Spring 如何解决循环依赖

1. 前言
2. Spring 解决循环依赖的流程分析
- 2.1. 三级缓存
- 2.2. 流程分析
  - 2.2.1. Spring 如何解决循环依赖
3. 不同的循环依赖场景分析
4. 出现循环依赖如何解决
5. 总结

1. 前言

1.1. 什么是循环依赖？

循环依赖：一个或多个对象实例之间存在直接或间接的依赖关系，这种依赖关系构成了构成一个环形调用。

第一种情况：自己依赖自己的直接依赖
第二种情况：两个对象之间的直接依赖
第三种情况：多个对象之间的间接依赖

1.2. Spring 创建 Bean 主要流程

1.2.1. 实例化 Bean

// org/springframework/beans/factory/support/AbstractAutowireCapableBeanFactory.java#doCreateBean
instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);

主要是通过反射调用默认构造函数创建 Bean 实例，此时 Bean 的属性都还是默认值 null。被注解 @Bean 标记的方法就是此阶段被调用的。

1.2.2. 填充 Bean 属性

// org/springframework/beans/factory/support/AbstractAutowireCapableBeanFactory.java#doCreateBean
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);

这一步主要是对 Bean 的依赖属性进行填充，对 @Value、@Autowired、@Resource 注解标注的属性注入对象引用。

1.2.3. 调用 Bean 初始化方法

// org/springframework/beans/factory/support/AbstractAutowireCapableBeanFactory.java#doCreateBean
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);

调用配置指定中的 init 方法，例如，如果 xml 文件指定 Bean 的 init-method 方法或注解 @Bean(initMethod = "initMethod") 指定的方法。

1.3. BeanPostProcessor 接口拓展点

在 Bean 创建的流程中 Spring 提供了多个 BeanPostProcessor 接口方便开发者对 Bean 进行自定义调整和加工。

有以下几种 BeanPostProcessor 接口比较常用：

postProcessMergedBeanDefinition：可对 BeanDefinition 添加额外的自定义配置；
getEarlyBeanReference：返回早期暴露的 Bean 引用，一个典型的例子是循环依赖时如果有动态代理，需要在此先返回代理实例；
postProcessAfterInstantiation：在 populateBean 前用户可以手动注入一些属性；
postProcessProperties：对属性进行注入，例如配置文件加密信息在此解密后注入；
postProcessBeforeInitialization：属性注入后的一些额外操作；
postProcessAfterInitialization：实例完成创建的最后一步，这里也是一些 BPP 进行 AOP 代理的时机。

最后，对 Bean 的生命流程进行一个流程图的总结：

Spring 的动态代理（AOP）就是通过 BeanPostProcessor 实现的（图中的 3.4 步），其中 AbstractAutoProxyCreator 是十分典型的自动代理类，它实现了 SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor 接口，并重写了 getEarlyBeanReference 和 postProcessAfterInitialization 两个方法实现代理的逻辑，这样完成对原始 Bean 进行增强，生成新 Bean 对象，将增强后的新 Bean 对象注入到属性依赖中。

2. Spring 解决循环依赖的流程分析

注意，我们需要在 Spring 里面使能运行循环依赖的配置项，这样才能支持循环依赖：

spring.main.allow-circular-references=true

2.1. 三级缓存

// org/springframework/beans/factory/support/DefaultSingletonBeanRegistry.java
public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {
    // ...
    /** Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
    private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

    /** Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
    private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

    /** Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
    private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(16);
    // ...
}

三级缓存：

singletonObjects：一级缓存

主要存放的是已经完成实例化、属性填充和初始化所有步骤的单例 Bean 实例，这样的 Bean 能够直接提供给用户使用，我们称之为终态 Bean 或叫成熟 Bean。
earlySingletonObjects：二级缓存

主要存放的已经完成初始化，但属性还没自动赋值的 Bean，这些 Bean 还不能提供用户使用，只是用于提前暴露的 Bean 实例，我们把这样的 Bean 称之为临时 Bean 或早期的 Bean（半成品 Bean）。
singletonFactories：三级缓存

存放的是 ObjectFactory 的匿名内部类实例，调用 ObjectFactory.getObject() 最终会调用 getEarlyBeanReference 方法，该方法可以获取提前暴露的单例 Bean 引用。

2.2. 流程分析

Spring 通过三级缓存解决了循环依赖，其中，一级缓存为单例池（singletonObjects），二级缓存为早期曝光对象 earlySingletonObjects，三级缓存为早期曝光对象工厂（singletonFactories）。

