Spring循环依赖源码解析(深度理解)-创新互联

文章目录
  • 前言
  • 本章目标
  • 一、什么是循环依赖?
    • 1、那么循环依赖是个问题吗?
    • 2、但是在Spring中循环依赖就是一个问题了,为什么?
  • 二、Bean的生命周期
    • 2.1、在Spring中,Bean是如何生成的?
    • 2.2、那么这个注入过程是怎样的?
    • 2.3、Srping的依赖注入如何产生的?
  • 三、什么是AOP
  • 四、Spring三级缓存
  • 五、Spring循环依赖的实现原理、源码解析
    • 5.1、解决循环依赖思路分析
    • 5.2、Spring为什么需要三级缓存(singletonFactories)呢?
    • 5.3、Spring是如何解决循环依赖的
    • 5.4、什么时候会调用getEarlyBeanReference方法呢?
    • 5.5、如果提前进行了AOP,什么时候把AOP的代理对象放到单例池呢?
  • 六、三级缓存总结
    • 6.1、singletonObjects(一级缓存)
    • 6.2、earlySingletonObjects(二级缓存)
    • 6.3、singletonFactories(三级缓存)
    • 6.4、earlyProxyReferences(是否进行了AOP缓存)
  • 七、什么场景下spring循环依赖不行
    • 7.1、循环依赖的2个类都为原型Bean
    • 7.2、构造方法注入
    • 7.3、如何处理构造方法注入解决?
  • 八、spring只用二级循环能否解决循环依赖问题?
    • 8.1、为什么需要singletonFactories?
    • 8.2、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?
  • 九、循环依赖流程图

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前言
本章目标

1、弄清楚什么是循环依赖?Spring的循环依赖是如何产生的?
2、Spring的循环依赖底层实现逻辑
3、Spring的三级缓存,每一级缓存分别干了啥,解决什么问题
4、Spring二级缓存能否搞定循环依赖?
5、Spring循环依赖什么场景搞不定


一、什么是循环依赖?

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;
}
1、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。


2、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。

要明白Spring中的循环依赖,得先明白Spring中Bean的生命周期。


二、Bean的生命周期

这里不会对Bean的生命周期进行详细的描述,只描述一下大概的过程。

PS:如需详细了解,可以点击传送门:Spring Bean生命周期文章来了解Spring Bean生命周期详细流程。


2.1、在Spring中,Bean是如何生成的?

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


2.2、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,

1、当A类生成了一个原始对象之后,就会去给b属性去赋值,

2、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。

3、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;

4、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,


2.3、Srping的依赖注入如何产生的?

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、什么是AOP

在了解为什么spring 循环依赖需要缓存之前,需要对aop有一个大概的了解

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。


四、Spring三级缓存

这里先有个简单印象,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。


五、Spring循环依赖的实现原理、源码解析 5.1、解决循环依赖思路分析

先来分析为什么缓存能解决循环依赖。

上文分析得到,之所以产生循环依赖的问题,主要是:

A创建时—>需要B---->B去创建—>需要A,从而产生了循环
在这里插入图片描述
那么如何打破这个循环,加个中间人(缓存)

在这里插入图片描述

A的Bean在创建过程中,在进行依赖注入之前,

1、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)

2、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,

3、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

4、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?


5.2、Spring为什么需要三级缓存(singletonFactories)呢?

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。

大概是这么个过程

创建A-》填充B-》创建B-》填充A-》从singletonFactories获取A-》B生命周期结束-》A初始化前和初始化-》进行AOP-》A放入单例池

经过上面的步骤后

B依赖的A和最终的A不是同一个对象。


5.3、Spring是如何解决循环依赖的

下面这个方法是在填充属性之前,会进行addSingletonFactory(beanName, () ->getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));

boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
				isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
		if (earlySingletonExposure) {	if (logger.isTraceEnabled()) {		logger.trace("Eagerly caching bean '" + beanName +
						"' to allow for resolving potential circular references");
			}
			addSingletonFactory(beanName, () ->getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
		}

其实就是把当前类A对象缓存到这个三级缓存里,因为这个对象如果实现了AOP,在后续他会从一个原始对象变成一个aop对象,所以采用了函数式接口,getEarlyBeanReference就是处理到底返回原始对象还是AOP的代理对象。

singletonFactories(三级缓存)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的实现

@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {return bean;
}

AbstractAutoProxyCreator的实现

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

该方法主要做了几件事情

1、首先得到一个cachekey,cachekey就是beanName。

2、然后把beanName和bean(这是原始对象)存入earlyProxyReferences中

3、调用wrapIfNecessary进行AOP,得到一个代理对象。

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。

前面提到的AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator的父类就是AbstractAutoProxyCreator。


5.4、什么时候会调用getEarlyBeanReference方法呢?

只有当出现了循环依赖的场景时才会去调用?为什么

如果调用的是C或者其他bean,其他bean并没有和他循环依赖,这个时候getbean的时候 是可以从一级缓存里拿到的,

只有因为此时出现了循环依赖,A对象还没有走完bean生命周期的,所以一级缓存里拿不到。

先想想现在的场景
1、A实例化-》添加三级缓存-》属性填充B

2.1、B去创建对象,实例化
2.2、B添加三级缓存
2.3、属性填充A(此时A的生命周期还没有走完)-》一级缓存-》二级缓存-》三级缓存-》存到二级缓存
2.4、剩下的生命周期流程...

