死磕 Spring----- IOC 之循环依赖处理

Posted 2021-07-05 chenssy

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

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这篇分析 doCreateBean() 第三个过程：循环依赖处理。其实循环依赖并不仅仅只是在 doCreateBean() 中处理，其实在整个加载 bean 的过程中都有涉及，所以下篇内容并不仅仅只局限于 doCreateBean()，而是从整个 Bean 的加载过程进行分析。

什么是循环依赖

循环依赖其实就是循环引用，就是两个或者两个以上的 bean 互相引用对方，最终形成一个闭环，如 A 依赖 B，B 依赖 C，C 依赖 A，如下：

循环依赖其实就是一个死循环的过程，在初始化 A 的时候发现引用了 B，这时就会去初始化 B，然后又发现 B 引用 C，跑去初始化 C，初始化 C 的时候发现引用了 A，则又会去初始化 A，依次循环永不退出，除非有终结条件。

Spring 循环依赖的场景有两种：

1. 构造器的循环依赖
2. field 属性的循环依赖

对于构造器的循环依赖，Spring 是无法解决的，只能抛出 BeanCurrentlyInCreationException 异常表示循环依赖，所以下面我们分析的都是基于 field 属性的循环依赖。

在博客 【死磕 Spring】----- IOC 之开启 bean 的加载 中提到，Spring 只解决 scope 为 singleton 的循环依赖，对于scope 为 prototype 的 bean Spring 无法解决，直接抛出 BeanCurrentlyInCreationException 异常。为什么 Spring 不处理 prototype bean，其实如果理解 Spring 是如何解决 singleton bean 的循环依赖就明白了。这里先卖一个关子，我们先来关注 Spring 是如何解决 singleton bean 的循环依赖的。

解决循环依赖

我们先从加载 bean 最初始的方法 doGetBean() 开始。

在 doGetBean() 中，首先会根据 beanName 从单例 bean 缓存中获取，如果不为空则直接返回。

Object sharedInstance = getSingleton(beanName);

调用 getSingleton() 方法从单例缓存中获取，如下：

	protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
		Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
		if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
			synchronized (this.singletonObjects) {
				singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
				if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
					ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
					if (singletonFactory != null) {
						singletonObject = singletonFactory.getObject();
						this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
						this.singletonFactories.remove(beanName);
					}
				}
			}
		}
		return singletonObject;
	}

这个方法主要是从三个缓存中获取，分别是：singletonObjects、earlySingletonObjects、singletonFactories，三者定义如下：

	/** Cache of singleton objects: bean name --> bean instance */
	private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

	/** Cache of singleton factories: bean name --> ObjectFactory */
	private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

	/** Cache of early singleton objects: bean name --> bean instance */
	private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);

意义如下：

• singletonObjects：单例对象的cache
• singletonFactories ： 单例对象工厂的cache
• earlySingletonObjects ：提前暴光的单例对象的Cache

他们就是 Spring 解决 singleton bean 的关键因素所在，我称他们为三级缓存，第一级为 singletonObjects，第二级为 earlySingletonObjects，第三级为 singletonFactories。这里我们可以通过 getSingleton() 看到他们是如何配合的，这分析该方法之前，提下其中的 isSingletonCurrentlyInCreation() 和 allowEarlyReference。

• isSingletonCurrentlyInCreation()：判断当前 singleton bean 是否处于创建中。bean 处于创建中也就是说 bean 在初始化但是没有完成初始化，有一个这样的过程其实和 Spring 解决 bean 循环依赖的理念相辅相成，因为 Spring 解决 singleton bean 的核心就在于提前曝光 bean。
• allowEarlyReference：从字面意思上面理解就是允许提前拿到引用。其实真正的意思是是否允许从 singletonFactories 缓存中通过 getObject() 拿到对象，为什么会有这样一个字段呢？原因就在于 singletonFactories 才是 Spring 解决 singleton bean 的诀窍所在，这个我们后续分析。

getSingleton() 整个过程如下：首先从一级缓存 singletonObjects 获取，如果没有且当前指定的 beanName 正在创建，就再从二级缓存中 earlySingletonObjects 获取，如果还是没有获取到且运行 singletonFactories 通过 getObject() 获取，则从三级缓存 singletonFactories 获取，如果获取到则，通过其 getObject() 获取对象，并将其加入到二级缓存 earlySingletonObjects 中 从三级缓存 singletonFactories 删除，如下：

singletonObject = singletonFactory.getObject();
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);

