Spring源码-循环依赖，Java架构师必学

Posted 2021-02-20 程序员的人生A

Spring 在哪些情况下会出现循环依赖错误？哪些情况下能自身解决循环依赖，又是如何解决的？本文将介绍笔者通过本地调试 Spring 源码来观察循环依赖的过程。

1. 注解属性注入

首先本地准备好一份 Spring 源码，笔者是从 Github 上 Clone 下来的一份，然后用 IDEA 导入，再创建一个 module 用于存放调试的代码。

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本次调试有三个类，A、B 通过注解 @Autowired 标注在属性上构成循环依赖，Main 为主函数类。

@Component("A")
public class A {
	@Autowired
	B b;
}
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@Component("B")
public class B {
	@Autowired
	A a;
}
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public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		ApplicationContext context =
				new ClassPathXmlApplicationContext("spring-config.xml");
		A a = (A) context.getBean("A");
		B b = (B) context.getBean("B");
	}
}
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可以先试着运行下，并不会报错，说明这种情况下的循环依赖能由 Spring 解决。

我们要观察如何解决循环依赖，首先需要知道 @Autowired 标注的属性是如何注入的，如 B 是怎么注入到 A 中的。

由于 A、B 的 scope 是 single，且默认 non-lazy，所以在 ClassPathXmlApplicationContext 初始化时会预先加载 A、B，并完成实例化、属性赋值、初始化等步骤。ClassPathXmlApplicationContext 的构造方法如下：

 

 

其中 refresh 是容器的启动方法，点进去，然后找到我们需要的那一步，即实例化 A、B 的步骤：

 

 

finishBeanFactoryInitialization 会先完成工厂的实例化，然后在最后一步实例化 A、B：

 

 

preInstantiateSingletons 将依次对 non-lazy singleton 依次实例化，其中就有 A、B：

 

 

A、B 不是工厂类，则直接通过 getBean 触发初始化。首先会触发 A 的初始化。

getBean => doGetBean ，再通过 getSingleton 获取 Bean。注意在 doGetBean 中有两个 getSingleton 方法会先后执行，本文用 getSingleton-C 和 getSingleton-F 来区分。第一个是尝试从缓存中获取，这时缓存中没有 A，无法获得，则执行第二个，通过工厂获得。

public Object getSingleton(String beanName)
复制代码

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory)
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这里会执行 getSingleton-F 来获取单例 Bean：

 

 

这里为 getSingleton-F 传入了个 Lambda 表达式给 ObjectFactory 接口类型的 singletonFatory。

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory)
复制代码

public interface ObjectFactory<T> {
	T getObject() throws BeansException;
}
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所以将会创建一个 ObjectFactory 的匿名类对象 singletonFactory，而其 getObject 方法的实现将调用 createBean。

 

 

getObject => createBean => doCreateBean，创建 A 的 Bean，关于 doCreateBean ，在 《如何记忆 Spring 的生命周期》 中有进行介绍。主要有 4 个步骤：（1）实例化，（2）属性赋值，（3）初始化，（4）注册回调函数。下面看下 B 是在哪一步注入到 A 中。

首先看下是不是实例化。

 

 

在实例化完成后，bean 中的 b 仍为 null，说明不是实例化。那再看下一步，属性赋值。

 

 

在 populateBean 执行后，bean 中的 b 不再是 null 了，而已经是 B 的对象了，而且 b 的 a 属性也不是 null，是此时正在创建的 bean，说明已经成功完成了依赖注入。所以 "@Autowired 标注的属性是如何注入的" 和 "Spring 如何解决循环依赖" 两个问题的答案都在 populateBean 这一步中。那再重新进入 populateBean 看下。

 

 

其中会依次调用 BeanPostProcessor 的 postProcessProperties 方法。在 getBeanPostProcessors 返回的 List 中有 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor ，将负责 @Autowired 的注入。

AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 的 postProcessProperties 方法如下所示：

 

 

先找到被 @Autowired 标注的 b 属性，再通过 inject 注入。

 

 

进入 inject 方法，由于 A 依赖 B，这里将通过 beanFactory.resolveDependency 获得 B 的 bean。

 

 

在成功获取 B 的 Bean 后，再通过反射注入。

 

 

现在需要关注的就是 resolveDependency，这里解决 A => B 的依赖，需要去获取 B，将仍然通过 getBean 获取，和之前说 getBean 获取 A 的过程类似，只是这次换成了 B，调用栈如下：

 

 

仍然将通过 doCreateBean 来创建 B 的 bean。

那么问题来了，之前说过 doCreateBean 会进行属性赋值，那么由于 B 又依赖 A，所以需要将 A 注入到 B 中，可是 A 也还正在进行 doGetBean。那么 Spring 是怎么解决的循环依赖，关注 B 的 populateBean 就能知道答案了。