当 A、B 两个类发生循环引用时，在 A 完成实例化后，就使用实例化后的对象去创建一个对象工厂，并添加到三级缓存中，如果 A 被 AOP 代理，那么，通过这个工厂获取到的就是 A 代理后的对象，如果 A 没有被 AOP 代理，那么，这个工厂获取到的就是 A 实例化的对象。

当 A 进行属性注入时，会去创建 B，同时，B 又依赖了 A，所以，创建 B 的同时又会去调用 getBean(a) 来获取需要的依赖，此时的 getBean(a) 会从缓存中获取，第一步，先获取到三级缓存中的工厂；第二步，调用对象工工厂的getObject方法来获取到对应的对象，得到这个对象后将其注入到 B 中。紧接着 B 会走完它的生命周期流程，包括初始化、后置处理器等。当 B 创建完后，会将 B 再注入到 A 中，此时， A 再完成它的整个生命周期。

通过上述流程，可以看出 bean 都是需要先可以被实例化才可以的，所以，这也就是为什么构造器依赖可能会失败的原因。

例如，Bean A 的构造器依赖 B，而实例化 A 需要先调用 A 的构造函数，发现依赖 B，那么，需要再去初始化 B，但是，B 也依赖 A，不管 B 是通过构造器注入还是 setter 注入，此时，由于 A 没有被实例化，没有放入三级缓存，所以， B 无法被初始化，所以，spring 会直接报错。反之，如果 A 通过 setter 注入的话，那么，则可以通过构造函数先实例化，放入缓存，然后再填充属性，这样的话不管 B 是通过 setter 还是构造器注入 A，都能在缓存中获取到，于是可以初始化。

2.2.1. Spring 如何解决循环依赖

在 Spring 中，只有同时满足以下两点才能解决循环依赖的问题：

依赖的 Bean 必须都是单例
依赖注入的方式，必须不全是构造器注入，且 beanName 字母序在前的不能是构造器注入

spring 的 bean 加载顺序：默认情况下，是按照文件完整路径递归查找的，按路径 + 文件名排序，排在前面的先加载。

2.2.1.1. 为什么必须是单例

如果循环依赖的 Bean 是原型模式，会直接抛错，其源码如下：

// org/springframework/beans/factory/support/AbstractBeanFactory.java
protected <T> T doGetBean(String name, @Nullable Class<T> requiredType, @Nullable Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
    // ...

    // Fail if we're already creating this bean instance:
    // We're assumably within a circular reference.
    if (isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)) {
        throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
    }

    // ...
}

2.2.1.2. 为什么无法支持原型对象

因为原型模式都需要创建新的对象，不能用以前的对象。

如果 Bean A 和 Bean B 都是原型模式的话，那么，

创建 A1 需要创建一个 B1；
创建 B1 的时候要创建一个 A2；
创建 A2 又要创建一个 B2；
创建 B2 又要创建一个 A3；
创建 A3 又要创建一个 B3
...

就会陷入死循环。

如果是单例的话，创建 A 需要创建 B，而创建的 B 需要的还是之前的个 A。

2.2.1.3. 为什么不能全是构造器注入

在 Spring 中创建 Bean 分三步:

实例化：createBeanInstance，就是 new 了一个对象
属性注入：populateBean，就是 set 了一些属性值
初始化：initializeBean，执行一些 aware 接口中的方法，initMethod、AOP 代理等

如果全是构造器注入，例如，A的构造器 A(B b)，那就表明在 new 的时候，就需要得到 B，此时需要 new B(A a) 。

但是，B 也是要在构造的时候注入 A ，即 B(A a)，这时候， B 需要在一个 map 中找到不完整的 A ，就会发现找不到，从而导致 Bean 创建失败。

2.2.1.4. 为什么循环依赖需要三级缓存，二级不够吗

思考：如果在实例化 Bean A 之后，在二级 map 里面保存这个 A，然后继续属性注入。发现 A 依赖 B，所以要创建 Bean B，这时候， B 就能从二级缓存得到 A ，完成 B 的建立之后， Bean A 似乎也能完成实例化。

很明显，如果仅仅只是为了解决循环依赖，二级缓存够了，根本就不必要三级缓存。但是，如果我们希望对添加到三级缓存中的实例对象进行增强（例如，AOP），直接用实例对象是行不通的。

但是我们都知道对象如果有代理的话，那么，我们希望直接拿到的是代理对象。

也就是说如果 A 需要被代理，那么， B 依赖的 A 是已经被代理的 A，所以，我们不能返回 A 给 B，而是返回 A 的代理对象给 B。

其核心的代码实现如下：

// org/springframework/beans/factory/support/AbstractBeanFactory.java
protected <T> T doGetBean(String name, @Nullable Class<T> requiredType, @Nullable Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
    // ...

