Spring源码初探-IOC(4)-Bean的初始化-循环依赖的解决

前言

在实际工作中,经常由于设计不佳或者各种因素,导致类之间相互依赖。这些类可能单独使用时不会出问题,但是在使用Spring进行管理的时候可能就会抛出BeanCurrentlyInCreationException等异常 。当抛出这种异常时表示Spring解决不了该循环依赖,本文将简要说明Spring对于循环依赖的解决方法。

循环依赖的产生和解决的前提

循环依赖的产生可能有很多种情况,例如:

  • A的构造方法中依赖了B的实例对象,同时B的构造方法中依赖了A的实例对象
  • A的构造方法中依赖了B的实例对象,同时B的某个field或者setter需要A的实例对象,以及反之
  • A的某个field或者setter依赖了B的实例对象,同时B的某个field或者setter依赖了A的实例对象,以及反之

当然,Spring对于循环依赖的解决不是无条件的,首先前提条件是针对scope单例并且没有显式指明不需要解决循环依赖的对象,而且要求该对象没有被代理过。同时Spring解决循环依赖也不是万能,以上三种情况只能解决两种,第一种在构造方法中相互依赖的情况Spring也无力回天。结论先给在这,下面来看看Spring的解决方法,知道了解决方案就能明白为啥第一种情况无法解决了。

Spring对于循环依赖的解决

Spring循环依赖的理论依据其实是Java基于引用传递,当我们获取到对象的引用时,对象的field或者或属性是可以延后设置的。 Spring单例对象的初始化其实可以分为三步:

  • createBeanInstance, 实例化,实际上就是调用对应的构造方法构造对象,此时只是调用了构造方法,spring xml中指定的property并没有进行populate
  • populateBean,填充属性,这步对spring xml中指定的property进行populate
  • initializeBean,调用spring xml中指定的init方法,或者AfterPropertiesSet方法 会发生循环依赖的步骤集中在第一步和第二步。

三级缓存

对于单例对象来说,在Spring的整个容器的生命周期内,有且只存在一个对象,很容易想到这个对象应该存在Cache中,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使用了“三级缓存”。

“三级缓存”主要是指

/** Cache of singleton objects: bean name --> bean instance */
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<String, Object>(256);
/** Cache of singleton factories: bean name --> ObjectFactory */
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<String, ObjectFactory<?>>(16);
/** Cache of early singleton objects: bean name --> bean instance */
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<String, Object>(16);

从字面意思来说:singletonObjects指单例对象的cache,singletonFactories指单例对象工厂的cache,earlySingletonObjects指提前曝光的单例对象的cache。以上三个cache构成了三级缓存,Spring就用这三级缓存巧妙的解决了循环依赖问题。

解决方法

回想上篇文章中关于Bean创建的过程,首先Spring会尝试从缓存中获取,这个缓存就是指singletonObjects,主要调用的方法是:

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 != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);}

首先解释两个参数:

  • isSingletonCurrentlyInCreation 判断对应的单例对象是否在创建中,当单例对象没有被初始化完全(例如A定义的构造函数依赖了B对象,得先去创建B对象,或者在populatebean过程中依赖了B对象,得先去创建B对象,此时A处于创建中)
  • allowEarlyReference 是否允许从singletonFactories中通过getObject拿到对象

分析getSingleton的整个过程,Spring首先从singletonObjects(一级缓存)中尝试获取,如果获取不到并且对象在创建中,则尝试从earlySingletonObjects(二级缓存)中获取,如果还是获取不到并且允许从singletonFactories通过getObject获取,则通过singletonFactory.getObject()(三级缓存)获取。如果获取到了则

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

则移除对应的singletonFactory,将singletonObject放入到earlySingletonObjects,其实就是将三级缓存提升到二级缓存中!

Spring解决循环依赖的诀窍就在于singletonFactories这个cache,这个cache中存的是类型为ObjectFactory,其定义如下:

public interface ObjectFactory<T> {
    T getObject() throws BeansException;}

在bean创建过程中,有两处比较重要的匿名内部类实现了该接口。一处是

new ObjectFactory<Object>() {
   @Override   public Object getObject() throws BeansException {
      try {
         return createBean(beanName, mbd, args);
      }      catch (BeansException ex) {
         destroySingleton(beanName);
         throw ex;
      }   }

在上文已经提到,Spring利用其创建bean(这样做真的很不明确呀...)

另一处就是:

addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
   @Override   public Object getObject() throws BeansException {
      return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
   }});

此处就是解决循环依赖的关键,这段代码发生在createBeanInstance之后,也就是说单例对象此时已经被创建出来的。这个对象已经被生产出来了,虽然还不完美(还没有进行初始化的第二步和第三步),但是已经能被人认出来了(根据对象引用能定位到堆中的对象),所以Spring此时将这个对象提前曝光出来让大家认识,让大家使用。

这样做有什么好处呢?让我们来分析一下“A的某个field或者setter依赖了B的实例对象,同时B的某个field或者setter依赖了A的实例对象”这种循环依赖的情况。A首先完成了初始化的第一步,并且将自己提前曝光到singletonFactories中,此时进行初始化的第二步,发现自己依赖对象B,此时就尝试去get(B),发现B还没有被create,所以走create流程,B在初始化第一步的时候发现自己依赖了对象A,于是尝试get(A),尝试一级缓存singletonObjects(肯定没有,因为A还没初始化完全),尝试二级缓存earlySingletonObjects(也没有),尝试三级缓存singletonFactories,由于A通过ObjectFactory将自己提前曝光了,所以B能够通过ObjectFactory.getObject拿到A对象(虽然A还没有初始化完全,但是总比没有好呀),B拿到A对象后顺利完成了初始化阶段1、2、3,完全初始化之后将自己放入到一级缓存singletonObjects中。此时返回A中,A此时能拿到B的对象顺利完成自己的初始化阶段2、3,最终A也完成了初始化,长大成人,进去了一级缓存singletonObjects中,而且更加幸运的是,由于B拿到了A的对象引用,所以B现在hold住的A对象也蜕变完美了!一切都是这么神奇!!

知道了这个原理时候,肯定就知道为啥Spring不能解决“A的构造方法中依赖了B的实例对象,同时B的构造方法中依赖了A的实例对象”这类问题了!

总结

Spring通过三级缓存加上“提前曝光”机制,配合Java的对象引用原理,比较完美地解决了某些情况下的循环依赖问题!

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