由于 B 依赖于 A，所以需要将 A 注入 B，该过程和前面说的 ”将 B 注入 A“类似，通过 getBean 来获得 A。

 

 

getBean => doGetBean => getSingleton，又是熟悉的步骤，但这次 getSingleton-C 中发生了不一样的事，能够成功获得 A 的缓存。

 

 

首先尝试在 singletoObjects 中获取，失败。接着尝试从 earlySingletonObjects 中获取，失败。最后在 singletonFactories 中获取到 singletonFactory，并通过 getObject 获取到 A 的 bean。

这三者被称作三级缓存，在 getSingleton-C 方法中会依次从这三级缓存中尝试获取单例 Bean。当从第三级缓存获取到 A 后，会将其从第三级缓存中移除，加入到第二级缓存。

/** Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
// 缓存单例Bean
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

/** Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
// 缓存正在创建，还未创建完成的单例Bean
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);

/** Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
// 缓存单例bean的工厂
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);
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我们可以看到 singletonFactories 中存有 A 和 B，它们是什么时候被加到三级缓存中的呢？就是在 doCreateBean 中做 populateBean 的前一步通过 addSingeletonFactory 把 beanName 和 ObjectFactory 的匿名工厂类加入到第三级缓存中。当调用 singletonFactory.getObject 方法时，将调用 getEarlyBeanReference 获取 A 的 Bean。

 

 

getEarlyBeanReference 会返回 A 的引用，虽然 A 还在创建，未完成。

 

 

让我们想下后面会发生的事：

1. B 成功获取到了 A 的引用，完成属性赋值；
2. B 完成 doCreateBean，将返回，A 成功获取到 B 的 Bean，完成属性赋值，最后完成 A 的 Bean 的创建。

最后 A、B 的 Bean 都完成创建。

之所以通过注解属性注入不会存在循环依赖问题，是因为 Spring 记录了正在创建的 Bean，并提前将正在创建的 Bean 的引用交给了需要依赖注入的 Bean，从而完成闭环，让 B 创建成功，不会继续尝试创建 A。

在这个过程中最关键的是 Bean 的引用，而要有 Bean 的引用便必须完成 doCreateBean 中的第一步实例化。

我们这里是将 @Autowired 标注在属性上，而依赖注入发生在第二步属性赋值，这时才能成功获取到引用。

下面我们试下修改 A、B 为构造器注入，让依赖注入发生在第一步实例化中。

2. 构造器注入

@Component("A")
public class A {
	B b;

	@Autowired
	public A(B b) {
		this.b = b;
	}
}
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@Component("B")
public class B {
	A a;

	@Autowired
	public B(A a) {
		this.a = a;
	}
}
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构造器的注入将发生在 doCreateBean 的第一步 createBeanInstance，具体方法如下：

 

 

获取 A 的构造器，执行 autowireConstructor 。然后调用ConstructorResolver 的 createArgument 方法处理构造函数的参数，由于构造器被 @Autowired 标注，将使用 resolveAutowiredArgument 处理注入参数，接着又是熟悉的步骤，调用栈如下：

 

 

处理依赖注入，会通过 getBean 获得 B，在 doCreateBean 中进行 B 实例化。

那我们就再进入 B 实例化的第一步 createBeanInstance 方法，调用栈如下：

 

 

B 的构造方法依赖 A，则尝试通过 doGetBean 获取 A。由于 A 没有在 doCreateBean 中完成实例化，所以 getSingleton-C 中无法获得 A 的缓存，则只能通过 getSingleton-F 方法尝试获得 A。

 

 

但在 getSingleton-F 中的 beforeSingletonCreation 方法将对循环依赖进行检查。

 

 

singletonsCurrentlyInCreation 是一个 set，由于 A 已经 都在 getSingleton-F 中执行过一遍了，已经被添加到了 singletonsCurrentlyInCreation，所以这里第二次通过 getSingleton-F 获取 A 时，add 返回 false，将抛出 BeanCurrentlyInCreationException 异常。

小结
注意：不管你是为了JAVA高薪还是爱好，记住：项目开发经验永远是核心，如果你没有最新JAVA架构实战视频教程及大厂面试宝典，可以去小编的Java架构学习.裙 ：七吧伞吧零而衣零伞 （数字的谐音）转换下可以找到了，里面很多新JAVA架构项目教程，还可以跟老司机交流讨教！ 

对比以上两种方式 “属性注入” 和 “构造器注入”，都是 A => B => A，区别在于 B => A 时，“属性注入” 在 getSingleton-C 中会通过缓存获取到 A 的引用，而 “构造器注入”，则由于不存在 A 引用，也自然无法通过缓存获得，便会尝试再次通过 getSingleton-F 获取，而及时被 beforeSingletonCreation 检查抛出循环依赖异常。

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