Spring源码剖析-Spring如何处理循环依赖
前言
你是不是被这个骚气的标题吸引进来的，_ 喜欢我的文章的话就给个好评吧，你的肯定是我坚持写作最大的动力，来吧兄弟们，给我一点动力
Spring如何处理循环依赖？这是最近较为频繁被问到的一个面试题，在前面Bean实例化流程中，对属性注入一文多多少少对循环依赖有过介绍，这篇文章详细讲一下Spring中的循环依赖的处理方案。
什么是循环依赖
依赖指的是Bean与Bean之间的依赖关系，循环依赖指的是两个或者多个Bean相互依赖，如：
构造器循环依赖
代码示例：
public class BeanA {
private BeanB beanB;
public BeanA(BeanB beanB){
this.beanB = beanB;
}
}
public class BeanB {
private BeanA beanA;
public BeanB(BeanA beanA){
this.beanA = beanA;
}
}
配置文件
<bean id="beanA" class="cn.itsource._01_di.BeanA" >
<constructor-arg type="cn.itsource._01_di.BeanB" ref="beanB" />
bean>
<bean id="beanB" class="cn.itsource._01_di.BeanB" >
<constructor-arg type="cn.itsource._01_di.BeanA" ref="beanA" />
bean>
Setter循环依赖
代码示例
public class BeanA {
private BeanB beanB;
public void setBeanB(BeanB beanB){
this.beanB = beanB;
}
}
@Data
public class BeanB {
private BeanA beanA;
public void setBeanA(BeanA beanA){
this.beanA = beanA;
}
}
配置文件
<bean id="beanA" class="cn.itsource._01_di.BeanA" >
<property name="beanB" ref="beanB" />
bean>
<bean id="beanB" class="cn.itsource._01_di.BeanB">
<property name="beanA" ref="beanA" />
bean>
循环依赖包括: 构造器注入循环依赖 set ， 注入循环依赖 和 prototype模式Bean的循环依赖。Spring只解决了单利Bean的 setter 注入循环依赖，对于构造器循环依赖，和 prototype模式的循环依赖是无法解决的，在创建Bean的时候就会抛出异常 ：“BeanCurrentlyInCreationException” ,
循环依赖控制开关在 AbstractRefreshableApplicationContext 容器工厂类中有定义：
public abstract class AbstractRefreshableApplicationContext extends AbstractApplicationContext {
@Nullable
private Boolean allowBeanDefinitionOverriding;
//是否允许循环依赖
@Nullable
private Boolean allowCircularReferences;
//设置循环依赖
public void setAllowCircularReferences(boolean allowCircularReferences) {
this.allowCircularReferences = allowCircularReferences;
}
默认情况下是允许Bean之间的循环依赖的，在依赖注入时Spring会尝试处理循环依赖。如果将该属性配置为“false”则关闭循环依赖，当在Bean依赖注入的时遇到循环依赖时抛出异常。可以通过如下方式关闭,但是一般都不这么做
ClassPathXmlApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("bean.xml");
//禁用循环依赖
applicationContext.setAllowCircularReferences(false);
//刷新容器
applicationContext.refresh();
...
构造器循环依赖处理
构造器是不允许循环依赖的，动动你的小脑瓜想一想，比如：A 依赖 B ，B依赖C，C依赖A，在实例化A的时候，构造器需要注入B，然后Spirng会实例化B，此时的A属于“正在创建”的状态。当实例化B的时候，发现构造器需要注入C，然后去实例化C，然而实例化C的时候又需要注入A的实例，这样就造成了一个死循环，永远无法先实例化出某一个Bean,所以Spring遇到这里构造器循环依赖会直接抛出异常。
那么Spring到底是如何做的呢？
-
首先Spring会走Bean的实例化流程尝试创建 A 的实例 ，在创建实例之间先从 “正在创建Bean池” (一个缓存Map而已)中去查找A 是否正在创建，如果没找到，则将 A 放入 “正在创建Bean池”中，然后准备实例化构造器参数 B。
-
Spring会走Bean的实例化流程尝试创建 B 的实例 ，在创建实例之间先从 “正在创建Bean池” (一个缓存Map而已)中去查找B 是否正在创建，如果没找到，则将 B 放入 “正在创建Bean池”中，然后准备实例化构造器参数 A。
-
Spring会走Bean的实例化流程尝试创建 A 的实例 ，在创建实例之间先从 “正在创建Bean池” (一个缓存Map而已)中去查找A 是否正在创建。
-
此时：Spring发现 A 正处于“正在创建Bean池”，表示出现构造器循环依赖，抛出异常：“BeanCurrentlyInCreationException”
DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton
下面我们以 BeanA 构造参数依赖BeanB, BeanB 构造参数依赖BeanA 为例来分析。
当Spring的IOC容器启动，尝试对单利的BeanA进行初始化，根据之前的分析我们知道，单利Bean的创建入口是 AbstractBeanFactory#doGetBean 在该方法中会先从单利Bean缓存中获取，如果没有代码会走到：DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton(jString beanName, ObjectFactory singletonFactory) 方法中 ,在该方法中会先对把创建的Bean加入 一个名字为 singletonsCurrentlyInCreation 的 ConcurrentHashMap中，意思是该Bean正在创建中，然后调用 ObjectFactory.getObject() 实例化Bean ， 假设 BeanA 进入了该方法进行实例化：
//正在创建中的Bean
private final Set<String> singletonsCurrentlyInCreation =
Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(16));
public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
...省略...
