Spring Bean解决循环依赖为什么是三级缓存?

前言

循环依赖:就是N个类循环(嵌套)引用。 通俗的讲就是N个Bean互相引用对方,最终形成闭环。用一副经典的图示可以表示成这样(A、B、C都代表对象,虚线代表引用关系):

http://static.cyblogs.com/mxuio3xfqc.png

注意:其实可以N=1,也就是极限情况的循环依赖:自己依赖自己

另需注意:这里指的循环引用不是方法之间的循环调用,而是对象的相互依赖关系。(方法之间循环调用若有出口也是能够正常work的)

可以设想一下这个场景:如果在日常开发中我们用new对象的方式,若构造函数之间发生这种循环依赖的话,程序会在运行时一直循环调用最终导致内存溢出,示例代码如下:

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public class Main {

public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println(new A());
}

}

class A {
public A() {
new B();
}
}

class B {
public B() {
new A();
}
}

运行报错:

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Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError

这是一个典型的循环依赖问题。本文说一下Spring是如果巧妙的解决平时我们会遇到的三大循环依赖问题的~

Spring Bean的循环依赖

谈到Spring Bean的循环依赖,有的小伙伴可能比较陌生,毕竟开发过程中好像对循环依赖这个概念无感知。其实不然,你有这种错觉,权是因为你工作在Spring的襁褓中,从而让你“高枕无忧”~ 我十分坚信,小伙伴们在平时业务开发中一定一定写过如下结构的代码:

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@Service
public class AServiceImpl implements AService {
@Autowired
private BService bService;
...
}
@Service
public class BServiceImpl implements BService {
@Autowired
private AService aService;
...
}

这其实就是Spring环境下典型的循环依赖场景。但是很显然,这种循环依赖场景,Spring已经完美的帮我们解决和规避了问题。所以即使平时我们这样循环引用,也能够整成进行我们的coding之旅~

Spring中三大循环依赖场景演示

在Spring环境中,因为我们的Bean的实例化、初始化都是交给了容器,因此它的循环依赖主要表现为下面三种场景。为了方便演示,我准备了如下两个类:

1、构造器注入循环依赖
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@Service
public class A {
public A(B b) {
}
}
@Service
public class B {
public B(A a) {
}
}

结果:项目启动失败抛出异常BeanCurrentlyInCreationException

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Caused by: org.springframework.beans.factory.BeanCurrentlyInCreationException: Error creating bean with name 'a': Requested bean is currently in creation: Is there an unresolvable circular reference?
at org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry.beforeSingletonCreation(DefaultSingletonBeanRegistry.java:339)
at org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry.getSingleton(DefaultSingletonBeanRegistry.java:215)
at org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory.doGetBean(AbstractBeanFactory.java:318)
at org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory.getBean(AbstractBeanFactory.java:199)

构造器注入构成的循环依赖,此种循环依赖方式是无法解决的,只能抛出BeanCurrentlyInCreationException异常表示循环依赖。这也是构造器注入的最大劣势(它有很多独特的优势,请小伙伴自行发掘)

根本原因:Spring解决循环依赖依靠的是Bean的“中间态”这个概念,而这个中间态指的是已经实例化,但还没初始化的状态。而构造器是完成实例化的东东,所以构造器的循环依赖无法解决~

2、field属性注入(setter方法注入)循环依赖

这种方式是我们最最最最为常用的依赖注入方式(所以猜都能猜到它肯定不会有问题啦):

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@Service
public class A {
@Autowired
private B b;
}

@Service
public class B {
@Autowired
private A a;
}

结果:项目启动成功,能够正常work

备注:setter方法注入方式因为原理和字段注入方式类似,此处不多加演示

3、prototype field属性注入循环依赖

prototype在平时使用情况较少,但是也并不是不会使用到,因此此种方式也需要引起重视。

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@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
@Service
public class A {
@Autowired
private B b;
}

@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
@Service
public class B {
@Autowired
private A a;
}

结果:需要注意的是本例中启动时是不会报错的(因为非单例Bean默认不会初始化,而是使用时才会初始化),所以很简单咱们只需要手动getBean()或者在一个单例Bean内@Autowired一下它即可

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// 在单例Bean内注入
@Autowired
private A a;

这样子启动就报错:

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org.springframework.beans.factory.UnsatisfiedDependencyException: Error creating bean with name 'mytest.TestSpringBean': Unsatisfied dependency expressed through field 'a'; nested exception is org.springframework.beans.factory.UnsatisfiedDependencyException: Error creating bean with name 'a': Unsatisfied dependency expressed through field 'b'; nested exception is org.springframework.beans.factory.UnsatisfiedDependencyException: Error creating bean with name 'b': Unsatisfied dependency expressed through field 'a'; nested exception is org.springframework.beans.factory.BeanCurrentlyInCreationException: Error creating bean with name 'a': Requested bean is currently in creation: Is there an unresolvable circular reference?

at org.springframework.beans.factory.annotation.AutowiredAnnotationBeanPostProcessor$AutowiredFieldElement.inject(AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.java:596)
at org.springframework.beans.factory.annotation.InjectionMetadata.inject(InjectionMetadata.java:90)
at org.springframework.beans.factory.annotation.AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.postProcessProperties(AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.java:374)

如何解决??? 可能有的小伙伴看到网上有说使用@Lazy注解解决:

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@Lazy
@Autowired
private A a;

此处负责任的告诉你这样是解决不了问题的(可能会掩盖问题),@Lazy只是延迟初始化而已,当你真正使用到它(初始化)的时候,依旧会报如上异常。

对于Spring循环依赖的情况总结如下:

  1. 不能解决的情况: 1. 构造器注入循环依赖 2. prototype field属性注入循环依赖
  2. 能解决的情况: 1. field属性注入(setter方法注入)循环依赖

Spring解决循环依赖的原理分析

在这之前需要明白java中所谓的引用传递值传递的区别。

说明:看到这句话可能有小伙伴就想喷我了。java中明明都是传递啊,这是我初学java时背了100遍的面试题,怎么可能有错??? 这就是我做这个申明的必要性:伙计,你的说法是正确的,java中只有值传递。但是本文借用引用传递来辅助讲解,希望小伙伴明白我想表达的意思~

Spring的循环依赖的理论依据基于Java的引用传递,当获得对象的引用时,对象的属性是可以延后设置的。(但是构造器必须是在获取引用之前,毕竟你的引用是靠构造器给你生成的,儿子能先于爹出生?哈哈)

Spring创建Bean的流程

首先需要了解是Spring它创建Bean的流程,我把它的大致调用栈绘图如下:

http://static.cyblogs.com/oepgq3cnb0.png

对Bean的创建最为核心三个方法解释如下:

  • createBeanInstance:例化,其实也就是调用对象的构造方法实例化对象
  • populateBean:填充属性,这一步主要是对bean的依赖属性进行注入(@Autowired)
  • initializeBean:回到一些形如initMethodInitializingBean等方法

从对单例Bean的初始化可以看出,循环依赖主要发生在第二步(populateBean),也就是field属性注入的处理。

Spring容器的'三级缓存'

在Spring容器的整个声明周期中,单例Bean有且仅有一个对象。这很容易让人想到可以用缓存来加速访问。 从源码中也可以看出Spring大量运用了Cache的手段,在循环依赖问题的解决过程中甚至不惜使用了“三级缓存”,这也便是它设计的精妙之处~

三级缓存其实它更像是Spring容器工厂的内的术语,采用三级缓存模式来解决循环依赖问题,这三级缓存分别指:

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public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {
...
// 从上至下 分表代表这“三级缓存”
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256); //一级缓存
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16); // 二级缓存
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16); // 三级缓存
...

/** Names of beans that are currently in creation. */
// 这个缓存也十分重要:它表示bean创建过程中都会在里面呆着~
// 它在Bean开始创建时放值,创建完成时会将其移出~
private final Set<String> singletonsCurrentlyInCreation = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(16));

/** Names of beans that have already been created at least once. */
// 当这个Bean被创建完成后,会标记为这个 注意:这里是set集合 不会重复
// 至少被创建了一次的 都会放进这里~~~~
private final Set<String> alreadyCreated = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(256));
}

注:AbstractBeanFactory继承自DefaultSingletonBeanRegistry~

  1. singletonObjects: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
  2. earlySingletonObjects:提前曝光的单例对象的cache,存放原始的 bean 对象(尚未填充属性),用于解决循环依赖
  3. singletonFactories:单例对象工厂的cache,存放 bean 工厂对象,用于解决循环依赖

获取单例Bean的源码如下:

