死磕 Spring----- IOC 之从单例缓存中获取单例 bean

Posted 2021-07-05 chenssy

原文:https://www.topjava.cn/category/1391374860344758272 『chenssy』

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从这篇博客开始我们开始加载 bean 的第一个步骤，从缓存中获取 bean，代码片段如下：

        Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
        if (sharedInstance != null && args == null) {
            if (logger.isDebugEnabled()) {
                if (isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
                    logger.debug("Returning eagerly cached instance of singleton bean '" + beanName +
                            "' that is not fully initialized yet - a consequence of a circular reference");
                }
                else {
                    logger.debug("Returning cached instance of singleton bean '" + beanName + "'");
                }
            }
            bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);
        }

首先调用 getSingleton() 从缓存中获取 bean，在上篇博客 【死磕 Spring】----- 加载 bean 之 开启 bean 的加载 提到过，Spring 对单例模式的 bean 只会创建一次，后续如果再获取该 bean 则是直接从单例缓存中获取，该过程就体现在 getSingleton() 中。如下：

	public Object getSingleton(String beanName) {
		return getSingleton(beanName, true);
	}

    protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
        // 从单例缓冲中加载 bean
        Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);

        // 缓存中的 bean 为空，且当前 bean 正在创建
        if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
            // 加锁
            synchronized (this.singletonObjects) {
                // 从 earlySingletonObjects 获取
                singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
                // earlySingletonObjects 中没有，且允许提前创建
                if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
                    // 从 singletonFactories 中获取对应的 ObjectFactory
                    ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                    // ObjectFactory 不为空，则创建 bean
                    if (singletonFactory != null) {
                        singletonObject = singletonFactory.getObject();
                        this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                        this.singletonFactories.remove(beanName);
                    }
                }
            }
        }
        return singletonObject;
    }

这段代码非常简单，首先从 singletonObjects 中获取，若为空且当前 bean 正在创建中，则从 earlySingletonObjects 中获取，若为空且允许提前创建则从 singletonFactories 中获取相应的 ObjectFactory ，若不为空，则调用其 getObject() 创建 bean，然后将其加入到 earlySingletonObjects，然后从 singletonFactories 删除。总体逻辑就是根据 beanName 依次检测这三个 Map，若为空，从下一个，否则返回。这三个 Map 存放的都有各自的功能，如下：

• singletonObjects ：存放的是单例 bean，对应关系为 bean name --> bean instance
• earlySingletonObjects：存放的是早期的 bean，对应关系也是 bean name --> bean instance。它与 singletonObjects 区别在于 earlySingletonObjects 中存放的 bean 不一定是完整的，从上面过程中我们可以了解，bean 在创建过程中就已经加入到 earlySingletonObjects 中了，所以当在 bean 的创建过程中就可以通过 getBean() 方法获取。这个 Map 也是解决循环依赖的关键所在。
• singletonFactories：存放的是 ObjectFactory，可以理解为创建单例 bean 的 factory，对应关系是 bean name --> ObjectFactory

在上面代码中还有一个非常重要的检测方法 isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)，该方法用于判断该 beanName 对应的 bean 是否在创建过程中，注意这个过程讲的是整个工厂中。如下：

	public boolean isSingletonCurrentlyInCreation(String beanName) {
		return this.singletonsCurrentlyInCreation.contains(beanName);
	}

从这段代码中我们可以预测，在 bean 创建过程中都会将其加入到 singletonsCurrentlyInCreation 集合中，具体是在什么时候加的，我们后面分析。

到这里从缓存中获取 bean 的过程已经分析完毕了，我们再看开篇的代码段，从缓存中获取 bean 后，若其不为 null 且 args 为空，则会调用 getObjectForBeanInstance() 处理。为什么会有这么一段呢？因为我们从缓存中获取的 bean 是最原始的 bean 并不一定使我们最终想要的 bean，怎么办呢？调用 getObjectForBeanInstance() 进行处理，该方法的定义为获取给定 bean 实例的对象，该对象要么是 bean 实例本身，要么就是 FactoryBean 创建的对象，如下：

   protected Object getObjectForBeanInstance(
            Object beanInstance, String name, String beanName, @Nullable RootBeanDefinition mbd) {

