Spring 如何解决循环依赖的问题(三级缓存)

2023-10-27

（一）Spring IOC容器---对象循环依赖

1. 什么是循环依赖？ what？

（1）循环依赖-->循环引用。--->即2个或以上bean 互相持有对方，最终形成闭环。

eg：A依赖B，B依赖C，C又依赖A。【注意：这里不是函数的循环调用【是个死循环，除非有终结条件】，是对象相互依赖关系】

2. Spring中循环依赖的场景？where？

①：构造器的循环依赖。【这个Spring解决不了】

StudentA有参构造是StudentB。StudentB的有参构造是StudentC，StudentC的有参构造是StudentA ，这样就产生了一个循环依赖的情况，

我们都把这三个Bean交给Spring管理，并用有参构造实例化

public class StudentA {
private StudentB studentB ;
public void setStudentB(StudentB studentB) {
this.studentB = studentB;
}
public StudentA() {
}
public StudentA(StudentB studentB) {
this.studentB = studentB;
}
}

[java] view plain copy

public class StudentB {
private StudentC studentC ;
public void setStudentC(StudentC studentC) {
this.studentC = studentC;
}
public StudentB() {
}
public StudentB(StudentC studentC) {
this.studentC = studentC;
}
}

[java] view plain copy

public class StudentC {
private StudentA studentA ;
public void setStudentA(StudentA studentA) {
this.studentA = studentA;
}
public StudentC() {
}
public StudentC(StudentA studentA) {
this.studentA = studentA;
}
}

[html] view plain copy

<bean id="a" class="com.zfx.student.StudentA">
<constructor-arg index="0" ref="b"></constructor-arg>
</bean>
<bean id="b" class="com.zfx.student.StudentB">
<constructor-arg index="0" ref="c"></constructor-arg>
</bean>
<bean id="c" class="com.zfx.student.StudentC">
<constructor-arg index="0" ref="a"></constructor-arg>
</bean>

下面是测试类：

[java] view plain copy

public class Test {
public static void main(String[] args) {
ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("com/zfx/student/applicationContext.xml");
//System.out.println(context.getBean("a", StudentA.class));
}
}

执行结果报错信息为：

[java] view plain copy

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?

②【setter循环依赖】field属性的循环依赖【setter方式单例，默认方式-->通过递归方法找出当前Bean所依赖的Bean，然后提前缓存【会放入Cach中】起来。通过提前暴露 -->暴露一个exposedObject用于返回提前暴露的Bean。】

setter方式注入：

图中前两步骤得知：Spring是先将Bean对象实例化【依赖无参构造函数】--->再设置对象属性的

这就不会报错了：

原因：Spring先用构造器实例化Bean对象----->将实例化结束的对象放到一个Map中，并且Spring提供获取这个未设置属性的实例化对象的引用方法。结合我们的实例来看，，当Spring实例化了StudentA、StudentB、StudentC后，紧接着会去设置对象的属性，此时StudentA依赖StudentB，就会去Map中取出存在里面的单例StudentB对象，以此类推，不会出来循环的问题喽。

3. 如何检测是否有循环依赖？how to find？

可以 Bean在创建的时候给其打个标记，如果递归调用回来发现正在创建中的话--->即可说明循环依赖。

4.怎么解决的？ todo what？

Spring的循环依赖的理论依据其实是基于Java的引用传递，当我们获取到对象的引用时，对象的field或zh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)。

Spring的单例对象的初始化主要分为三步：

①：createBeanInstance：实例化，其实也就是调用对象的构造方法实例化对象

②：populateBean：填充属性，这一步主要是多bean的依赖属性进行填充

③：initializeBean：调用spring xml中的init() 方法。

从上面讲述的单例bean初始化步骤我们可以知道，循环依赖主要发生在第一、第二步。也就是构造器循环依赖和field循环依赖。

那么我们要解决循环引用也应该从初始化过程着手，对于单例来说，在Spring容器整个生命周期内，有且只有一个对象，所以很容易想到这个对象应该存在Cache中，Spring为了解决单例的循环依赖问题，使用了三级缓存。

调整配置文件，将构造函数注入方式改为属性注入方式即可

3.源码怎么实现的？ how？

（1）三级缓存源码主要指：


    
    

      
      
      
      
       
       
        
        /** 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);

这三级缓存分别指：

singletonFactories ：单例对象工厂的cache
earlySingletonObjects ：提前暴光的单例对象的Cache 。【用于检测循环引用，与singletonFactories互斥】

singletonObjects：单例对象的cache

我们在创建bean的时候，首先想到的是从cache中获取这个单例的bean，这个缓存就是singletonObjects。主要调用方法就就是：


    
    

      
      
      
      
       
       
        
        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);
       
       
      
      


      
      
      
      
       
       
        
        }

上面的代码需要解释两个参数：

isSingletonCurrentlyInCreation()判断当前单例bean是否正在创建中，也就是没有初始化完成(比如A的构造器依赖了B对象所以得先去创建B对象，或则在A的populateBean过程中依赖了B对象，得先去创建B对象，这时的A就是处于创建中的状态。)
allowEarlyReference 是否允许从singletonFactories中通过getObject拿到对象

分析getSingleton()的整个过程，Spring首先从一级缓存singletonObjects中获取。如果获取不到，并且对象正在创建中，就再从二级缓存earlySingletonObjects中获取。如果还是获取不到且允许singletonFactories通过getObject()获取，就从三级缓存singletonFactory.getObject()(三级缓存)获取，如果获取到了则：


    
    

      
      
      
      
       
       
        
        this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
       
       
      
      


      
      
      
      
       
                               
        
        this.singletonFactories.remove(beanName);

从singletonFactories中移除，并放入earlySingletonObjects中。其实也就是从三级缓存移动到了二级缓存。

从上面三级缓存的分析，我们可以知道，Spring解决循环依赖的诀窍就在于singletonFactories这个三级cache。这个cache的类型是ObjectFactory，定义如下：


    
    

      
      
      
      
       
       
        
        public 
        
        interface 
        
        ObjectFactory<
        
        T> {
       
       
      
      


      
      
      
      
       
           
        
        T getObject() throws BeansException;
       
       
      
      


      
      
      
      
       
       
        
        }

这个接口在下面被引用


    
    

      
      
      
      
       
       
        
        protected 
        
        void 
        
        addSingletonFactory
        
        (String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
       
       
      
      


      
      
      
      
       
       
        
            Assert.notNull(singletonFactory, 
        
        "Singleton factory must not be null");
       
       
      
      


      
      
      
      
       
           
        
        synchronized (
        
        this.singletonObjects) {
       
       
      
      


      
      
      
      
       
               
        
        if (!
        
        this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
       
       
      
      


      
      
      
      
       
                   
        
        this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
       
       
      
      


      
      
      
      
       
                   
        
        this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
       
       
      
      


      
      
      
      
       
                   
        
        this.registeredSingletons.add(beanName);
       
       
      
      


      
      
      
      
       
       
        
                }
       
       
      
      


      
      
      
      
       
       
        
            }
       
       
      
      


      
      
      
      
       
       
        
        }

这里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(调用了构造器)。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，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对象完成了初始化。

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！因为加入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

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