【Spring】Spring中的循环依赖及解决
什么是循环依赖?
就是A对象依赖了B对象,B对象依赖了A对象。
比如:
// A依赖了B
class A{
public B b;
} // B依赖了A
class B{
public A a;
}
那么循环依赖是个问题吗?
如果不考虑Spring,循环依赖并不是问题,因为对象之间相互依赖是很正常的事情。
比如
A a = new A();
B b = new B(); a.b = b;
b.a = a;
这样,A,B就依赖上了。
但是,在Spring中循环依赖就是一个问题了,为什么?
因为,在Spring中,一个对象并不是简单new出来了,而是会经过一系列的Bean的生命周期,就是因为Bean的生命周期所以才会出现循环依赖问题。当然,在Spring中,出现循环依赖的场景很多,有的场景Spring自动帮我们解决了,而有的场景则需要程序员来解决,下文详细来说。
要明白Spring中的循环依赖,得先明白Spring中Bean的生命周期。
Bean的生命周期
这里不会对Bean的生命周期进行详细的描述,只描述一下大概的过程。
Bean的生命周期指的就是:在Spring中,Bean是如何生成的?
被Spring管理的对象叫做Bean。Bean的生成步骤如下:
1. Spring扫描class得到BeanDefinition
2. 根据得到的BeanDefinition去生成bean
3. 首先根据class推断构造方法
4. 根据推断出来的构造方法,反射,得到一个对象(暂时叫做原始对象)
5. 填充原始对象中的属性(依赖注入)
6. 如果原始对象中的某个方法被AOP了,那么则需要根据原始对象生成一个代理对象
7. 把最终生成的代理对象放入单例池(源码中叫做singletonObjects)中,下次getBean时就直接从单例池拿即可
可以看到,对于Spring中的Bean的生成过程,步骤还是很多的,并且不仅仅只有上面的7步,还有很多很多,比如Aware回调、初始化等等,这里不详细讨论。
可以发现,在Spring中,构造一个Bean,包括了new这个步骤(第4步构造方法反射)。
得到一个原始对象后,Spring需要给对象中的属性进行依赖注入,那么这个注入过程是怎样的?
比如上文说的A类,A类中存在一个B类的b属性,所以,当A类生成了一个原始对象之后,就会去给b属性去赋值,此时就会根据b属性的类型和属性名去BeanFactory中去获取B类所对应的单例bean。如果此时BeanFactory中存在B对应的Bean,那么直接拿来赋值给b属性;如果此时BeanFactory中不存在B对应的Bean,则需要生成一个B对应的Bean,然后赋值给b属性。
问题就出现在第二种情况,如果此时B类在BeanFactory中还没有生成对应的Bean,那么就需要去生成,就会经过B的Bean的生命周期。
那么在创建B类的Bean的过程中,如果B类中存在一个A类的a属性,那么在创建B的Bean的过程中就需要A类对应的Bean,但是,触发B类Bean的创建的条件是A类Bean在创建过程中的依赖注入,所以这里就出现了循环依赖:
ABean创建-->依赖了B属性-->触发BBean创建--->B依赖了A属性--->需要ABean(但ABean还在创建过程中)
从而导致ABean创建不出来,BBean也创建不出来。
这是循环依赖的场景,但是上文说了,在Spring中,通过某些机制帮开发者解决了部分循环依赖的问题,这个机制就是三级缓存。
三级缓存
三级缓存是通用的叫法。
一级缓存为:singletonObjects
二级缓存为:earlySingletonObjects
三级缓存为:singletonFactories
先稍微解释一下这三个缓存的作用,后面详细分析:
singletonObjects中缓存的是已经经历了完整生命周期的bean对象。
earlySingletonObjects比singletonObjects多了一个early,表示缓存的是早期的bean对象。早期是什么意思?表示Bean的生命周期还没走完就把这个Bean放入earlySingletonObjects。
singletonFactories中缓存的是ObjectFactory,表示对象工厂,用来创建某个对象的。
解决循环依赖思路分析
先来分析为什么缓存能解决循环依赖。
上文分析得到,之所以产生循环依赖的问题,主要是:
A创建时--->需要B---->B去创建--->需要A,从而产生了循环
那么如何打破这个循环,加个中间人(缓存)
A的Bean在创建过程中,在进行依赖注入之前,先把A的原始Bean放入缓存(提早暴露,只要放到缓存了,其他Bean需要时就可以从缓存中拿了),放入缓存后,再进行依赖注入,此时A的Bean依赖了B的Bean,如果B的Bean不存在,则需要创建B的Bean,而创建B的Bean的过程和A一样,也是先创建一个B的原始对象,然后把B的原始对象提早暴露出来放入缓存中,然后在对B的原始对象进行依赖注入A,此时能从缓存中拿到A的原始对象(虽然是A的原始对象,还不是最终的Bean),B的原始对象依赖注入完了之后,B的生命周期结束,那么A的生命周期也能结束。
因为整个过程中,都只有一个A原始对象,所以对于B而言,就算在属性注入时,注入的是A原始对象,也没有关系,因为A原始对象在后续的生命周期中在堆中没有发生变化。
从上面这个分析过程中可以得出,只需要一个缓存就能解决循环依赖了,那么为什么Spring中还需要singletonFactories呢?