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public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {
...
@Override
@Nullable
public Object getSingleton(String beanName) {
return getSingleton(beanName, true);
}
@Nullable
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;
}
...
public boolean isSingletonCurrentlyInCreation(String beanName) {
return this.singletonsCurrentlyInCreation.contains(beanName);
}
protected boolean isActuallyInCreation(String beanName) {
return isSingletonCurrentlyInCreation(beanName);
}
...
}
  1. 先从一级缓存singletonObjects中去获取。(如果获取到就直接return)
  2. 如果获取不到或者对象正在创建中(isSingletonCurrentlyInCreation()),那就再从二级缓存earlySingletonObjects中获取。(如果获取到就直接return)
  3. 如果还是获取不到,且允许singletonFactories(allowEarlyReference=true)通过getObject()获取。就从三级缓存singletonFactory.getObject()获取。(如果获取到了就从**singletonFactories**中移除,并且放进**earlySingletonObjects**。其实也就是从三级缓存**移动(是剪切、不是复制哦~)**到了二级缓存)

加入singletonFactories三级缓存的前提是执行了构造器,所以构造器的循环依赖没法解决

getSingleton()从缓存里获取单例对象步骤分析可知,Spring解决循环依赖的诀窍:就在于singletonFactories这个三级缓存。这个Cache里面都是ObjectFactory,它是解决问题的关键。

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// 它可以将创建对象的步骤封装到ObjectFactory中 交给自定义的Scope来选择是否需要创建对象来灵活的实现scope。  具体参见Scope接口
@FunctionalInterface
public interface ObjectFactory<T> {
T getObject() throws BeansException;
}

经过ObjectFactory.getObject()后,此时放进了二级缓存earlySingletonObjects内。这个时候对象已经实例化了,虽然还不完美,但是对象的引用已经可以被其它引用了。

此处说一下二级缓存earlySingletonObjects它里面的数据什么时候添加什么移除???

添加:向里面添加数据只有一个地方,就是上面说的getSingleton()里从三级缓存里挪过来 移除addSingleton、addSingletonFactory、removeSingleton从语义中可以看出添加单例、添加单例工厂ObjectFactory的时候都会删除二级缓存里面对应的缓存值,是互斥的

源码解析

Spring容器会将每一个正在创建的Bean 标识符放在一个“当前创建Bean池”中,Bean标识符在创建过程中将一直保持在这个池中,而对于创建完毕的Bean将从当前创建Bean池中清除掉。 这个“当前创建Bean池”指的是上面提到的singletonsCurrentlyInCreation那个集合。

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public abstract class AbstractBeanFactory extends FactoryBeanRegistrySupport implements ConfigurableBeanFactory {
...
protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType, @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
...
// Eagerly check singleton cache for manually registered singletons.
// 先去获取一次,如果不为null,此处就会走缓存了~~
Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
...
// 如果不是只检查类型,那就标记这个Bean被创建了~~添加到缓存里 也就是所谓的 当前创建Bean池
if (!typeCheckOnly) {
markBeanAsCreated(beanName);
}
...
// Create bean instance.
if (mbd.isSingleton()) {

// 这个getSingleton方法不是SingletonBeanRegistry的接口方法 属于实现类DefaultSingletonBeanRegistry的一个public重载方法~~~
// 它的特点是在执行singletonFactory.getObject();前后会执行beforeSingletonCreation(beanName);和afterSingletonCreation(beanName);
// 也就是保证这个Bean在创建过程中,放入正在创建的缓存池里 可以看到它实际创建bean调用的是我们的createBean方法~~~~
sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
try {
return createBean(beanName, mbd, args);
} catch (BeansException ex) {
destroySingleton(beanName);
throw ex;
}
});
bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
}
}
...
}