2、AOP(这里还有个问题需要处理,就是前面A已经执行了lamdba表达式,生成了AOP代理对象,这里无需再次执行AOP)
3、A的剩下生命周期流程…


1、支持循环依赖的情况下,就会提前增加三级缓存*()

addSingletonFactory(beanName, () ->getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));

2、在属性填充时,每个填充的对象,都会先调用getBean,而getBean则会先调用getSingleton()方法

Object sharedInstance = getSingleton(beanName);

而在这个方法里面就会看到调用getEarlyBeanReference方法的地方

下面这个方法主要就是判断一级缓存和二级缓存都不存在的情况下,根据beanName获取三级缓存

调用singletonFactory.getObject()方法,他底层就是调用前面的lamdbabia表达式方法,生成原始或者代理对象,放到二级缓存,删除掉三级缓存

解决循环依赖源码的最新核心方法

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {// Quick check for existing instance without full singleton lock
		Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
		if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {	singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
			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) {	ObjectFactorysingletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
							if (singletonFactory != null) {		// 调用getEarlyBeanReference方法的地方
								singletonObject = singletonFactory.getObject();
								// 添加二级缓存
								this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
								// 删除三级缓存
								this.singletonFactories.remove(beanName);
							}
						}
					}
				}
			}
		}
		return singletonObject;
	}

注意这里还有个需要注意的点,在执行这个方法时,会缓存当前bean到earlyProxyReferences里,他主要是用来标记这个bean是否进行过aop

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

初始化后部分源码

可以看到他会先判断earlyProxyReferences是否存在,以此来判断是否进行过了aop

@Override
	public Object postProcessAfterInitialization(@Nullable Object bean, String beanName) {if (bean != null) {	Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
			if (this.earlyProxyReferences.remove(cacheKey) != bean) {		return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
			}
		}
		return bean;
	}

通过上面代码可以看到,如果提前进行过aop,他是直接返回了原始对象,并没有缓存到单例池


5.5、如果提前进行了AOP,什么时候把AOP的代理对象放到单例池呢?

答案是初始化后,回去处理,源码如下

如果进行了循环依赖,肯定会进下面的if

会再次获取下当前bean,然后判断传当前bean和初始化后的bean是否相等,是的话,就证明是同一个原始对象,就把刚从二级缓存取到的代理对象进行赋值,并且最终返回

if (earlySingletonExposure) {	Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
			if (earlySingletonReference != null) {		if (exposedObject == bean) {exposedObject = earlySingletonReference;
				}
				else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {String[] dependentBeans = getDependentBeans(beanName);
					SetactualDependentBeans = new LinkedHashSet<>(dependentBeans.length);
					for (String dependentBean : dependentBeans) {if (!removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly(dependentBean)) {	actualDependentBeans.add(dependentBean);
						}
					}
					if (!actualDependentBeans.isEmpty()) {throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName,
								"Bean with name '" + beanName + "' has been injected into other beans [" +
								StringUtils.collectionToCommaDelimitedString(actualDependentBeans) +
								"] in its raw version as part of a circular reference, but has eventually been " +
								"wrapped. This means that said other beans do not use the final version of the " +
								"bean. This is often the result of over-eager type matching - consider using " +
								"'getBeanNamesForType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.");
					}
				}
			}
		}

六、三级缓存总结 6.1、singletonObjects(一级缓存)

作用:不论是spring源码还是工作中经常用到getBean(),都是从这个缓存单例池拿对象

值从哪里来的?经历了完整的声明周期会存放进来

缓存经过了完整生命周期的bean


6.2、earlySingletonObjects(二级缓存)

作用:他主要是解决在循环依赖过程中,保持对象的单例。

值从哪里来的?三级缓存执行了lambda表达式后,生成的对象会放入二级缓存

原理解析
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,就是是代理对象,代理对象所代理的原始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。


6.3、singletonFactories(三级缓存)

作用:打破循环依赖的关键!

值从哪里来的?实例化后,存放

原理解析
缓存的是一个ObjectFactory,也就是一个Lambda表达式。

1、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,

2、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,

3、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),

3.1、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

3.2、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,

3.3.、如果无需AOP,则直接得到一个原始对象。


6.4、earlyProxyReferences(是否进行了AOP缓存)

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。


七、什么场景下spring循环依赖不行 7.1、循环依赖的2个类都为原型Bean

原因:单例可以是因为有单例池,可以找到单例bean,原型Bean则没办法像单例那样处理

如果只有有一个是单例的,就可以解决,无非就是多循环几圈


7.2、构造方法注入

原因:构造方法写死了依赖其他对象,这时根本无法创建实例


7.3、如何处理构造方法注入解决?

@Lazy注解即可

原因:是因为,他会生成一个代理对象,可以规避掉无法创建实例的问题。


八、spring只用二级循环能否解决循环依赖问题?

先反向分析一下singletonFactories

8.1、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


8.2、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,预先把这个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。


九、循环依赖流程图

在这里插入图片描述

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