Spring如何解決循環依賴的問題

前言

在面試的時候這兩年有一個非常高頻的關于spring的問題，那就是spring是如何解決循環依賴的。這個問題聽著就是輕描淡寫的一句話，其實考察的內容還是非常多的，主要還是考察的應聘者有沒有研究過spring的源碼。但是說實話，spring的源碼其實非常復雜的，研究起來并不是個簡單的事情，所以我們此篇文章只是為了解釋清楚Spring是如何解決循環依賴的這個問題。

什么樣的依賴算是循環依賴？

用過Spring框架的人都對依賴注入這個詞不陌生，一個Java類A中存在一個屬性是類B的一個對象，那么我們就說類A的對象依賴類B，而在Spring中是依靠的IOC來實現的對象注入，也就是說創建對象的過程是IOC容器來實現的，并不需要自己在使用的時候通過new關鍵字來創建對象。
那么當類A中依賴類B的對象，而類B中又依賴類C的對象，最后類C中又依賴類A的對象的時候，這種情況最終的依賴關系會形成一個環，這就是循環依賴。

循環依賴的類型

根據注入的時機可以分為兩種：

構造器循環依賴

依賴的對象是通過構造方法傳入的，在實例化bean的時候發生。

賦值屬性循環依賴

依賴的對象是通過setter方法傳入的，對象已經實例化，在屬性賦值和依賴注入的時候發生。
構造器循環依賴，本質上是無解的，實例化A的時候調用A的構造器，發現依賴了B，又去實例化B，然后調用B的構造器，發現又依賴的C，然后調用C的構造器去實例化，結果發起C的構造器里依賴了A，這就是個死循環無解。所以Spring也是不支持構造器循環依賴的，當發現存在構造器循環依賴時，會直接拋出BeanCurrentlyInCreationException 異常。
賦值屬性循環依賴，Spring只支持bean在單例模式下的循環依賴，其他模式下的循環依賴Spring也是會拋出BeanCurrentlyInCreationException 異常的。Spring通過對還在創建過程中的單例bean，進行緩存并提前暴露該單例，使得其他實例可以提前引用到該單例bean。

Spring為什么只支持單例模式下的bean的賦值情況下的循環依賴

在prototype的模式下的bean，使用了一個ThreadLocal變量prototypesCurrentlyInCreation來記錄當前線程正在創建中的bean，這個變量在AbtractBeanFactory類里。在創建前用beanName記錄bean，在創建完成后刪除bean。在prototypesCurrentlyInCreation里采用了一個Set對象來存儲正在創建中的bean。我們都知道Set是不允許存在重復對象的，這樣就能保證同一個bean在一個線程中只能有一個正在創建。
下面是prototypesCurrentlyInCreation變量在刪除bean時的操作，在AbtractBeanFactory的beforePrototypeCreation操作里。

protected void afterPrototypeCreation(String beanName) {
  Object curVal = this.prototypesCurrentlyInCreation.get();
  if (curVal instanceof String) {
   this.prototypesCurrentlyInCreation.remove();
  }
  else if (curVal instanceof Set) {
   Set<String> beanNameSet = (Set<String>) curVal;
   beanNameSet.remove(beanName);
   if (beanNameSet.isEmpty()) {
    this.prototypesCurrentlyInCreation.remove();
   }
  }
 }

從上面的代碼中看出，當變量為一個的時候采用了一個String對象來存儲，節省了一些內存空間。
在AbstractBeanFactory類的doGetBean方法里先判斷是否為單例對象，不是單例對象，則直接判斷當前線程是否已經存在了正在創建的bean。存在的話直接拋出異常。

這個isPrototypeCurrentlyInCreation（）方法的實現代碼如下：

protected boolean isPrototypeCurrentlyInCreation(String beanName) {
  Object curVal = this.prototypesCurrentlyInCreation.get();
  return curVal != null && (curVal.equals(beanName) || curVal instanceof Set && ((Set)curVal).contains(beanName));
 }

因為有了這個機制，spring在原型模式下是解決不了bean的循環依賴的，當發現有循環依賴的時候會直接拋出BeanCurrentlyInCreationException異常的。

那么為什么spring在單例模式下的構造賦值也不支持循環依賴呢？

其實原理和原型模式下的情況類似，在單例模式下，bean也會用一個Set集合來保存正在創建中的bean，在創建前保存，創建完成后刪除。
這個對象在DefaultSingletonBeanRegistry類下變量名為：singletonsCurrentlyInCreation

public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {
	 private final Set<String> singletonsCurrentlyInCreation = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap(16));
}