// 抽象方法createBean所在地 这个接口方法是属于抽象父类AbstractBeanFactory的 实现在这个抽象类里
public abstract class AbstractAutowireCapableBeanFactory extends AbstractBeanFactory implements AutowireCapableBeanFactory {
...
protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args) throws BeanCreationException {
...
// 创建Bean对象,并且将对象包裹在BeanWrapper 中
instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
// 再从Wrapper中把Bean原始对象(非代理~~~) 这个时候这个Bean就有地址值了,就能被引用了~~~
// 注意:此处是原始对象,这点非常的重要
final Object bean = instanceWrapper.getWrappedInstance();
...
// earlySingletonExposure 用于表示是否”提前暴露“原始对象的引用,用于解决循环依赖。
// 对于单例Bean,该变量一般为 true 但你也可以通过属性allowCircularReferences = false来关闭循环引用
// isSingletonCurrentlyInCreation(beanName) 表示当前bean必须在创建中才行
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");
}
// 上面讲过调用此方法放进一个ObjectFactory,二级缓存会对应删除的
// getEarlyBeanReference的作用:调用SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor.getEarlyBeanReference()这个方法 否则啥都不做
// 也就是给调用者个机会,自己去实现暴露这个bean的应用的逻辑~~~
// 比如在getEarlyBeanReference()里可以实现AOP的逻辑~~~ 参考自动代理创建器AbstractAutoProxyCreator 实现了这个方法来创建代理对象
// 若不需要执行AOP的逻辑,直接返回Bean
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}
Object exposedObject = bean; //exposedObject 是最终返回的对象
...
// 填充属于,解决@Autowired依赖~
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
// 执行初始化回调方法们~~~
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);

// earlySingletonExposure:如果你的bean允许被早期暴露出去 也就是说可以被循环引用 那这里就会进行检查
// 此段代码非常重要~~~~~但大多数人都忽略了它
if (earlySingletonExposure) {
// 此时一级缓存肯定还没数据,但是呢此时候二级缓存earlySingletonObjects也没数据
//注意,注意:第二参数为false 表示不会再去三级缓存里查了~~~

// 此处非常巧妙的一点:::因为上面各式各样的实例化、初始化的后置处理器都执行了,如果你在上面执行了这一句
// ((ConfigurableListableBeanFactory)this.beanFactory).registerSingleton(beanName, bean);
// 那么此处得到的earlySingletonReference 的引用最终会是你手动放进去的Bean最终返回,完美的实现了"偷天换日" 特别适合中间件的设计
// 我们知道,执行完此doCreateBean后执行addSingleton() 其实就是把自己再添加一次 **再一次强调,完美实现偷天换日**
Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
if (earlySingletonReference != null) {

// 这个意思是如果经过了initializeBean()后,exposedObject还是木有变,那就可以大胆放心的返回了
// initializeBean会调用后置处理器,这个时候可以生成一个代理对象,那这个时候它哥俩就不会相等了 走else去判断吧
if (exposedObject == bean) {
exposedObject = earlySingletonReference;
}

// allowRawInjectionDespiteWrapping这个值默认是false
// hasDependentBean:若它有依赖的bean 那就需要继续校验了~~~(若没有依赖的 就放过它~)
else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {
// 拿到它所依赖的Bean们~~~~ 下面会遍历一个一个的去看~~
String[] dependentBeans = getDependentBeans(beanName);
Set<String> actualDependentBeans = new LinkedHashSet<>(dependentBeans.length);

// 一个个检查它所以Bean
// removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly这个放见下面 在AbstractBeanFactory里面
// 简单的说,它如果判断到该dependentBean并没有在创建中的了的情况下,那就把它从所有缓存中移除~~~ 并且返回true
// 否则(比如确实在创建中) 那就返回false 进入我们的if里面~ 表示所谓的真正依赖
//(解释:就是真的需要依赖它先实例化,才能实例化自己的依赖)
for (String dependentBean : dependentBeans) {
if (!removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly(dependentBean)) {
actualDependentBeans.add(dependentBean);
}
}

// 若存在真正依赖,那就报错(不要等到内存移除你才报错,那是非常不友好的)
// 这个异常是BeanCurrentlyInCreationException,报错日志也稍微留意一下,方便定位错误~~~~
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 " +
"'getBeanNamesOfType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.");
}
}
}
}

return exposedObject;
}

// 虽然是remove方法 但是它的返回值也非常重要
// 该方法唯一调用的地方就是循环依赖的最后检查处~~~~~
protected boolean removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly(String beanName) {
// 如果这个bean不在创建中 比如是ForTypeCheckOnly的 那就移除掉
if (!this.alreadyCreated.contains(beanName)) {
removeSingleton(beanName);
return true;
}
else {
return false;
}
}

}

这里举例:例如是field属性依赖注入,在populateBean时它就会先去完成它所依赖注入的那个bean的实例化、初始化过程,最终返回到本流程继续处理,因此Spring这样处理是不存在任何问题的。

这里有个小细节:

