Spring 如何解决循环依赖的问题
发布于 6 天前 作者 yan 19 次浏览

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转自:OSCHINA,作者:爱宝贝丶

my.oschina.net/zhangxufeng/blog/3096394

在关于Spring的面试中,我们经常会被问到一个问题,就是Spring是如何解决循环依赖的问题的。这个问题算是关于Spring的一个高频面试题,因为如果不刻意研读,相信即使读过源码,面试者也不一定能够一下子思考出个中奥秘。本文主要针对这个问题,从源码的角度对其实现原理进行讲解。

1. 过程演示

关于Spring bean的创建,其本质上还是一个对象的创建,既然是对象,读者朋友一定要明白一点就是,一个完整的对象包含两部分:当前对象实例化和对象属性的实例化。在Spring中,对象的实例化是通过反射实现的,而对象的属性则是在对象实例化之后通过一定的方式设置的。这个过程可以按照如下方式进行理解:

理解这一个点之后,对于循环依赖的理解就已经帮助一大步了,我们这里以两个类A和B为例进行讲解,如下是A和B的声明:

[@Component](/user/Component)
public class A {

 private B b;

 public void setB(B b) {
   this.b = b;
 }
} 
[@Component](/user/Component)
public class B {

 private A a;

 public void setA(A a) {
   this.a = a;
 }
} 

可以看到,这里A和B中各自都以对方为自己的全局属性。这里首先需要说明的一点是,Spring实例化bean是通过ApplicationContext.getBean()方法来进行的。如果要获取的对象依赖了另一个对象,那么其首先会创建当前对象,然后通过递归的调用ApplicationContext.getBean()方法来获取所依赖的对象,最后将获取到的对象注入到当前对象中。这里我们以上面的首先初始化A对象实例为例进行讲解。首先Spring尝试通过ApplicationContext.getBean()方法获取A对象的实例,由于Spring容器中还没有A对象实例,因而其会创建一个A对象,然后发现其依赖了B对象,因而会尝试递归的通过ApplicationContext.getBean()方法获取B对象的实例,但是Spring容器中此时也没有B对象的实例,因而其还是会先创建一个B对象的实例。读者需要注意这个时间点,此时A对象和B对象都已经创建了,并且保存在Spring容器中了,只不过A对象的属性b和B对象的属性a都还没有设置进去。在前面Spring创建B对象之后,Spring发现B对象依赖了属性A,因而此时还是会尝试递归的调用ApplicationContext.getBean()方法获取A对象的实例,因为Spring中已经有一个A对象的实例,虽然只是半成品(其属性b还未初始化),但其也还是目标bean,因而会将该A对象的实例返回。此时,B对象的属性a就设置进去了,然后还是ApplicationContext.getBean()方法递归的返回,也就是将B对象的实例返回,此时就会将该实例设置到A对象的属性b中。这个时候,注意A对象的属性b和B对象的属性a都已经设置了目标对象的实例了。读者朋友可能会比较疑惑的是,前面在为对象B设置属性a的时候,这个A类型属性还是个半成品。但是需要注意的是,这个A是一个引用,其本质上还是最开始就实例化的A对象。而在上面这个递归过程的最后,Spring将获取到的B对象实例设置到了A对象的属性b中了,这里的A对象其实和前面设置到实例B中的半成品A对象是同一个对象,其引用地址是同一个,这里为A对象的b属性设置了值,其实也就是为那个半成品的a属性设置了值。下面我们通过一个流程图来对这个过程进行讲解:

图中getBean()表示调用Spring的ApplicationContext.getBean()方法,而该方法中的参数,则表示我们要尝试获取的目标对象。图中的黑色箭头表示一开始的方法调用走向,走到最后,返回了Spring中缓存的A对象之后,表示递归调用返回了,此时使用绿色的箭头表示。从图中我们可以很清楚的看到,B对象的a属性是在第三步中注入的半成品A对象,而A对象的b属性是在第二步中注入的成品B对象,此时半成品的A对象也就变成了成品的A对象,因为其属性已经设置完成了。

2. 源码讲解

对于Spring处理循环依赖问题的方式,我们这里通过上面的流程图其实很容易就可以理解,需要注意的一个点就是,Spring是如何标记开始生成的A对象是一个半成品,并且是如何保存A对象的。这里的标记工作Spring是使用ApplicationContext的属性Set<String> singletonsCurrentlyInCreation来保存的,而半成品的A对象则是通过Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories来保存的,这里的ObjectFactory是一个工厂对象,可通过调用其getObject()方法来获取目标对象。在AbstractBeanFactory.doGetBean()方法中获取对象的方法如下:

protected <T> T doGetBean(final String name, [@Nullable](/user/Nullable) final Class<T> requiredType,
   [@Nullable](/user/Nullable) final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
 // 尝试通过bean名称获取目标bean对象,比如这里的A对象
 Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
 
 // 我们这里的目标对象都是单例的
 if (mbd.isSingleton()) {
   // 这里就尝试创建目标对象,第二个参数传的就是一个ObjectFactory类型的对象,这里是使用Java8的lamada
   // 表达式书写的,只要上面的getSingleton()方法返回值为空,则会调用这里的getSingleton()方法来创建
   // 目标对象
   sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
     try {
       // 尝试创建目标对象
       return createBean(beanName, mbd, args);
     } catch (BeansException ex) {
       throw ex;
     }
   });
 }
 return (T) bean;
} 

