Spring如何解决循环依赖，你真的懂了？
- 2020 年 4 月 7 日
- 筆記
导读
- 前几天发表的文章SpringBoot多数据源动态切换和SpringBoot整合多数据源的巨坑中，提到了一个坑就是动态数据源添加@Primary接口就会造成循环依赖异常，如下图：
- 这个就是典型的构造器依赖，详情请看上面两篇文章，这里不再详细赘述了。本篇文章将会从源码深入解析Spring是如何解决循环依赖的？为什么不能解决构造器的循环依赖？
什么是循环依赖
- 简单的说就是A依赖B，B依赖C，C依赖A这样就构成了循环依赖。
- 循环依赖分为构造器依赖和属性依赖，众所周知的是Spring能够解决属性的循环依赖（set注入）。下文将从源码角度分析Spring是如何解决属性的循环依赖。
思路
- 如何解决循环依赖，Spring主要的思路就是依据三级缓存，在实例化A时调用doGetBean，发现A依赖的B的实例，此时调用doGetBean去实例B，实例化的B的时候发现又依赖A，如果不解决这个循环依赖的话此时的doGetBean将会无限循环下去，导致内存溢出，程序奔溃。spring引用了一个早期对象，并且把这个”早期引用”并将其注入到容器中，让B先完成实例化，此时A就获取B的引用，完成实例化。
三级缓存
- Spring能够轻松的解决属性的循环依赖正式用到了三级缓存，在AbstractBeanFactory中有详细的注释。
/**一级缓存，用于存放完全初始化好的 bean，从该缓存中取出的 bean 可以直接使用*/ private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256); /**三级缓存 存放 bean 工厂对象，用于解决循环依赖*/ private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16); /**二级缓存 存放原始的 bean 对象（尚未填充属性），用于解决循环依赖*/ private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);
- 一级缓存：singletonObjects，存放完全实例化属性赋值完成的Bean，直接可以使用。
- 二级缓存：earlySingletonObjects，存放早期Bean的引用，尚未属性装配的Bean
- 三级缓存：singletonFactories，三级缓存，存放实例化完成的Bean工厂。
开撸
- 先上一张流程图看看Spring是如何解决循环依赖的
- 上图标记蓝色的部分都是涉及到三级缓存的操作，下面我们一个一个方法解析
【1】 getSingleton(beanName)：源码如下：
//查询缓存 Object sharedInstance = getSingleton(beanName); //缓存中存在并且args是null if (sharedInstance != null && args == null) { //.......省略部分代码 //直接获取Bean实例 bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null); } //getSingleton源码，DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) { //先从一级缓存中获取已经实例化属性赋值完成的Bean Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName); //一级缓存不存在，并且Bean正处于创建的过程中 if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) { synchronized (this.singletonObjects) { //从二级缓存中查询，获取Bean的早期引用，实例化完成但是未赋值完成的Bean singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName); //二级缓存中不存在，并且允许创建早期引用（二级缓存中添加） if (singletonObject == null && allowEarlyReference) { //从三级缓存中查询，实例化完成，属性未装配完成 ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName); if (singletonFactory != null) { singletonObject = singletonFactory.getObject(); //二级缓存中添加 this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject); //从三级缓存中移除 this.singletonFactories.remove(beanName); } } } } return singletonObject; }
- 从源码可以得知，doGetBean最初是查询缓存，一二三级缓存全部查询，如果三级缓存存在则将Bean早期引用存放在二级缓存中并移除三级缓存。（升级为二级缓存）
【2】addSingletonFactory：源码如下
//中间省略部分代码。。。。。 //创建Bean的源码，在AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean方法中 if (instanceWrapper == null) { //实例化Bean instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args); } //允许提前暴露 if (earlySingletonExposure) { //添加到三级缓存中 addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean)); } try { //属性装配，属性赋值的时候，如果有发现属性引用了另外一个Bean，则调用getBean方法 populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper); //初始化Bean，调用init-method，afterproperties方法等操作 exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd); } } //添加到三级缓存的源码，在DefaultSingletonBeanRegistry#addSingletonFactory protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) { synchronized (this.singletonObjects) { //一级缓存中不存在 if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) { //放入三级缓存 this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory); //从二级缓存中移除， this.earlySingletonObjects.remove(beanName); this.registeredSingletons.add(beanName); } } }
- 从源码得知，Bean在实例化完成之后会直接将未装配的Bean工厂存放在「三级缓存」中，并且「移除二级缓存」
【3】addSingleton：源码如下：
//获取单例对象的方法，DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton //调用createBean实例化Bean singletonObject = singletonFactory.getObject(); //。。。。中间省略部分代码 //doCreateBean之后才调用，实例化，属性赋值完成的Bean装入一级缓存，可以直接使用的Bean addSingleton(beanName, singletonObject); //addSingleton源码，在DefaultSingletonBeanRegistry#addSingleton方法中 protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) { synchronized (this.singletonObjects) { //一级缓存中添加 this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject); //移除三级缓存 this.singletonFactories.remove(beanName); //移除二级缓存 this.earlySingletonObjects.remove(beanName); this.registeredSingletons.add(beanName); } }
- 总之一句话，Bean添加到一级缓存，移除二三级缓存。
扩展
【1】为什么Spring不能解决构造器的循环依赖？
- 从流程图应该不难看出来，在Bean调用构造器实例化之前，一二三级缓存并没有Bean的任何相关信息，在实例化之后才放入三级缓存中，因此当getBean的时候缓存并没有命中，这样就抛出了循环依赖的异常了。
【2】为什么多实例Bean不能解决循环依赖？
- 多实例Bean是每次创建都会调用doGetBean方法，根本没有使用一二三级缓存，肯定不能解决循环依赖。
总结
- 根据以上的分析，大概清楚了Spring是如何解决循环依赖的。假设A依赖B，B依赖A（注意：这里是set属性依赖）分以下步骤执行：
- A依次执行「doGetBean」、查询缓存、「createBean」创建实例，实例化完成放入三级缓存singletonFactories中，接着执行「populateBean」方法装配属性，但是发现有一个属性是B的对象。
- 因此再次调用doGetBean方法创建B的实例，依次执行doGetBean、查询缓存、createBean创建实例，实例化完成之后放入三级缓存singletonFactories中，执行populateBean装配属性，但是此时发现有一个属性是A对象。
- 因此再次调用doGetBean创建A的实例，但是执行到getSingleton查询缓存的时候，从三级缓存中查询到了A的实例(早期引用，未完成属性装配)，此时直接返回A，不用执行后续的流程创建A了，那么B就完成了属性装配，此时是一个完整的对象放入到一级缓存singletonObjects中。
- B创建完成了，则A自然完成了属性装配，也创建完成放入了一级缓存singletonObjects中。
- Spring三级缓存的应用完美的解决了循环依赖的问题，下面是循环依赖的解决流程图。