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if (exposedObject == bean) {
exposedObject = earlySingletonReference;
}

这一句如果exposedObject == bean表示最终返回的对象就是原始对象,说明在populateBeaninitializeBean没对他代理过,那就啥话都不说了exposedObject = earlySingletonReference,最终把二级缓存里的引用返回即可~

流程总结(非常重要

此处以如上的A、B类的互相依赖注入为例,在这里表达出关键代码的走势:

1、入口处即是实例化、初始化A这个单例BeanAbstractBeanFactory.doGetBean("a")

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protected <T> T doGetBean(...){
...
// 标记beanName a是已经创建过至少一次的~~~ 它会一直存留在缓存里不会被移除(除非抛出了异常)
// 参见缓存Set<String> alreadyCreated = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(256))
if (!typeCheckOnly) {
markBeanAsCreated(beanName);
}

// 此时a不存在任何一级缓存中,且不是在创建中 所以此处返回null
// 此处若不为null,然后从缓存里拿就可以了(主要处理FactoryBean和BeanFactory情况吧)
Object beanInstance = getSingleton(beanName, false);
...
// 这个getSingleton方法非常关键。
//1、标注a正在创建中~
//2、调用singletonObject = singletonFactory.getObject();(实际上调用的是createBean()方法) 因此这一步最为关键
//3、此时实例已经创建完成 会把a移除整整创建的缓存中
//4、执行addSingleton()添加进去。(备注:注册bean的接口方法为registerSingleton,它依赖于addSingleton方法)
sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> { ... return createBean(beanName, mbd, args); });
}

2、下面进入到最为复杂的AbstractAutowireCapableBeanFactory.createBean/doCreateBean()环节,创建A的实例

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protected Object doCreateBean(){
...
// 使用构造器/工厂方法 instanceWrapper是一个BeanWrapper
instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
// 此处bean为"原始Bean" 也就是这里的A实例对象:A@1234
final Object bean = instanceWrapper.getWrappedInstance();
...
// 是否要提前暴露(允许循环依赖) 现在此处A是被允许的
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));

// 允许暴露,就把A绑定在ObjectFactory上,注册到三级缓存`singletonFactories`里面去保存着
// Tips:这里后置处理器的getEarlyBeanReference方法会被促发,自动代理创建器在此处创建代理对象(注意执行时机 为执行三级缓存的时候)
if (earlySingletonExposure) {
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}
...
// exposedObject 为最终返回的对象,此处为原始对象bean也就是A@1234,下面会有用处
Object exposedObject = bean;
// 给A@1234属性完成赋值,@Autowired在此处起作用~
// 因此此处会调用getBean("b"),so 会重复上面步骤创建B类的实例
// 此处我们假设B已经创建好了 为B@5678

// 需要注意的是在populateBean("b")的时候依赖有beanA,所以此时候调用getBean("a")最终会调用getSingleton("a"),
//此时候上面说到的getEarlyBeanReference方法就会被执行。这也解释为何我们@Autowired是个代理对象,而不是普通对象的根本原因

populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
// 实例化。这里会执行后置处理器BeanPostProcessor的两个方法
// 此处注意:postProcessAfterInitialization()是有可能返回一个代理对象的,这样exposedObject 就不再是原始对象了 特备注意哦~~~
// 比如处理@Aysnc的AsyncAnnotationBeanPostProcessor它就是在这个时间里生成代理对象的(有坑,请小心使用@Aysnc)
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);

... // 至此,相当于A@1234已经实例化完成、初始化完成(属性也全部赋值了~)
// 这一步我把它理解为校验:校验:校验是否有循环引用问题~~~~~

if (earlySingletonExposure) {
// 注意此处第二个参数传的false,表示不去三级缓存里singletonFactories再去调用一次getObject()方法了~~~
// 上面建讲到了由于B在初始化的时候,会触发A的ObjectFactory.getObject() 所以a此处已经在二级缓存earlySingletonObjects里了
// 因此此处返回A的实例:A@1234
Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
if (earlySingletonReference != null) {

// 这个等式表示,exposedObject若没有再被代理过,这里就是相等的
// 显然此处我们的a对象的exposedObject它是没有被代理过的 所以if会进去~
// 这种情况至此,就全部结束了~~~
if (exposedObject == bean) {
exposedObject = earlySingletonReference;
}

