(Spring学习06)Spring之循环依赖底层源码解析

什么是循环依赖?

很简单,就是A对象依赖了B对象,B对象依赖了A对象。
比如:

// A依赖了B
class A{
 public B b;
}

// B依赖了A
class B{
 public A a;
}

那么循环依赖是个问题吗?

如果不考虑Spring,循环依赖并不是问题,因为对象之间相互依赖是很正常的事情。

比如

A a = new A();
B b = new B();

a.b = b;
b.a = a;

这样,A,B就依赖上了。

但是,在Spring中循环依赖就是一个问题了,为什么?
因为,在Spring中,一个对象并不是简单new出来了,而是会经过一系列的Bean的生命周期,就是因为Bean的生命周期所以才会出现循环依赖问题。当然,在Spring中,出现循环依赖的场景很多,有的场景Spring自动帮我们解决了,而有的场景则需要程序员来解决,下文详细来说。

要明白Spring中的循环依赖,得先明白Spring中Bean的生命周期。

被Spring管理的对象叫做Bean。Bean的生成步骤如下:

  1. Spring扫描class得到BeanDefinition
  2. 根据得到的BeanDefinition去生成bean
  3. 首先根据class推断构造方法
  4. 根据推断出来的构造方法,反射,得到一个对象(暂时叫做原始对象)
  5. 填充原始对象中的属性(依赖注入)
  6. 如果原始对象中的某个方法被AOP了,那么则需要根据原始对象生成一个代理对象
  7. 把最终生成的代理对象放入单例池(源码中叫做singletonObjects)中,下次getBean时就直接从单例池拿即可

可以看到,对于Spring中的Bean的生成过程,步骤还是很多的,并且不仅仅只有上面的7步,还有很多很多,比如Aware回调、初始化等等,这里不详细讨论。

可以发现,在Spring中,构造一个Bean,包括了new这个步骤(第4步构造方法反射)。

得到一个原始对象后,Spring需要给对象中的属性进行依赖注入,那么这个注入过程是怎样的?

比如上文说的A类,A类中存在一个B类的b属性,所以,当A类生成了一个原始对象之后,就会去给b属性去赋值,此时就会根据b属性的类型和属性名去BeanFactory中去获取B类所对应的单例bean。如果此时BeanFactory中存在B对应的Bean,那么直接拿来赋值给b属性;如果此时BeanFactory中不存在B对应的Bean,则需要生成一个B对应的Bean,然后赋值给b属性。

问题就出现在第二种情况,如果此时B类在BeanFactory中还没有生成对应的Bean,那么就需要去生成,就会经过B的Bean的生命周期。

那么在创建B类的Bean的过程中,如果B类中存在一个A类的a属性,那么在创建B的Bean的过程中就需要A类对应的Bean,但是,触发B类Bean的创建的条件是A类Bean在创建过程中的依赖注入,所以这里就出现了循环依赖:

ABean创建–>依赖了B属性–>触发BBean创建—>B依赖了A属性—>需要ABean(但ABean还在创建过程中)

从而导致ABean创建不出来,BBean也创建不出来。

这是循环依赖的场景,但是上文说了,在Spring中,通过某些机制帮开发者解决了部分循环依赖的问题,这个机制就是三级缓存。

三级缓存

三级缓存是通用的叫法。
一级缓存为:singletonObjects
二级缓存为:earlySingletonObjects
三级缓存为:singletonFactories

先稍微解释一下这三个缓存的作用,后面详细分析:

  • singletonObjects中缓存的是已经经历了完整生命周期的bean对象。
  • earlySingletonObjects比singletonObjects多了一个early,表示缓存的是早期的bean对象。早期是什么意思?表示Bean的生命周期还没走完就把这个Bean放入了earlySingletonObjects。
  • singletonFactories中缓存的是ObjectFactory,表示对象工厂,表示用来创建早期bean对象的工厂。

解决循环依赖思路分析

(Spring学习06)Spring之循环依赖底层源码解析_第1张图片
A创建时—>需要B---->B去创建—>需要A,从而产生了循环,那么如何打破这个循环,加个中间人(缓存)
(Spring学习06)Spring之循环依赖底层源码解析_第2张图片
A的Bean在创建过程中,在进行依赖注入之前,先把A的原始Bean放入缓存(提早暴露,只要放到缓存了,其他Bean需要时就可以从缓存中拿了),放入缓存后,再进行依赖注入,此时A的Bean依赖了B的Bean,如果B的Bean不存在,则需要创建B的Bean,而创建B的Bean的过程和A一样,也是先创建一个B的原始对象,然后把B的原始对象提早暴露出来放入缓存中,然后在对B的原始对象进行依赖注入A,此时能从缓存中拿到A的原始对象(虽然是A的原始对象,还不是最终的Bean),B的原始对象依赖注入完了之后,B的生命周期结束,那么A的生命周期也能结束。