//把该Bean的名字加入 singletonsCurrentlyInCreation 正在创建池 中
beforeSingletonCreation(beanName);
boolean newSingleton = false;
boolean recordSuppressedExceptions = (this.suppressedExceptions == null);
if (recordSuppressedExceptions) {
this.suppressedExceptions = new LinkedHashSet<>();
}
try {
//调用ObjectFactory创建Bean的实例
singletonObject = singletonFactory.getObject();
newSingleton = true;
}
...省略...
//如果singletonsCurrentlyInCreation中没该Ｂｅａｎ，就把该Bean存储到singletonsCurrentlyInCreation中，
//如果 singletonsCurrentlyInCreation 中有 该Bean，就报错循环依赖异常BeanCurrentlyInCreationException
//也就意味着同一个beanName进入该方法2次就会抛异常
protected void beforeSingletonCreation(String beanName) {
if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName)) {
throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
}
}
beforeSingletonCreation 方法非常关键 ，它会把beanName加入 singletonsCurrentlyInCreation，一个代表“正在创建中的Bean”的ConcurrentHashMap中。
- 如果singletonsCurrentlyInCreation中没该beanName，就把该Bean存储到singletonsCurrentlyInCreation中，
- 如果 singletonsCurrentlyInCreation 中有 该Bean，就报错循环依赖异常BeanCurrentlyInCreationException
【注意】也就意味着同一个beanName进入该方法2次就会抛异常 , 现在BeanA已经加入了singletonsCurrentlyInCreation
AbstractAutowireCapableBeanFactory#autowireConstructor
我们前面分析过 ObjectFactory.getObject实例化Bean的详细流程，这里我只是大概在复盘一下就行了。因为我们的BeanA的构造器注入了一个BeanB,所以 代码最终会走到AbstractAutowireCapableBeanFactory#autowireConstructor ，通过构造器来实例化BeanA(在属性注入那一章有讲到 ) 。
在autowireConstructor 方法中会通过 ConstructorResolver#resolveConstructorArguments 来解析构造参数，调用 BeanDefinitionValueResolver 去把 ref="beanB" 这种字符串的引用变成一个实实在在的Bean，即BeanB,所以在 BeanDefinitionValueResolver 属性值解析器中又会去实例化BeanB,同样会走到 DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton 中把BeanB加入 singletonsCurrentlyInCreation “正在创建Bean池”中，然后调用ObjectFactory.getObject实例化BeanB。
低于BeanB而已同样需要通过构造器创建，BeanB构造器参数依赖了BeanA，也就意味着又会调用 BeanDefinitionValueResolver 去把 ref=“beanA” 这种字符串引用变成容器中的BeanA的Bean实例，然后代码又会走到 DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton。然后再一次的尝试把BeanA加入singletonsCurrentlyInCreation “正在创建Bean池”。
此时问题就来了，在最开始创建BeanA的时候它已经加入过一次“正在创建Bean” 池，这会儿实例化BeanB的时候，由于构造器参数依赖了BeanA，导致BeanA又想进入“正在创建Bean” 池 ，此时 Spring抛出循环依赖异常：
Error creating bean with name ‘beanA’: Requested bean is currently in creation: Is there an unresolvable circular reference?