这是难点,基于上面的场景想一个问题:如果A的原始对象注入给B的属性之后,A的原始对象进行了AOP产生了一个代理对象,此时就会出现,对于A而言,它的Bean对象其实应该是AOP之后的代理对象,而B的a属性对应的并不是AOP之后的代理对象,这就产生了冲突。
B依赖的A和最终的A不是同一个对象。
那么如何解决这个问题?这个问题可以说没有办法解决。
因为在一个Bean的生命周期最后,Spring提供了BeanPostProcessor可以去对Bean进行加工,这个加工不仅仅只是能修改Bean的属性值,也可以替换掉当前Bean。
举个例子:
@Component
public class User {
}
@Component
public class TestBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor { @Override
public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException { // 生成了一个新的User对象
if (beanName.equals("user")) {
System.out.println(bean);
User user = new User();
return user;
} return bean;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) { AnnotationConfigApplicationContext context =
new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class); User user = context.getBean("user", User.class);
System.out.println(user); }
}
运行main方法,得到的打印如下:
com.test.service.User@67gh4rt3
com.test.service.User@56tr75b3
所以在BeanPostProcessor中可以完全替换掉某个beanName对应的bean对象。
而BeanPostProcessor的执行在Bean的生命周期中是处于属性注入之后的,循环依赖是发生在属性注入过程中的,所以很有可能导致,注入给B对象的A对象和经历过完整生命周期之后的A对象,不是一个对象。这就是有问题的。
所以在这种情况下的循环依赖,Spring是解决不了的,因为在属性注入时,Spring也不知道A对象后续会经过哪些BeanPostProcessor以及会对A对象做什么处理。
Spring到底解决了哪种情况下的循环依赖
虽然上面的情况可能发生,但是肯定发生得很少,我们通常在开发过程中,不会这样去做,但是,某个beanName对应的最终对象和原始对象不是一个对象却会经常出现,这就是AOP。
AOP就是通过一个BeanPostProcessor来实现的,这个BeanPostProcessor就是AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator,它的父类是AbstractAutoProxyCreator,而在Spring中AOP利用的要么是JDK动态代理,要么CGLib的动态代理,所以如果给一个类中的某个方法设置了切面,那么这个类最终就需要生成一个代理对象。
一般过程就是:A类--->生成一个普通对象-->属性注入-->基于切面生成一个代理对象-->把代理对象放入singletonObjects单例池中。
而AOP可以说是Spring中除开IOC的另外一大功能,而循环依赖又是属于IOC范畴的,所以这两大功能想要并存,Spring需要特殊处理。
如何处理的,就是利用了第三级缓存singletonFactories。
首先,singletonFactories中存的是某个beanName对应的ObjectFactory,在bean的生命周期中,生成完原始对象之后,就会构造一个ObjectFactory存入singletonFactories中。这个ObjectFactory是一个函数式接口,所以支持Lambda表达式:() -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean)
上面的Lambda表达式就是一个ObjectFactory,执行该Lambda表达式就会去执行getEarlyBeanReference方法,而该方法如下:
protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
Object exposedObject = bean;
if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {
SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
}
}
}
return exposedObject;
}
该方法会去执行SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor中的getEarlyBeanReference方法,而这个接口下的实现类中只有两个类实现了这个方法,一个是AbstractAutoProxyCreator,一个是InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter,它的实现如下:
// InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {
return bean;
}
// AbstractAutoProxyCreator
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}
所以很明显,在整个Spring中,默认就只有AbstractAutoProxyCreator真正意义上实现了getEarlyBeanReference方法,而该类就是用来进行AOP的。上文提到的AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator的父类就是AbstractAutoProxyCreator。
那么getEarlyBeanReference方法到底在干什么?