因为整个过程中,都只有一个A原始对象,所以对于B而言,就算在属性注入时,注入的是A原始对象,也没有关系,因为A原始对象在后续的生命周期中在堆中没有发生变化。

从上面这个分析过程中可以得出,只需要一个缓存就能解决循环依赖了,那么为什么Spring中还需要singletonFactories呢?

这是难点,基于上面的场景想一个问题:如果A的原始对象注入给B的属性之后,A的原始对象进行了AOP产生了一个代理对象,此时就会出现,对于A而言,它的Bean对象其实应该是AOP之后的代理对象,而B的a属性对应的并不是AOP之后的代理对象,这就产生了冲突。

B依赖的A和最终的A不是同一个对象。

AOP就是通过一个BeanPostProcessor来实现的,这个BeanPostProcessor就是AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator,它的父类是AbstractAutoProxyCreator,而在Spring中AOP利用的要么是JDK动态代理,要么CGLib的动态代理,所以如果给一个类中的某个方法设置了切面,那么这个类最终就需要生成一个代理对象。

一般过程就是:A类—>生成一个普通对象–>属性注入–>基于切面生成一个代理对象–>把代理对象放入singletonObjects单例池中。

而AOP可以说是Spring中除开IOC的另外一大功能,而循环依赖又是属于IOC范畴的,所以这两大功能想要并存,Spring需要特殊处理。

如何处理的,就是利用了第三级缓存singletonFactories。

首先,singletonFactories中存的是某个beanName对应的ObjectFactory,在bean的生命周期中,生成完原始对象之后,就会构造一个ObjectFactory存入singletonFactories中。这个ObjectFactory是一个函数式接口,所以支持Lambda表达式:() -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean)

上面的Lambda表达式就是一个ObjectFactory,执行该Lambda表达式就会去执行getEarlyBeanReference方法,而该方法如下:

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
 Object exposedObject = bean;
 if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
  for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
   if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {
    SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
    exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
   }
  }
 }
 return exposedObject;
}

该方法会去执行SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor中的getEarlyBeanReference方法,而这个接口下的实现类中只有两个类实现了这个方法,一个是AbstractAutoProxyCreator,一个是InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter,它的实现如下:

// InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {
 return bean;
}
// AbstractAutoProxyCreator
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
 Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
 this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
 return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

在整个Spring中,默认就只有AbstractAutoProxyCreator真正意义上实现了getEarlyBeanReference方法,而该类就是用来进行AOP的。上文提到的AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator的父类就是AbstractAutoProxyCreator。

那么getEarlyBeanReference方法到底在干什么?
首先得到一个cachekey,cachekey就是beanName。
然后把beanName和bean(这是原始对象)存入earlyProxyReferences中
调用wrapIfNecessary进行AOP,得到一个代理对象。

那么,什么时候会调用getEarlyBeanReference方法呢?回到循环依赖的场景中
(Spring学习06)Spring之循环依赖底层源码解析_第3张图片
左边文字:
这个ObjectFactory就是上文说的labmda表达式,中间有getEarlyBeanReference方法,注意存入singletonFactories时并不会执行lambda表达式,也就是不会执行getEarlyBeanReference方法

右边文字:
从singletonFactories根据beanName得到一个ObjectFactory,然后执行ObjectFactory,也就是执行getEarlyBeanReference方法,此时会得到一个A原始对象经过AOP之后的代理对象,然后把该代理对象放入earlySingletonObjects中,注意此时并没有把代理对象放入singletonObjects中,那什么时候放入到singletonObjects中呢?