这里的doGetBean()方法是非常关键的一个方法(中间省略了其他代码),上面也主要有两个步骤,第一个步骤的getSingleton()方法的作用是尝试从缓存中获取目标对象,如果没有获取到,则尝试获取半成品的目标对象;如果第一个步骤没有获取到目标对象的实例,那么就进入第二个步骤,第二个步骤的getSingleton()方法的作用是尝试创建目标对象,并且为该对象注入其所依赖的属性。

这里其实就是主干逻辑,我们前面图中已经标明,在整个过程中会调用三次doGetBean()方法,第一次调用的时候会尝试获取A对象实例,此时走的是第一个getSingleton()方法,由于没有已经创建的A对象的成品或半成品,因而这里得到的是null,然后就会调用第二个getSingleton()方法,创建A对象的实例,然后递归的调用doGetBean()方法,尝试获取B对象的实例以注入到A对象中,此时由于Spring容器中也没有B对象的成品或半成品,因而还是会走到第二个getSingleton()方法,在该方法中创建B对象的实例,创建完成之后,尝试获取其所依赖的A的实例作为其属性,因而还是会递归的调用doGetBean()方法,此时需要注意的是,在前面由于已经有了一个半成品的A对象的实例,因而这个时候,再尝试获取A对象的实例的时候,会走第一个getSingleton()方法,在该方法中会得到一个半成品的A对象的实例。然后将该实例返回,并且将其注入到B对象的属性a中,此时B对象实例化完成。然后将实例化完成的B对象递归的返回,此时就会将该实例注入到A对象中,这样就得到了一个成品的A对象。我们这里可以阅读上面的第一个getSingleton()方法:

[@Nullable](/user/Nullable)
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
 // 尝试从缓存中获取成品的目标对象,如果存在,则直接返回
 Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
 // 如果缓存中不存在目标对象,则判断当前对象是否已经处于创建过程中,在前面的讲解中,第一次尝试获取A对象
 // 的实例之后,就会将A对象标记为正在创建中,因而最后再尝试获取A对象的时候,这里的if判断就会为true
 if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
   synchronized (this.singletonObjects) {
     singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
     if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
       // 这里的singletonFactories是一个Map,其key是bean的名称,而值是一个ObjectFactory类型的
       // 对象,这里对于A和B而言,调用图其getObject()方法返回的就是A和B对象的实例,无论是否是半成品
       ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
       if (singletonFactory != null) {
         // 获取目标对象的实例
         singletonObject = singletonFactory.getObject();
         this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
         this.singletonFactories.remove(beanName);
       }
     }
   }
 }
 return singletonObject;
} 

这里我们会存在一个问题就是A的半成品实例是如何实例化的,然后是如何将其封装为一个ObjectFactory类型的对象,并且将其放到上面的singletonFactories属性中的。这主要是在前面的第二个getSingleton()方法中,其最终会通过其传入的第二个参数,从而调用createBean()方法,该方法的最终调用是委托给了另一个doCreateBean()方法进行的,这里面有如下一段代码:

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final [@Nullable](/user/Nullable) Object[] args)
 throws BeanCreationException {

 // 实例化当前尝试获取的bean对象,比如A对象和B对象都是在这里实例化的
 BeanWrapper instanceWrapper = null;
 if (mbd.isSingleton()) {
   instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
 }
 if (instanceWrapper == null) {
   instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
 }
 
 // 判断Spring是否配置了支持提前暴露目标bean,也就是是否支持提前暴露半成品的bean
 boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences
   && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
 if (earlySingletonExposure) {
   // 如果支持,这里就会将当前生成的半成品的bean放到singletonFactories中,这个singletonFactories
   // 就是前面第一个getSingleton()方法中所使用到的singletonFactories属性,也就是说,这里就是
   // 封装半成品的bean的地方。而这里的getEarlyBeanReference()本质上是直接将放入的第三个参数,也就是
   // 目标bean直接返回
   addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
 }

 try {
   // 在初始化实例之后,这里就是判断当前bean是否依赖了其他的bean,如果依赖了,
   // 就会递归的调用getBean()方法尝试获取目标bean
   populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
 } catch (Throwable ex) {
   // 省略...
 }
 
 return exposedObject;
} 

到这里,Spring整个解决循环依赖问题的实现思路已经比较清楚了。对于整体过程,读者朋友只要理解两点:

  • Spring是通过递归的方式获取目标bean及其所依赖的bean的;
  • Spring实例化一个bean的时候,是分两步进行的,首先实例化目标bean,然后为其注入属性。

结合这两点,也就是说,Spring在实例化一个bean的时候,是首先递归的实例化其所依赖的所有bean,直到某个bean没有依赖其他bean,此时就会将该实例返回,然后反递归的将获取到的bean设置为各个上层bean的属性的。

3. 小结

本文首先通过图文的方式对Spring是如何解决循环依赖的问题进行了讲解,然后从源码的角度详细讲解了Spring是如何实现各个bean的装配工作的。

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