到这，Spring处理构造器循环依赖的源码分析完毕。
setter循环依赖处理
setter循环依赖是可以允许的。Spring是通过提前暴露未实例化完成的Bean的 ObjectFactory 来实现循环依赖的，这样做的目的是其他的Bean可以通过 ObjectFactory 引用到该Bean。
实现流程如下：
- Spring创建BeanA,通过无参构造实例化，并暴露一个ObjectFactory，用来获取创建中的BeanA,然后把BeanA添加到“正在创建Bean池”中，然后通过setter注入BeanB
- Spring创建BeanB,通过无参构造实例化，并暴露一个ObjectFactory，用来获取创建中的BeanB,然后把BeanB添加到“正在创建Bean池”中，然后通过setter注入BeanA
- 在BeanB通过setter注入BeanA时，由于BeanA 提前暴露了ObjectFactory ，通过它返回一个提前暴露一个创建中的BeanA。
- 然后完成BeanB的依赖注入
这里补张图，要注意的是这个图是三个Bean循环依赖，而上面的案例是两个Bean循环依赖，但是道理都是一样的
AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean
我们以BeanA 通过settter依赖BeanB,BeanB通过setter 依赖BeanA为例来分析一下源码，在之前的Bean实例化流程分析过程中我们了解到，Bean的实例化会走AbstractBeanFactory#doGetBean，然后查找单利缓存中是否有该Bean ，如果没有就调用 DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton，方法会把BeanA加入 singletonsCurrentlyInCreation “创建中的Bean池”，然后调用ObjectFactory.getObject创建Bean.
org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory#doGetBean 源码：
protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,
@Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
final String beanName = transformedBeanName(name);
Object bean;
// Eagerly check singleton cache for manually registered singletons.
//缓存中获取Bean,解决了循环依赖问题
Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
...缓存中没有走下面...
if (mbd.isSingleton()) {
//走 DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton ，方法会把bean加入“正在创建bean池”
//然后调用ObjectFactory实例化Bean
sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
try {
return createBean(beanName, mbd, args);
}
catch (BeansException ex) {
// Explicitly remove instance from singleton cache: It might have been put there
// eagerly by the creation process, to allow for circular reference resolution.
// Also remove any beans that received a temporary reference to the bean.
destroySingleton(beanName);
throw ex;
}
});
bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
}
第一次进来，缓存中是没有BeanA的，所有会走 getSingleton 方法，然后代码最终会走到AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean 方法中 。
AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean源码：
protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
throws BeanCreationException {
// Instantiate the bean.
BeanWrapper instanceWrapper = null;
if (mbd.isSingleton()) {
instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
}
if (instanceWrapper == null) {
//实例化Bean
instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
}
...省略...
//如果是单利 ，如果是允许循环依赖，如果 beanName 出于创建中，已经被添加到“创建中的bean池”
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");
}
//把ObjectFactory 添加到 singletonFactories 中。
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}
try {
//走依赖注入流程
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
}
//缓存单利Bean的创建工厂，用于解决循环依赖
protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
synchronized (this.singletonObjects) {
//singletonObjects单利缓存中是否包含Bean
if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
//提前暴露ObjectFactory，把ObjectFactory放到singletonFactories中，
//后面解决循环依赖，获取Bean实例的时候会用到
this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
//早期单利bean缓存中移除Bean
this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
//把注册的Bean加入registeredSingletons中
this.registeredSingletons.add(beanName);
}
}
}
该方法中把BeanA实例化好之后，会把ObjectFactory存储到一个 singletonFactories (HashMap)中来提前暴露Bean的创建工厂，用于解决循环依赖【重要】，然后调用 populateBean 走属性注入流程。
属性注入会通过BeanDefinition得到bean的依赖属性，然后调用 AbstractAutowireCapableBeanFactory#applyPropertyValues ，把属性应用到对象上。在applyPropertyValues 方法中最终调用 BeanDefinitionValueResolver#resolveValueIfNecessary 解析属性值，比如：ref=“beanB” 这种字符串引用变成 对象实例的引用。
在BeanDefinitionValueResolver解析依赖的属性值即：BeanB的时候，同样会触发BeanB的实例化，代码会走到AbstractBeanFactory#doGetBean ，然后走方法 DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton 中把BeanB加入 singletonsCurrentlyInCreation “创建中的Bean池”，然后代码会走到AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean 方法中创建BeanB，
该方法中会先实例化BeanB，接着会把BeanB的ObjectFactory存储到 singletonFactories (HashMap)中来提前暴露Bean的创建工厂，用于解决循环依赖，然后调用 populateBean 走属性注入流程。
同样因为BeanB通过Setter 注入了 A，所以在 populateBean 属性注入流程中会解析 ref=“beanA” 为容器中的 BeanA 的实例。
然后会走到 AbstractBeanFactory#doGetBean 中获取BeanA的实例。这个时候流程就不一样了，我们先看一下 AbstractBeanFactory#doGetBean 中的代码
protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,
@Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
final String beanName = transformedBeanName(name);
Object bean;
// Eagerly check singleton cache for manually registered singletons.