我们这个时候得来理解一下earlySingletonObjects的作用,此时,我们只得到了A原始对象的代理对象,这个对象还不完整,因为A原始对象还没有进行属性填充,所以此时不能直接把A的代理对象放入singletonObjects中,所以只能把代理对象放入earlySingletonObjects,假设现在有其他对象依赖了A,那么则可以从earlySingletonObjects中得到A原始对象的代理对象了,并且是A的同一个代理对象。

当B创建完了之后,A继续进行生命周期,而A在完成属性注入后,会按照它本身的逻辑去进行AOP,而此时我们知道A原始对象已经经历过了AOP,所以对于A本身而言,不会再去进行AOP了,那么怎么判断一个对象是否经历过了AOP呢?会利用上文提到的earlyProxyReferences,在AbstractAutoProxyCreator的postProcessAfterInitialization方法中,会去判断当前beanName是否在earlyProxyReferences,如果在则表示已经提前进行过AOP了,无需再次进行AOP。

对于A而言,进行了AOP的判断后,以及BeanPostProcessor的执行之后,就需要把A对应的对象放入singletonObjects中了,但是我们知道,应该是要把A的代理对象放入singletonObjects中,所以此时需要从earlySingletonObjects中得到代理对象,然后入singletonObjects中。

整个循环依赖解决完毕。

总结

  1. singletonObjects:缓存经过了完整生命周期的bean
  2. earlySingletonObjects:缓存未经过完整生命周期的bean,如果某个bean出现了循环依赖,就会提前把这个暂时未经过完整生命周期的bean放入earlySingletonObjects中,这个bean如果要经过AOP,那么就会把代理对象放入earlySingletonObjects中,否则就是把原始对象放入earlySingletonObjects,但是不管怎么样,该对象也是没有经过完整生命周期的,所以放入earlySingletonObjects我们就可以统一认为是未经过完整生命周期的bean。
  3. singletonFactories:缓存的是一个ObjectFactory,也就是一个Lambda表达式。在每个Bean的生成过程中,经过实例化得到一个原始对象后,都会提前基于原始对象暴露一个Lambda表达式,并保存到三级缓存中,这个Lambda表达式可能用到,也可能用不到,如果当前Bean没有出现循环依赖,那么这个Lambda表达式没用,当前bean按照自己的生命周期正常执行,执行完后直接把当前bean放入singletonObjects中,如果当前bean在依赖注入时发现出现了循环依赖(当前正在创建的bean被其他bean依赖了),则从三级缓存中拿到Lambda表达式,并执行Lambda表达式得到一个对象,并把得到的对象放入二级缓存((如果当前Bean需要AOP,那么执行lambda表达式,得到就是对应的代理对象,如果无需AOP,则直接得到一个原始对象))。
  4. 其实还要一个缓存,就是earlyProxyReferences,它用来记录某个原始对象是否进行过AOP了。

反向分析一下singletonFactories

为什么需要singletonFactories?假设没有singletonFactories,只有earlySingletonObjects,earlySingletonObjects是二级缓存,它内部存储的是为经过完整生命周期的bean对象,Spring原有的流程是出现了循环依赖的情况下:

  1. 先从singletonFactories中拿到lambda表达式,这里肯定是能拿到的,因为每个bean实例化之后,依赖注入之前,就会生成一个lambda表示放入singletonFactories中
  2. 执行lambda表达式,得到结果,将结果放入earlySingletonObjects中

那如果没有singletonFactories,该如何把原始对象或AOP之后的代理对象放入earlySingletonObjects中呢?何时放入呢?
首先,将原始对象或AOP之后的代理对象放入earlySingletonObjects中的有两种:

  1. 实例化之后,依赖注入之前:如果是这样,那么对于每个bean而言,都是在依赖注入之前会去进行AOP,这是不符合bean生命周期步骤的设计的。
  2. 真正发现某个bean出现了循环依赖时:按现在Spring源码的流程来说,就是getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference)中,是在这个方法中判断出来了当前获取的这个bean在创建中,就表示获取的这个bean出现了循环依赖,那在这个方法中该如何拿到原始对象呢?更加重要的是,该如何拿到AOP之后的代理对象呢?难道在这个方法中去循环调用BeanPostProcessor的初始化后的方法吗?不是做不到,不太合适,代码太丑。 最关键的是在这个方法中该如何拿到原始对象呢? 还是得需要一个Map,把这个Bean实例化后的对象存在这个Map中,那这样的话还不如直接用第一种方案,但是第一种又直接打破了Bean生命周期的设计。

所以,我们可以发现,现在Spring所用的singletonFactories,为了调和不同的情况,在singletonFactories中存的是lambda表达式,这样的话,只有在出现了循环依赖的情况,才会执行lambda表达式,才会进行AOP,也就说只有在出现了循环依赖的情况下才会打破Bean生命周期的设计,如果一个Bean没有出现循环依赖,那么它还是遵守了Bean的生命周期的设计的。

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