池
public static Map singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>();
//二级缓存 暴露早期对象，为了将成熟Bean 和 纯净bean 分离，避免多线程时读取不到完整的bean
public static Map earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap<>();
// 三级缓存
public static Map singletonFactories = new ConcurrentHashMap<>();
// 循环依赖标识
public static Set singletonsCurrennlyInCreation = new HashSet<>();
public static void main(String[] args) throws Exception {
//先加载 InstanceA、B 的 bean定义
RootBeanDefinition aBeanDefinition = new RootBeanDefinition(InstanceA.class);
RootBeanDefinition bBeanDefinition = new RootBeanDefinition(InstanceB.class);
beanDefinitionMap.put("instanceA", aBeanDefinition);
beanDefinitionMap.put("instanceB", bBeanDefinition);
//根据bean定义创建Bean
for (String key : beanDefinitionMap.keySet()) {
getBean(key);
}
}
public static Object getBean(String beanName) throws IllegalAccessException, InstantiationException {
//递归终止条件：如果一级缓存中有，直接拿走
Object singleton = getSingleton(beanName);
if (!ObjectUtils.isEmpty(singleton)) {
return singleton;
}
Object instanceBean = null;
//第二把锁：锁住当前bean的创建过程
synchronized (singletonObjects) {
// 加入正在创建集合
if (!singletonsCurrennlyInCreation.contains(beanName)) {
singletonsCurrennlyInCreation.add(beanName);
}
//1. 根据beanName 实例化bean
//必须强转成RootBeanDefinition，否则没有获取Class的方法
RootBeanDefinition beanDefinition = (RootBeanDefinition) beanDefinitionMap.get(beanName);
Class beanClass = beanDefinition.getBeanClass();
instanceBean = beanClass.newInstance();
// 只在循环依赖的情况下在实例化后创建proxy 判断当前是不是循环依赖
Object finalInstanceBean = instanceBean;
singletonFactories.put(beanName, () -> new JdkProxyBeanPostProcessor().getEarlyBeanReference(finalInstanceBean, beanName));
//2. 属性赋值
Field[] declaredFields = beanClass.getDeclaredFields();
for (Field declaredField : declaredFields) {
Autowired annotation = declaredField.getAnnotation(Autowired.class);
if (annotation != null) {
declaredField.setAccessible(true);
String name = declaredField.getName();
Object bean = getBean(name); //A中需要注入B，递归调用，获取B的实例注入A的属性中
declaredField.set(instanceBean, bean);
}
}
// 3.初始化 init-mthod,省略....
// 由于递归完后A 还是原实例，， 所以要从二级缓存中拿到proxy 。
if (earlySingletonObjects.containsKey(beanName)) {
instanceBean = earlySingletonObjects.get(beanName);
}
// 添加到一级缓存 A
singletonObjects.put(beanName, instanceBean);
// remove 二级缓存和三级缓存 省略....
}
return instanceBean;
}
private static Object getSingleton(String beanName) {
// 先从一级缓存中拿
Object bean = singletonObjects.get(beanName);
// 说明是循环依赖
if (bean == null && singletonsCurrennlyInCreation.contains(beanName)) {
//将要从二级缓存获取对象时加锁，此时阻塞其他线程
synchronized (singletonObjects) {
bean = earlySingletonObjects.get(beanName);
// 如果二级缓存没有就从三级缓存中拿
if (bean == null) {
// 从三级缓存中拿
ObjectFactory factory = singletonFactories.get(beanName);
if (factory != null) {
bean = factory.getObject(); // 拿到动态代理
earlySingletonObjects.put(beanName, bean);
}
}
}
}
return bean;
}
}
5. 二级缓存能否解决循环依赖，三级缓存存在的意义
首先说明一下一二三级缓存的意义：
三级缓存分别是：
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singletonObject：一级缓存，该缓存key = beanName, value = bean;这里的bean是已经创建完成的，该bean经历过实例化->属性填充->初始化以及各类的后置处理。因此，一旦需要获取bean时，我们第一时间就会寻找一级缓存
