Spring中循环依赖的解决方法详析

Z时代
2024-01-10
分类：综合

前言

说起Spring中循环依赖的解决办法，相信很多园友们都或多或少的知道一些，但当真的要详细说明的时候，可能又没法一下将它讲清楚。本文就试着尽自己所能，对此做出一个较详细的解读。另，需注意一点，下文中会出现类的实例化跟类的初始化两个短语，为怕园友迷惑，事先声明一下，本文的实例化是指刚执行完构造器将一个对象new出来，但还未填充属性值的状态，而初始化是指完成了属性的依赖注入。

一、先说说Spring解决的循环依赖是什么

Java中的循环依赖分两种，一种是构造器的循环依赖，另一种是属性的循环依赖。

构造器的循环依赖就是在构造器中有属性循环依赖，如下所示的两个类就属于构造器循环依赖：


@Service
public class Student {
  @Autowired
  private Teacher teacher;
  public Student (Teacher teacher) {
    System.out.println("Student init1:" + teacher);
  }
  public void learn () {
    System.out.println("Student learn");
  }
}


@Service
public class Teacher {
  @Autowired
  private Student student;
  public Teacher (Student student) {
    System.out.println("Teacher init1:" + student);
  }
  public void teach () {
    System.out.println("teach:");
    student.learn();
  }
}

这种循环依赖没有什么解决办法，因为JVM虚拟机在对类进行实例化的时候，需先实例化构造器的参数，而由于循环引用这个参数无法提前实例化，故只能抛出错误。

Spring解决的循环依赖就是指属性的循环依赖，如下所示：


@Service
public class Teacher {
  @Autowired
  private Student student;
  public Teacher () {
    System.out.println("Teacher init1:" + student);
  }
  public void teach () {
    System.out.println("teach:");
    student.learn();
  }
}


@Service
public class Student {
  @Autowired
  private Teacher teacher;
  public Student () {
    System.out.println("Student init:" + teacher);
  }
  public void learn () {
    System.out.println("Student learn");
  }
}

测试扫描类：


 @ComponentScan(value = "myPackage")
 public class ScanConfig {
 }

测试启动类：


public class SpringTest {
  public static void main(String[] args) {
    AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(ScanConfig.class);
    applicationContext.getBean(Teacher.class).teach();
  }
}

测试类执行结果：

Student init:null

Teacher init:null

teach:

Student learn

可以看到，在构造器执行的时候未完成属性的注入，而在调用方法的时候已经完成了注入。下面就一起看看Spring内部是在何时完成的属性注入，又是如何解决的循环依赖。

二、循环依赖与属性注入

1、对于非懒加载的类，是在refresh方法中的 finishBeanFactoryInitialization(beanFactory) 方法完成的包扫描以及bean的初始化，下面就一起追踪下去。


 protected void finishBeanFactoryInitialization(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
 // 其他代码
 // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
 beanFactory.preInstantiateSingletons();
 }

可以看到调用了beanFactory的一个方法，此处的beanFactory就是指我们最常见的那个DefaultListableBeanFactory，下面看它里面的这个方法。

2、DefaultListableBeanFactory的preInstantiateSingletons方法


public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
    List<String> beanNames = new ArrayList<>(this.beanDefinitionNames);
    // Trigger initialization of all non-lazy singleton beans...
    for (String beanName : beanNames) {
      RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
      if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton() && !bd.isLazyInit()) { // 判断为非抽象类、是单例、非懒加载 才给初始化
        if (isFactoryBean(beanName)) {
          // 无关代码（针对FactoryBean的处理）
        }
        else {
          // 重要！！！普通bean就是在这里初始化的
          getBean(beanName);
        }
      }
    }
    // 其他无关代码 
  }

可以看到，就是在此方法中循环Spring容器中所有的bean，依次对其进行初始化，初始化的入口就是getBean方法

3、AbstractBeanFactory的getBean跟doGetBean方法

追踪getBean方法：


 public Object getBean(String name) throws BeansException {
 return doGetBean(name, null, null, false);
 }

可见引用了重载的doGetBean方法，继续追踪之：


protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,
      @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
    final String beanName = transformedBeanName(name);
    Object bean;
     // 方法1）从三个map中获取单例类
    Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
    // 省略无关代码
    }
    else {
      // 如果是多例的循环引用，则直接报错
      if (isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)) {
        throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
      }
      // 省略若干无关代码
      try {
        // Create bean instance.
        if (mbd.isSingleton()) {
          // 方法2) 获取单例对象
          sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
            try { //方法3) 创建ObjectFactory中getObject方法的返回值
              return createBean(beanName, mbd, args);
            }
            catch (BeansException ex) {
              // Explicitly remove instance from singleton cache: It might have been put there
              // eagerly by the creation process, to allow for circular reference resolution.
              // Also remove any beans that received a temporary reference to the bean.
              destroySingleton(beanName);
              throw ex;
            }
          });
          bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
        }
     }
    // 省略若干无关代码
    return (T) bean;
  }

该方法比较长，对于解决循环引用来说，上面标出来的3个方法起到了至关重要的作用，下面我们挨个攻克。

3.1） getSingleton(beanName)方法：注意该方法跟方法2）是重载方法，名字一样内部逻辑却大相径庭。


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

通过上面的步骤可以看出这三个map的优先级。其中singletonObjects里面存放的是初始化之后的单例对象；earlySingletonObjects中存放的是一个已完成实例化未完成初始化的早期单例对象；而singletonFactories中存放的是ObjectFactory对象，此对象的getObject方法返回值即刚完成实例化还未开始初始化的单例对象。所以先后顺序是，单例对象先存在于singletonFactories中，后存在于earlySingletonObjects中，最后初始化完成后放入singletonObjects中。