判定代碼在DefaultSingletonBeanRegistry類的beforeSingletonCreation方法下。

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

在上面這個方法中，判定singletonsCurrentlyInCreation是否能成功的保存一個單例bean。如果不能成功保存，那么就會直接拋出BeanCurrentlyInCreationException異常。

單例模式下的Setter賦值循環依賴

終于到了我們的重點，Spring是如何解決單例模式下的Setter賦值的循環依賴了。
其實主要的就是靠提前暴露創建中的單例實例。
那么具體是一個怎樣的過程呢？
例如：上面那個圖的例子，A依賴B，B依賴C，C又依賴B。
過程如下：

• 創建A，調用構造方法，完成構造，進行屬性賦值注入，發現依賴B，去實例化B。
• 創建B，調用構造方法，完成構造，進行屬性賦值注入，發現依賴C，去實例化C。

創建C，調用構造方法，完成構造，進行屬性賦值注入，發現依賴A。
這個時候就是解決循環依賴的關鍵了，因為A已經通過構造方法已經構造完成了，也就是說已經將Bean的在堆中分配好了內存，這樣即使A再填充屬性值也不會更改內存地址了，所以此時可以提前拿出來A的引用，來完成C的實例化。

這樣上面創建C過程就會變成了：

• 創建C，調用構造方法，完成構造，進行屬性賦值注入，發現依賴A，A已經構造完成，直接引用，完成C的實例化。
• C完成實例化后，注入B，B也完成了實例化，然后B注入A，A也完成了實例化。

為了能獲取到創建中單例bean，spring提供了三級緩存來將正在創建中的bean提前暴露。
在類DefaultSingletonBeanRegistry下，即下圖紅框中的三個Map對象。

這三個緩存Map的作用如下：

• 一級緩存，singletonObjects 單例緩存，存儲已經實例化的單例bean。
• 二級緩存，earlySingletonObjects 提前暴露的單例緩存，這里存儲的bean是剛剛構造完成，但還會通過屬性注入bean。
• 三級緩存，singletonFactories 生產單例的工廠緩存，存儲工廠。

首先在創建bean的時候會先創建一個和bean同名的單例工廠，并將bean先放入到單例工廠中。代碼在AbstractAutowireCapableBeanFactory類的doCreateBean方法中。

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, Object[] args) throws BeanCreationException {
	......
	this.addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
  public Object getObject() throws BeansException {
   return AbstractAutowireCapableBeanFactory.this.getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
  }
 });
	.....
}

而上面的代碼中的addSingletonFactory方法的代碼如下：

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
 Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
 Map var3 = this.singletonObjects;
 synchronized(this.singletonObjects) {
  if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
   this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
   this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
   this.registeredSingletons.add(beanName);
  }

 }
}

addSingletonFactory方法的作用通過代碼就可以看到是將存在了正在創建中的bean的單例工廠，放在三級緩存里，這樣保證了在循環依賴查找的時候是可以找到bean的引用的。
具體讀取緩存獲取bean的過程在類DefaultSingletonBeanRegistry的getSingleton方法里。
如下源碼：

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
  Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
  if (singletonObject == null && this.isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
   Map var4 = this.singletonObjects;
   synchronized(this.singletonObjects) {
    singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
    if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
     ObjectFactory<?> singletonFactory = (ObjectFactory)this.singletonFactories.get(beanName);
     if (singletonFactory != null) {
      singletonObject = singletonFactory.getObject();
      this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
      this.singletonFactories.remove(beanName);
     }
    }
   }
  }

  return singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null;
 }

通過上面的源碼我們可以看到，在獲取單例Bean的時候，會先從一級緩存singletonObjects里獲取，如果沒有獲取到（說明不存在或沒有實例化完成），會去第二級緩存earlySingletonObjects中去找，如果還是沒有找到的話，就會三級緩存中獲取單例工廠singletonFactory，通過從singletonFactory中獲取正在創建中的引用，將singletonFactory存儲在earlySingletonObjects 二級緩存中，這樣就將創建中的單例引用從三級緩存中升級到了二級緩存中，二級緩存earlySingletonObjects，是會提前暴露已完成構造，還可以執行屬性注入的單例bean的。
這個時候如何還有其他的bean也是需要屬性注入，那么就可以直接從earlySingletonObjects中獲取了。

上面的例子中的過程中的A，在注入C的時候，其實并沒有真正的初始化完成，等到順利的注入了B才算是真正的初始化完成。
整個過程如下圖：

總結

到此這篇關于Spring如何解決循環依賴的問題的文章就介紹到這了,更多相關Spring解決循環依賴內容請搜索億速云以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持億速云！