这样就从三级缓存升级到二级缓存了。

上面是从缓存中获取，但是缓存中的数据从哪里添加进来的呢？一直往下跟会发现在 doCreateBean() ( AbstractAutowireCapableBeanFactory ) 中，有这么一段代码：

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

如果 earlySingletonExposure == true 的话，则调用 addSingletonFactory() 将他们添加到缓存中，但是一个 bean 要具备如下条件才会添加至缓存中：

• 单例
• 运行提前暴露 bean
• 当前 bean 正在创建中

addSingletonFactory() 代码如下：

	protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
		Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
		synchronized (this.singletonObjects) {
			if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
				this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
				this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
				this.registeredSingletons.add(beanName);
			}
		}
	}

从这段代码我们可以看出 singletonFactories 这个三级缓存才是解决 Spring Bean 循环依赖的诀窍所在。同时这段代码发生在 createBeanInstance() 方法之后，也就是说这个 bean 其实已经被创建出来了，但是它还不是很完美（没有进行属性填充和初始化），但是对于其他依赖它的对象而言已经足够了（可以根据对象引用定位到堆中对象），能够被认出来了，所以 Spring 在这个时候选择将该对象提前曝光出来让大家认识认识。

介绍到这里我们发现三级缓存 singletonFactories 和 二级缓存 earlySingletonObjects 中的值都有出处了，那一级缓存在哪里设置的呢？在类 DefaultSingletonBeanRegistry 中可以发现这个 addSingleton() 方法，源码如下：

	protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
		synchronized (this.singletonObjects) {
			this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
			this.singletonFactories.remove(beanName);
			this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
			this.registeredSingletons.add(beanName);
		}
	}

添加至一级缓存，同时从二级、三级缓存中删除。这个方法在我们创建 bean 的链路中有哪个地方引用呢？其实在前面博客 LZ 已经提到过了，在 doGetBean() 处理不同 scope 时，如果是 singleton，则调用 getSingleton()，如下：

前面几篇博客已经分析了 createBean()，这里就不再阐述了，我们关注方法 getSingleton() 代码如下：

    public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
        Assert.notNull(beanName, "Bean name must not be null");
        synchronized (this.singletonObjects) {
            Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
            if (singletonObject == null) {
                //....
                try {
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                    newSingleton = true;
                }
                //.....
                if (newSingleton) {
                    addSingleton(beanName, singletonObject);
                }
            }
            return singletonObject;
        }
    }

至此，Spring 关于 singleton bean 循环依赖已经分析完毕了。所以我们基本上可以确定 Spring 解决循环依赖的方案了：Spring 在创建 bean 的时候并不是等它完全完成，而是在创建过程中将创建中的 bean 的 ObjectFactory 提前曝光（即加入到 singletonFactories 缓存中），这样一旦下一个 bean 创建的时候需要依赖 bean ，则直接使用 ObjectFactory 的 getObject() 获取了，也就是 getSingleton() 中的代码片段了。

到这里，关于 Spring 解决 bean 循环依赖就已经分析完毕了。最后来描述下就上面那个循环依赖 Spring 解决的过程：首先 A 完成初始化第一步并将自己提前曝光出来（通过 ObjectFactory 将自己提前曝光），在初始化的时候，发现自己依赖对象 B，此时就会去尝试 get(B)，这个时候发现 B 还没有被创建出来，然后 B 就走创建流程，在 B 初始化的时候，同样发现自己依赖 C，C 也没有被创建出来，这个时候 C 又开始初始化进程，但是在初始化的过程中发现自己依赖 A，于是尝试 get(A)，这个时候由于 A 已经添加至缓存中（一般都是添加至三级缓存 singletonFactories ），通过 ObjectFactory 提前曝光，所以可以通过 ObjectFactory.getObject() 拿到 A 对象，C 拿到 A 对象后顺利完成初始化，然后将自己添加到一级缓存中，回到 B ，B 也可以拿到 C 对象，完成初始化，A 可以顺利拿到 B 完成初始化。到这里整个链路就已经完成了初始化过程了。