        // 若为工厂类引用（name 以 & 开头）
        if (BeanFactoryUtils.isFactoryDereference(name)) {
            // 如果是 NullBean，则直接返回
            if (beanInstance instanceof NullBean) {
                return beanInstance;
            }
            // 如果 beanInstance 不是 FactoryBean 类型，则抛出异常
            if (!(beanInstance instanceof FactoryBean)) {
                throw new BeanIsNotAFactoryException(transformedBeanName(name), beanInstance.getClass());
            }
        }

        // 到这里我们就有了一个 bean 实例，当然该实例可能是会是是一个正常的 bean 又或者是一个 FactoryBean
        // 如果是 FactoryBean，我我们则创建该 bean
        if (!(beanInstance instanceof FactoryBean) || BeanFactoryUtils.isFactoryDereference(name)) {
            return beanInstance;
        }

        // 加载 FactoryBean
        Object object = null;
        // 若 BeanDefinition 为 null，则从缓存中加载
        if (mbd == null) {
            object = getCachedObjectForFactoryBean(beanName);
        }
        // 若 object 依然为空，则可以确认，beanInstance 一定是 FactoryBean
        if (object == null) {
            FactoryBean<?> factory = (FactoryBean<?>) beanInstance;
            //
            if (mbd == null && containsBeanDefinition(beanName)) {
                mbd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
            }
            // 是否是用户定义的而不是应用程序本身定义的
            boolean synthetic = (mbd != null && mbd.isSynthetic());
            // 核心处理类
            object = getObjectFromFactoryBean(factory, beanName, !synthetic);
        }
        return object;
    }

该方法主要是进行检测工作的，主要如下：

• 若 name 为工厂相关的（以 & 开头），且 beanInstance 为 NullBean 类型则直接返回，如果 beanInstance 不为 FactoryBean 类型则抛出 BeanIsNotAFactoryException 异常。这里主要是校验 beanInstance 的正确性。
• 如果 beanInstance 不为 FactoryBean 类型或者 name 也不是与工厂相关的，则直接返回。这里主要是对非 FactoryBean 类型处理。
• 如果 BeanDefinition 为空，则从 factoryBeanObjectCache 中加载，如果还是空，则可以断定 beanInstance 一定是 FactoryBean 类型，则委托 getObjectFromFactoryBean() 方法处理

从上面可以看出 getObjectForBeanInstance() 主要是返回给定的 bean 实例对象，当然该实例对象为非 FactoryBean 类型，对于 FactoryBean 类型的 bean，则是委托 getObjectFromFactoryBean() 从 FactoryBean 获取 bean 实例对象。

   protected Object getObjectFromFactoryBean(FactoryBean<?> factory, String beanName, boolean shouldPostProcess) {
        // 为单例模式且缓存中存在
        if (factory.isSingleton() && containsSingleton(beanName)) {

            synchronized (getSingletonMutex()) {
                // 从缓存中获取指定的 factoryBean
                Object object = this.factoryBeanObjectCache.get(beanName);

                if (object == null) {
                    // 为空，则从 FactoryBean 中获取对象
                    object = doGetObjectFromFactoryBean(factory, beanName);

                    // 从缓存中获取
                    Object alreadyThere = this.factoryBeanObjectCache.get(beanName);
                    // **我实在是不明白这里这么做的原因，这里是干嘛？？？**
                    if (alreadyThere != null) {
                        object = alreadyThere;
                    }
                    else {
                        // 需要后续处理
                        if (shouldPostProcess) {
                            // 若该 bean 处于创建中，则返回非处理对象，而不是存储它
                            if (isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
                                return object;
                            }
                            // 前置处理
                            beforeSingletonCreation(beanName);
                            try {
                                // 对从 FactoryBean 获取的对象进行后处理
                                // 生成的对象将暴露给bean引用
                                object = postProcessObjectFromFactoryBean(object, beanName);
                            }
                            catch (Throwable ex) {
                                throw new BeanCreationException(beanName,
                                        "Post-processing of FactoryBean's singleton object failed", ex);
                            }
                            finally {
                                // 后置处理
                                afterSingletonCreation(beanName);
                            }
                        }
                        // 缓存
                        if (containsSingleton(beanName)) {
                            this.factoryBeanObjectCache.put(beanName, object);
                        }
                    }
                }
                return object;
            }
        }
        else {
            // 非单例
            Object object = doGetObjectFromFactoryBean(factory, beanName);
            if (shouldPostProcess) {
                try {
                    object = postProcessObjectFromFactoryBean(object, beanName);
                }
                catch (Throwable ex) {
                    throw new BeanCreationException(beanName, "Post-processing of FactoryBean's object failed", ex);
                }
            }
            return object;
        }
    }