//从缓存中获取Bean
Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
...省略...
//如果缓存中没有Bean，就创建Bean
if (mbd.isSingleton()) {
sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
try {
return createBean(beanName, mbd, args);
}
catch (BeansException ex) {
// Explicitly remove instance from singleton cache: It might have been put there
// eagerly by the creation process, to allow for circular reference resolution.
// Also remove any beans that received a temporary reference to the bean.
destroySingleton(beanName);
throw ex;
}
});
bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
}
在获取单利Bean的实例的时候是会先去单利Bean的缓存中去查看Bean是否已经存在，如果不存在，才会走DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton方法创建Bean。
问题是：此刻单利Bean缓存中已经有BeanA了，因为在最开始BeanA已经出于“正在创建Bean池”中了。我们先来看一下是如何从缓存获取Bean的。
DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton(java.lang.String, boolean)源码如下：
//allowEarlyReference ：是否创建早期应用，主要用来解决循环依赖
@Nullable
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
// Quick check for existing instance without full singleton lock
//从Map中 singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256); 获取单利Bean
//【一级缓存】singletonObject缓存中是否有Bean , 它存储的是已经实例化好的Bean
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
//如果singletonObjects中没有Bean，但是Bean出于正在创建池中，即： Set singletonsCurrentlyInCreation中有Bean，
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
//【二级缓存】从早期单例对象的缓存 earlySingletonObjects 中获取
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
//早期单利对象缓存中也没有，但是允许循环依赖
if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
synchronized (this.singletonObjects) {
// Consistent creation of early reference within full singleton lock
singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null) {
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null) {
//【三级缓存】获取ObjectFactory ， 对象创建工厂,得到Bean创建过程中提前暴露的工厂。
ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
if (singletonFactory != null) {
//通过工厂ObjectFactory 获取对象实例
singletonObject = singletonFactory.getObject();
//把对象存储到早期缓存中
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
//把ObjectFactory移除
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
}
}
return singletonObject;
}
这里就是经典的三级缓存解决Spring循环依赖。你看到了，这里会先从 singletonObjects 单利Bean缓存集合中获取Bean(该缓存是实例化完成了的Bean),如果没有，就从earlySingletonObjects早期对象缓存中获取Bean(该缓存中存放的是还未实例化完成的早期Bean),如果还是没有，就从singletonFactories中得到暴露的ObjectFactory来获取依赖的Bean。然后放入早期缓存中。并把ObjectFactory从singletonFactories中移除。最后返回Bean的实例。
由于在实例化BeanA的时候已经把BeanA的ObjectFactory添加到了 singletonFactories 缓存中，那么这里就会走到 singletonFactory.getObject(); 方法得到BeanA的实例，并且会把BeanA存储到 earlySingletonObjects早期单利Bean缓存中。
BeanA的实例成功返回，那么BeanB的 setter注入成功，代表BeanB实例化完成，那么BeanA的setter方法注入成功，BeanA实例化完成。
prototype模式的循环依赖
对于prototype模式下的Bean不允许循环依赖，因为 这种模式下Bean是不做缓存的，所以就没法暴露ObjectFactory，也就没办法实现循环依赖。
总结
不知道你有没有看晕，反正我但是在源码时的过程是比较辛苦的~~~~(>_<)~~~~ ，这里需要你对前面Bean的实例化流程和属性注入流程比较熟悉，否则就会晕菜。
这里总结一下：
- 构造器循环依赖是不允许的，主要通过 singletonsCurrentlyInCreation “正在创建Bean池” 把创建中的Bean缓存起来，如果循环依赖，同一个Bean势必会尝试进入该缓存2次，抛出循环依赖异常。
- setter循环依赖是可以允许的。Spring是通过提前暴露未实例化完成的Bean的 ObjectFactory 来实现循环依赖的，这样做的目的是其他的Bean可以通过 ObjectFactory 引用到该Bean 。 在获取依赖的Bean的时候使用到了三级缓存。
下面的面试题你会答了吗？
- Spirng支持那种模式下的循环依赖(构造器?，setter?, prototype?)
- Spring是如何处理构造器注入循环依赖的？
- Spring是如何处理Setter注入循环依赖的？
喜欢我的文章的话就给个好评吧，你的肯定是我坚持写作最大的动力，来吧兄弟们，给我一点动力