首先得到一个cachekey,cachekey就是beanName。
然后把beanName和bean(这是原始对象)存入earlyProxyReferences中
调用wrapIfNecessary进行AOP,得到一个代理对象。
那么,什么时候会调用getEarlyBeanReference方法呢?回到循环依赖的场景中
左边文字:
这个ObjectFactory就是上文说的labmda表达式,中间有getEarlyBeanReference方法,注意存入singletonFactories时并不会执行lambda表达式,也就是不会执行getEarlyBeanReference方法
右边文字:
从singletonFactories根据beanName得到一个ObjectFactory,然后执行ObjectFactory,也就是执行getEarlyBeanReference方法,此时会得到一个A原始对象经过AOP之后的代理对象,然后把该代理对象放入earlySingletonObjects中,注意此时并没有把代理对象放入singletonObjects中,那什么时候放入到singletonObjects中呢?
这个时候得来理解一下earlySingletonObjects的作用,此时,我们只得到了A原始对象的代理对象,这个对象还不完整,因为A原始对象还没有进行属性填充,所以此时不能直接把A的代理对象放入singletonObjects中,所以只能把代理对象放入earlySingletonObjects,假设现在有其他对象依赖了A,那么则可以从earlySingletonObjects中得到A原始对象的代理对象了,并且是A的同一个代理对象。
当B创建完了之后,A继续进行生命周期,而A在完成属性注入后,会按照它本身的逻辑去进行AOP,而此时我们知道A原始对象已经经历过了AOP,所以对于A本身而言,不会再去进行AOP了,那么怎么判断一个对象是否经历过了AOP呢?会利用上文提到的earlyProxyReferences,在AbstractAutoProxyCreator的postProcessAfterInitialization方法中,会去判断当前beanName是否在earlyProxyReferences,如果在则表示已经提前进行过AOP了,无需再次进行AOP。
对于A而言,进行了AOP的判断后,以及BeanPostProcessor的执行之后,就需要把A对应的对象放入singletonObjects中了,但是我们知道,应该是要A的代理对象放入singletonObjects中,所以此时需要从earlySingletonObjects中得到代理对象,然后入singletonObjects中。
整个循环依赖解决完毕。
总结
总结一下三级缓存:
1. singletonObjects:缓存某个beanName对应的经过了完整生命周期的bean
2. earlySingletonObjects:缓存提前拿原始对象进行了AOP之后得到的代理对象,原始对象还没有进行属性注入和后续的BeanPostProcessor等生命周期
3. singletonFactories:缓存的是一个ObjectFactory,主要用来去生成原始对象进行了AOP之后得到的代理对象,在每个Bean的生成过程中,都会提前暴露一个工厂,这个工厂可能用到,也可能用不到,如果没有出现循环依赖依赖本bean,那么这个工厂无用,本bean按照自己的生命周期执行,执行完后直接把本bean放入singletonObjects中即可,如果出现了循环依赖依赖了本bean,则另外那个bean执行ObjectFactory提交得到一个AOP之后的代理对象(如果有AOP的话,如果无需AOP,则直接得到一个原始对象)。
4. 其实还要一个缓存,就是earlyProxyReferences,它用来记录某个原始对象是否进行过AOP了
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