// 继续以A为例,比如方法标注了@Aysnc注解,exposedObject此时候就是一个代理对象,因此就会进到这里来
//hasDependentBean(beanName)是肯定为true,因为getDependentBeans(beanName)得到的是["b"]这个依赖
else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {
String[] dependentBeans = getDependentBeans(beanName);
Set<String> actualDependentBeans = new LinkedHashSet<>(dependentBeans.length);

// A@1234依赖的是["b"],所以此处去检查b
// 如果最终存在实际依赖的bean:actualDependentBeans不为空 那就抛出异常 证明循环引用了~
for (String dependentBean : dependentBeans) {
// 这个判断原则是:如果此时候b并还没有创建好,this.alreadyCreated.contains(beanName)=true表示此bean已经被创建过,就返回false
// 若该bean没有在alreadyCreated缓存里,就是说没被创建过(其实只有CreatedForTypeCheckOnly才会是此仓库)
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 " +
"'getBeanNamesOfType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.");
}
}
}
}
}

由于关键代码部分的步骤不太好拆分,为了更具象表达,那么使用下面一副图示帮助小伙伴们理解:

http://static.cyblogs.com/qv40e3auxf.png

最后的最后,由于我太暖心了_,再来个纯文字版的总结。 依旧以上面AB类使用属性field注入循环依赖的例子为例,对整个流程做文字步骤总结如下:

  1. 使用context.getBean(A.class),旨在获取容器内的单例A(若A不存在,就会走A这个Bean的创建流程),显然初次获取A是不存在的,因此走A的创建之路~
  2. 实例化A(注意此处仅仅是实例化),并将它放进缓存(此时A已经实例化完成,已经可以被引用了)
  3. 初始化A:@Autowired依赖注入B(此时需要去容器内获取B)
  4. 为了完成依赖注入B,会通过getBean(B)去容器内找B。但此时B在容器内不存在,就走向B的创建之路~
  5. 实例化B,并将其放入缓存。(此时B也能够被引用了)
  6. 初始化B,@Autowired依赖注入A(此时需要去容器内获取A)
  7. 此处重要:初始化B时会调用getBean(A)去容器内找到A,上面我们已经说过了此时候因为A已经实例化完成了并且放进了缓存里,所以这个时候去看缓存里是已经存在A的引用了的,所以getBean(A)能够正常返回
  8. B初始化成功(此时已经注入A成功了,已成功持有A的引用了),return(注意此处return相当于是返回最上面的getBean(B)这句代码,回到了初始化A的流程中~)。
  9. 因为B实例已经成功返回了,因此最终A也初始化成功
  10. 到此,B持有的已经是初始化完成的A,A持有的也是初始化完成的B,完美~

站的角度高一点,宏观上看Spring处理循环依赖的整个流程就是如此。希望这个宏观层面的总结能更加有助于小伙伴们对Spring解决循环依赖的原理的了解,同时也顺便能解释为何构造器循环依赖就不好使的原因。

循环依赖对AOP代理对象创建流程和结果的影响

我们都知道Spring AOP、事务等都是通过代理对象来实现的,而事务的代理对象是由自动代理创建器来自动完成的。也就是说Spring最终给我们放进容器里面的是一个代理对象,而非原始对象

本文结合循环依赖,回头再看AOP代理对象的创建过程,和最终放进容器内的动作,非常有意思。

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@Service
public class HelloServiceImpl implements HelloService {
@Autowired
private HelloService helloService;

@Transactional
@Override
public Object hello(Integer id) {
return "service hello";
}
}

Service类使用到了事务,所以最终会生成一个JDK动态代理对象Proxy。刚好它又存在自己引用自己的循环依赖。看看这个Bean的创建概要描述如下:

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protected Object doCreateBean( ... ){
...

// 这段告诉我们:如果允许循环依赖的话,此处会添加一个ObjectFactory到三级缓存里面,以备创建对象并且提前暴露引用~
// 此处Tips:getEarlyBeanReference是后置处理器SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的一个方法,它的功效为:
// 保证自己被循环依赖的时候,即使被别的Bean @Autowire进去的也是代理对象~~~~ AOP自动代理创建器此方法里会创建的代理对象~~~
// Eagerly cache singletons to be able to resolve circular references
// even when triggered by lifecycle interfaces like BeanFactoryAware.
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) { // 需要提前暴露(支持循环依赖),就注册一个ObjectFactory到三级缓存
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}

// 此处注意:如果此处自己被循环依赖了 那它会走上面的getEarlyBeanReference,从而创建一个代理对象从三级缓存转移到二级缓存里
// 注意此时候对象还在二级缓存里,并没有在一级缓存。并且此时可以知道exposedObject仍旧是原始对象~~~
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);

// 经过这两大步后,exposedObject还是原始对象(注意此处以事务的AOP为例子的,
// 因为事务的AOP自动代理创建器在getEarlyBeanReference创建代理后,initializeBean就不会再重复创建了,二选一的,下面会有描述~~~)

...