主要流程如下：

• 若为单例且单例 bean 缓存中存在 beanName，则进行后续处理（跳转到下一步），否则则从 FactoryBean 中获取 bean 实例对象，如果接受后置处理，则调用 postProcessObjectFromFactoryBean() 进行后置处理。
• 首先获取锁（其实我们在前面篇幅中发现了大量的同步锁，锁住的对象都是 this.singletonObjects， 主要是因为在单例模式中必须要保证全局唯一），然后从 factoryBeanObjectCache 缓存中获取实例对象 object，若 object 为空，则调用 doGetObjectFromFactoryBean() 方法从 FactoryBean 获取对象，其实内部就是调用 FactoryBean.getObject()。
• 如果需要后续处理，则进行进一步处理，步骤如下：
• 若该 bean 处于创建中（isSingletonCurrentlyInCreation），则返回非处理对象，而不是存储它
• 调用 beforeSingletonCreation() 进行创建之前的处理。默认实现将该 bean 标志为当前创建的。
• 调用 postProcessObjectFromFactoryBean() 对从 FactoryBean 获取的 bean 实例对象进行后置处理，默认实现是按照原样直接返回，具体实现是在 AbstractAutowireCapableBeanFactory 中实现的，当然子类也可以重写它，比如应用后置处理
• 调用 afterSingletonCreation() 进行创建 bean 之后的处理，默认实现是将该 bean 标记为不再在创建中。
• 最后加入到 FactoryBeans 缓存中。

该方法应该就是创建 bean 实例对象中的核心方法之一了。这里我们关注三个方法：beforeSingletonCreation() 、 afterSingletonCreation() 、 postProcessObjectFromFactoryBean()。可能有小伙伴觉得前面两个方法不是很重要，LZ 可以肯定告诉你，这两方法是非常重要的操作，因为他们记录着 bean 的加载状态，是检测当前 bean 是否处于创建中的关键之处，对解决 bean 循环依赖起着关键作用。before 方法用于标志当前 bean 处于创建中，after 则是移除。其实在这篇博客刚刚开始就已经提到了 isSingletonCurrentlyInCreation() 是用于检测当前 bean 是否处于创建之中，如下：

	public boolean isSingletonCurrentlyInCreation(String beanName) {
		return this.singletonsCurrentlyInCreation.contains(beanName);
	}

是根据 singletonsCurrentlyInCreation 集合中是否包含了 beanName，集合的元素则一定是在 beforeSingletonCreation() 中添加的，如下：

	protected void beforeSingletonCreation(String beanName) {
		if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName)) {
			throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
		}
	}

afterSingletonCreation() 为移除，则一定就是对 singletonsCurrentlyInCreation 集合 remove 了，如下：

	protected void afterSingletonCreation(String beanName) {
		if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.remove(beanName)) {
			throw new IllegalStateException("Singleton '" + beanName + "' isn't currently in creation");
		}
	}

postProcessObjectFromFactoryBean() 是对从 FactoryBean 处获取的 bean 实例对象进行后置处理，其默认实现是直接返回 object 对象，不做任何处理，子类可以重写，例如应用后处理器。AbstractAutowireCapableBeanFactory 对其提供了实现，如下：

	protected Object postProcessObjectFromFactoryBean(Object object, String beanName) {
		return applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(object, beanName);
	}

该方法的定义为：对所有的 {@code postProcessAfterInitialization} 进行回调注册 BeanPostProcessors，让他们能够后期处理从 FactoryBean 中获取的对象。下面是具体实现：

	public Object applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(Object existingBean, String beanName)
			throws BeansException {

		Object result = existingBean;
		for (BeanPostProcessor beanProcessor : getBeanPostProcessors()) {
			Object current = beanProcessor.postProcessAfterInitialization(result, beanName);
			if (current == null) {
				return result;
			}
			result = current;
		}
		return result;
	}

对于后置处理器，这里我们不做过多阐述，后面会专门的博文进行详细介绍，这里我们只需要记住一点：尽可能保证所有 bean 初始化后都会调用注册的 BeanPostProcessor.postProcessAfterInitialization() 方法进行处理，在实际开发过程中大可以针对此特性设计自己的业务逻辑。

至此，从缓存中获取 bean 对象过程已经分析完毕了。

下面两篇博客分析，如果从单例缓存中没有获取到单例 bean，则 Spring 是如何处理的？