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earlySingletonObjects：二级缓存，该缓存key = beanName, value = bean;这里跟一级缓存的区别在于，该缓存所获取到的bean是提前曝光出来的，是还没创建完成的。也就是说获取到的bean只能确保已经进行了实例化，但是属性填充跟初始化肯定还没有做完，因此该bean还没创建完成，仅仅能作为指针提前曝光，被其他bean所引用
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singletonFactories：三级缓存，不是用来存bean的实例，而是用来存函数接口、钩子函数的！该缓存key = beanName, value =beanFactory;在bean实例化完之后，属性填充以及初始化之前，如果允许提前曝光，spring会将实例化后的bean提前曝光，也就是把该bean转换成beanFactory并加入到三级缓存。在需要引用提前曝光对象时再通过singletonFactory.getObject()获取。
这里抛出问题，如果我们直接将提前曝光的对象放到二级缓存earlySingletonObjects，Spring循环依赖时直接取就可以解决循环依赖了，为什么还要三级缓存singletonFactory然后再通过getObject()来获取呢？这不是多此一举？
我们回到添加三级缓存，添加SingletonFactory的地方，看看getObject()到底做了什么操作
this.addSingletonFactory(beanName, () -> {
return this.getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
});
可以看到在返回getObject()时，多做了一步getEarlyBeanReference操作，这步操作是BeanPostProcess的一种，也就是给子类重写的一个后处理器，目的是用于被提前引用时进行拓展。即：曝光的时候并不调用该后置处理器，只有曝光，且被提前引用的时候才调用，确保了被提前引用这个时机触发。
6. 多例和构造器为什么无法解决循环依赖
为什么多例Bean不能解决循环依赖？
只有单例的bean会通过三级缓存提前暴露来解决循环依赖的问题，而非单例的bean，每次从容器中获取都是一个新的对象，都会重新创建，所以多例的bean是没有缓存的，不会将其放到三级缓存中。
为什么Spring不能解决构造器的循环依赖？
循环依赖的解决是实例化后通过三级缓存来解决的，但构造器是在实例化时调用的，此时bean还没有实例化完成。如果此时出现了循环依赖，一二三级缓存并没有Bean实例的任何相关信息，因此当getBean的时候缓存并没有命中，这样就抛出了循环依赖的异常了。总结：spring的三级缓存解决的是实例化之后属性赋值的循环依赖，构造器被调用是在实例化之前，所以无法解决构造器的循环依赖！
7. 如何进行扩展
在使用三级缓存解决缓存依赖的时候，把我们的早期对象包装成一个singletonFactory对象，该对象提供了一个getObject方法,该方法内部调用getEarlyBeanReference方法
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
getEarlyBeanReference方法
protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
Object exposedObject = bean;
//判读我们容器中是否有InstantiationAwareBeanPostProcessors类型的后置处理器
if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
//获取我们所有的后置处理器
for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
//判断我们的后置处理器是不是实现了SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor接口
if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {
//进行强制转换
SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
//挨个调用SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的getEarlyBeanReference
exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
}
}
}
//上面都不成立，返回原始bean
return exposedObject;
}
这个方法很重要 ，我们可以通过SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的后置处理器来修改我们早期对象的属性,但是spring内部的SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor.getEarlyBeanReference没有做任何的处理，正符合spring开放式接口规范， 留给我们扩展
扩展案例
@Component
public class TulingBPP implements SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor {
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {
if(beanName.equals("instanceA") || beanName.equals("instanceB")) {
JdkDynimcProxy jdkDynimcProxy = new JdkDynimcProxy(bean);
return jdkDynimcProxy.getProxy();
}
return bean;
}
}
8. spring在创建bean的时候，在哪里创建的动态代理？
①：如果没有循环依赖的话，在bean初始化完成后创建动态代理
②：如果有循环依赖，在bean实例化之后创建！
9. spring是如何检测循环依赖的
利用循环依赖标识
/** 该集合缓存了当前正在创建bean的名称 */
private final Set singletonsCurrentlyInCreation =
Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(16));
在创建一个bean时，会把这个bean放入循环依赖标识的集合中，在获取bean的时候，先从一级缓存中拿，如果一级缓存中没有，且循环依赖标识的集合中有，就说明这个类是发生了循环依赖
/**
* 若在第一级缓存中没有获取到对象,并且singletonsCurrentlyInCreation这个list包含该beanName
* IOC容器初始化加载单实例bean的时候第一次进来的时候 该集合中一般返回空,但是循环依赖的时候可以满足该条件
*/
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
.....
}