// 循环依赖校验(非常重要)~~~~
if (earlySingletonExposure) {
// 前面说了因为自己被循环依赖了,所以此时候代理对象还在二级缓存里~~~(备注:本利讲解的是自己被循环依赖了的情况)
// so,此处getSingleton,就会把里面的对象拿出来,我们知道此时候它已经是个Proxy代理对象~~~
// 最后赋值给exposedObject 然后return出去,进而最终被addSingleton()添加进一级缓存里面去
// 这样就保证了我们容器里**最终实际上是代理对象**,而非原始对象~~~~~
Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
if (earlySingletonReference != null) {
if (exposedObject == bean) { // 这个判断不可少(因为如果initializeBean改变了exposedObject ,就不能这么玩了,否则就是两个对象了~~~)
exposedObject = earlySingletonReference;
}
}
...
}

}

上演示的是代理对象+自己存在循环依赖的case:Spring用三级缓存很巧妙的进行解决了。 若是这种case:代理对象,但是自己并不存在循环依赖,过程稍微有点不一样儿了,如下描述:

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protected Object doCreateBean( ... ) {
...
// 这些语句依旧会执行,三级缓存里是会加入的 表示它支持被循环引用嘛~~~
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
...

// 此处注意,因为它没有被其它Bean循环引用(注意是循环引用,而不是直接引用~),所以上面getEarlyBeanReference不会执行~
// 也就是说此时二级缓存里并不会存在它~~~ 知晓这点特别的重要
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
// 重点在这:AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator自动代理创建器此处的postProcessAfterInitialization方法里,会给创建一个代理对象返回
// 所以此部分执行完成后,exposedObject **已经是个代理对象**而不再是个原始对象了~~~~ 此时二级缓存里依旧无它,更别提一级缓存了
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);

...

// 循环依赖校验
if (earlySingletonExposure) {
// 前面说了一级、二级缓存里都木有它,然后这里传的又是false(表示不看三级缓存~~)
// 所以毋庸置疑earlySingletonReference = null so下面的逻辑就不用看了,直接return出去~~
// 然后执行addSingleton()方法,由此可知 容器里最终存在的也还是代理对象~~~~~~
Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
if (earlySingletonReference != null) {
if (exposedObject == bean) { // 这个判断不可少(因为如果initializeBean改变了exposedObject ,就不能这么玩了,否则就是两个对象了~~~)
exposedObject = earlySingletonReference;
}
}...
...
...
}
}

分析可知,即使自己只需要代理,并不被循环引用,最终存在Spring容器里的仍旧是代理对象。(so此时别人直接@Autowired进去的也是代理对象呀~

终极case:如果我关闭Spring容器的循环依赖能力,也就是把allowCircularReferences设值为false,那么会不会造成什么问题呢?

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// 它用于关闭循环引用(关闭后只要有循环引用现象就直接报错~~)
@Component
public class MyBeanFactoryPostProcessor implements BeanFactoryPostProcessor {
@Override
public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {
((AbstractAutowireCapableBeanFactory) beanFactory).setAllowCircularReferences(false);
}
}

若关闭了循环依赖后,还存在上面A、B的循环依赖现象,启动便会报错如下:

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Caused by: org.springframework.beans.factory.BeanCurrentlyInCreationException: Error creating bean with name 'a': Requested bean is currently in creation: Is there an unresolvable circular reference?
at org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry.beforeSingletonCreation(DefaultSingletonBeanRegistry.java:339)
at org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry.getSingleton(DefaultSingletonBeanRegistry.java:215)

注意此处异常类型也是BeanCurrentlyInCreationException异常,但是文案内容和上面强调的有所区别~ 它报错位置在:DefaultSingletonBeanRegistry.beforeSingletonCreation这个位置