当debug到此处时，以上述Teacher和Student两个循环引用的类为例，如果第一个走到这一步的是Teacher，则从此处这三个map中get到的值都是空，因为还未添加进去。这个方法主要是给循环依赖中后来过来的对象用。

3.2）getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory)方法：


public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(beanName, "Bean name must not be null");
    synchronized (this.singletonObjects) {
      Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
      if (singletonObject == null) {
        // 省略无关代码
        beforeSingletonCreation(beanName); // 步骤A
        boolean newSingleton = false;
        // 省略无关代码
        try {
          singletonObject = singletonFactory.getObject();// 步骤B
          newSingleton = true;
        }
        // 省略无关代码
        finally {
          if (recordSuppressedExceptions) {
            this.suppressedExceptions = null;
          }
          afterSingletonCreation(beanName);// 步骤C
        }
        if (newSingleton) {
          addSingleton(beanName, singletonObject);// 步骤D
        }
      }
      return singletonObject;
    }
  }

获取单例对象的主要逻辑就是此方法实现的，主要分为上面四个步骤，继续挨个看：

步骤A：


 protected void beforeSingletonCreation(String beanName) {
 // 判断，并首次将beanName即teacher放入singletonsCurrentlyInCreation中
 if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName)) {
 throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
 }
 }

步骤C：


 protected void afterSingletonCreation(String beanName) {
 // 得到单例对象后，再讲beanName从singletonsCurrentlyInCreation中移除
 if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.remove(beanName)) {
 throw new IllegalStateException("Singleton '" + beanName + "' isn't currently in creation");
 }
 }

步骤D：


protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
    synchronized (this.singletonObjects) {
      this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);//添加单例对象到map中
      this.singletonFactories.remove(beanName);//从早期暴露的工厂中移除，此map在解决循环依赖中发挥了关键的作用
      this.earlySingletonObjects.remove(beanName);//从早期暴露的对象map中移除
      this.registeredSingletons.add(beanName);//添加到已注册的单例名字集合中
    }
  }

步骤B：

此处调用了ObjectFactory的getObject方法，此方法是在哪里实现的呢？返回的又是什么？且往回翻，找到3中的方法3，对java8函数式编程有过了解的园友应该能看出来，方法3 【createBean(beanName, mbd, args)】的返回值就是getObject方法的返回值，即方法3返回的就是我们需要的单例对象，下面且追踪方法3而去。

3.3）AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBean(java.lang.String, org.springframework.beans.factory.support.RootBeanDefinition, java.lang.Object[]) 方法


protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
      throws BeanCreationException {
    // 省略无关代码
    try {
      Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
      return beanInstance;
    }
    // 省略无关代码
  }

去掉无关代码之后，关键方法只有doCreateBean方法，追踪之：


protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
      throws BeanCreationException {
    BeanWrapper instanceWrapper = null;
    // 省略代码
    if (instanceWrapper == null) {
      // 实例化bean
      instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
    }
    boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
        isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
    if (earlySingletonExposure) {
      // 重点！！！将实例化的对象添加到singletonFactories中 
      addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
    }
    // 初始化bean
    Object exposedObject = bean;
    try {
      populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);//也很重要
      exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
    }
    // 省略无关代码
    return exposedObject;
}

上面注释中标出的重点是此方法的关键。在addSingletonFactory方法中，将第二个参数ObjectFactory存入了singletonFactories供其他对象依赖时调用。然后下面的populateBean方法对刚实例化的bean进行属性注入（该方法关联较多，本文暂时不展开追踪了，有兴趣的园友自行查看即可），如果遇到Spring中的对象属性，则再通过getBean方法获取该对象。至此，循环依赖在Spring中的处理过程已经追溯完毕，下面我们总结一下。

小结

属性注入主要是在populateBean方法中进行的。对于循环依赖，以我们上文中的Teacher中注入了Student、Student中注入了Teacher为例来说明，假定Spring的加载顺序为先加载Teacher，再加载Student。

getBean方法触发Teacher的初始化后：

a. 首先走到3中的方法1），此时map中都为空，获取不到实例；

b. 然后走到方法2）中，步骤A、步骤C、步骤D为控制map中数据的方法，实现简单，可暂不关注。其中步骤B的getObject方法触发对方法3)的调用；

c. 在方法3）中，先通过createBeanInstance实例化Teacher对象，又将该实例化的对象通过addSingletonFactory方法放入singletonFactories中，完成Teacher对象早期的暴露；

d. 然后在方法3）中通过populateBean方法对Teacher对象进行属性的注入，发现它有一个Student属性，则触发getBean方法对Student进行初始化

e. 重复a、b、c步骤，只是此时要初始化的是Student对象

f. 走到d的时候，调用populateBean对Student对象进行属性注入，发现它有一个Teacher属性，则触发getBean方法对Teacher进行初始化；

g. 对Teacher进行初始化，又来到a，但此时map已经不为空了，因为之前在c步骤中已经将Teacher实例放入了singletonFactories中，a中得到Teacher实例后返回；

h.完成f中对Student的初始化，继而依次往上回溯完成Teacher的初始化；

完成Teacher的初始化后，Student的初始化就简单了，因为map中已经存了这个单例。