报错浅析:在实例化A后给其属性赋值时,会去实例化B。B实例化完成后会继续给B属性赋值,这时由于此时我们关闭了循环依赖,所以不存在提前暴露引用这么一说来给实用。因此B无法直接拿到A的引用地址,因此只能又去创建A的实例。而此时我们知道A其实已经正在创建中了,不能再创建了。so,就报错了~

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@Service
public class HelloServiceImpl implements HelloService {

// 因为管理了循环依赖,所以此处不能再依赖自己的
// 但是:我们的此bean还是需要AOP代理的~~~
//@Autowired
//private HelloService helloService;

@Transactional
@Override
public Object hello(Integer id) {
return "service hello";
}
}

这样它的大致运行如下:

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protected Object doCreateBean( ... ) {
// 毫无疑问此时候earlySingletonExposure = false 也就是Bean都不会提前暴露引用了 显然就不能被循环依赖了~
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
...
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
// 若是事务的AOP 在这里会为源生Bean创建代理对象(因为上面没有提前暴露这个代理)
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);

if (earlySingletonExposure) {
... 这里更不用说,因为earlySingletonExposure=false 所以上面的代理对象exposedObject 直接return了~
}
}

可以看到即使把这个开关给关了,最终放进容器了的仍旧是代理对象,显然@Autowired给属性赋值的也一定是代理对象。

最后,以AbstractAutoProxyCreator为例看看自动代理创建器是怎么配合实现:循环依赖+创建代理

AbstractAutoProxyCreator是抽象类,它的三大实现子类InfrastructureAdvisorAutoProxyCreatorAspectJAwareAdvisorAutoProxyCreatorAnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator小伙伴们应该会更加的熟悉些

该抽象类实现了创建代理的动作:

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// @since 13.10.2003  它实现代理创建的方法有如下两个
// 实现了SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor 所以有方法getEarlyBeanReference来只能的解决循环引用问题:提前把代理对象暴露出去~
public abstract class AbstractAutoProxyCreator extends ProxyProcessorSupport implements SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor, BeanFactoryAware {
...
// 下面两个方法是自动代理创建器创建代理对象的唯二的两个节点~

// 提前暴露代理对象的引用 它肯定在postProcessAfterInitialization之前执行
// 所以它并不需要判断啥的~~~~ 创建好后放进缓存earlyProxyReferences里 注意此处value是原始Bean
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

// 因为它会在getEarlyBeanReference之后执行,所以此处的重要逻辑是下面的判断
@Override
public Object postProcessAfterInitialization(@Nullable Object bean, String beanName) {
if (bean != null) {
Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
// remove方法返回被移除的value,上面说了它记录的是原始bean
// 若被循环引用了,那就是执行了上面的`getEarlyBeanReference`方法,所以此时remove返回值肯定是==bean的(注意此时方法入参的bean还是原始对象)
// 若没有被循环引用,getEarlyBeanReference()不执行 所以remove方法返回null,所以就进入if执行此处的创建代理对象方法~~~
if (this.earlyProxyReferences.remove(cacheKey) != bean) {
return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}
}
return bean;
}
...
}

由上可知,自动代理创建器它保证了代理对象只会被创建一次,而且支持循环依赖的自动注入的依旧是代理对象。

上面分析了三种case,现给出结论如下: 不管是自己被循环依赖了还是没有,甚至是把Spring容器的循环依赖给关了,它对AOP代理的创建流程有影响,但对结果是无影响的。 也就是说Spring很好的对调用者屏蔽了这些实现细节,使得使用者使用起来完全的无感知~

总结

解决此类问题的关键是要对SpringIOCDI的整个流程做到心中有数,要理解好本文章,建议有【相关阅读】里文章的大量知识的铺垫,同时呢本文又能进一步的帮助小伙伴理解到Spring Bean的实例化、初始化流程。

本文还是花了我一番心思的,个人觉得对Spring这部分的处理流程描述得还是比较详细的,希望我的总结能够给大家带来帮助。 另外为了避免循环依赖导致启动问题而又不会解决,有如下建议:

  1. 业务代码中尽量不要使用构造器注入,即使它有很多优点。
  2. 业务代码中为了简洁,尽量使用field注入而非setter方法注入
  3. 若你注入的同时,立马需要处理一些逻辑(一般见于框架设计中,业务代码中不太可能出现),可以使用setter方法注入辅助完成

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