    // Eagerly cache singletons to be able to resolve circular references
    // even when triggered by lifecycle interfaces like BeanFactoryAware.
    boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
            isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
    if (earlySingletonExposure) {
        addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
    }

    // ...
}

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
    Object exposedObject = bean;
    // 判断是否有后置处理器
    if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
        // Bean需要被AOP代理
        for (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessorCache().smartInstantiationAware) {
            exposedObject = bp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
        }
    }
    return exposedObject;
}

protected <T> T doGetBean(String name, @Nullable Class<T> requiredType, @Nullable Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
    // ...
    if (mbd.isSingleton()) {
        sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
            try {
                return createBean(beanName, mbd, args); // 创建单例Bean
            }
            catch (BeansException ex) {
                destroySingleton(beanName);
                throw ex;
            }
        });
        beanInstance = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
    }
    // ...
}

三级工厂的作用就是判断这个对象是否需要代理，如果否则直接返回，如果是则返回代理对象。

2.2.1.5. 为什么代理对象没有放在二级缓存中

通常代理对象的生成是基于后置处理器，是在被代理的对象初始化后期调用生成的，所以，如果我们提早代理了其实是违背了 Bean 定义的生命周期。所以， Spring 先在一个三级缓存放置一个工厂，如果产生循环依赖，那么，就调用这个工厂提早得到代理对象。

如果没产生依赖，这个工厂根本不会被调用，所以，Bean 的生命周期就是对的。

3. 不同的循环依赖场景分析

spring 中出现循环依赖主要有以下场景：

3.1. 单例的 setter 注入（启动成功）

EmployeeService

public class EmployeeService {
    @Autowired
    private CompanyService companyService;

    @Override
    public String toString() {
        return "EmployeeService";
    }
}

CompanyService

@Service
public class CompanyService {
    @Autowired
    private EmployeeService employeeService;

    @Override
    public String toString() {
        return "CompanyService";
    }
}

这是一个经典的循环依赖，但是它能正常运行，得益于 spring 的内部机制，让我们根本无法感知它有问题，因为 spring 默默帮我们解决了。

spring内部有三级缓存：

singletonObjects：一级缓存，用于保存实例化、注入、初始化完成的bean实例
earlySingletonObjects：二级缓存，用于保存实例化完成的bean实例
singletonFactories：三级缓存，用于保存bean创建工厂，以便于后面扩展有机会创建代理对象。

spring 解决循环依赖的流程如下：

3.2. 多例的 setter 注入（启动成功）

@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
@Service
publicclass TestService1 {

    @Autowired
    private TestService2 testService2;

    public void test1() {
    }
}

@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
@Service
publicclass TestService2 {

    @Autowired
    private TestService1 testService1;

    public void test2() {
    }
}

这种情况，spring容器可以启动成功。

spring IOC 容器的初始化流程可以看出：非抽象、单例并且非懒加载的类才能被提前初始 bean。

// org/springframework/beans/factory/support/DefaultListableBeanFactory.java
public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
    // ..
    // Trigger initialization of all non-lazy singleton beans...
    for (String beanName : beanNames) {
        RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
        if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton() && !bd.isLazyInit()) {
            if (isFactoryBean(beanName)) {
                Object bean = getBean(FACTORY_BEAN_PREFIX + beanName);
                if (bean instanceof SmartFactoryBean<?> smartFactoryBean && smartFactoryBean.isEagerInit()) {
                    getBean(beanName);
                }
            }
            else {
                getBean(beanName);
            }
        }
    }
    // ...
}

而多实例的类，即 SCOPE_PROTOTYPE 类型，不会被提前初始化bean，所以程序能够正常启动。

注意，如果这个多实例 Bean 被其他的单例 Bean 依赖了，就会导致启动失败。

3.3. 构造器注入（启动失败）

@Service
publicclass TestService1 {
    public TestService1(TestService2 testService2) {
    }
}

@Service
publicclass TestService2 {
    public TestService2(TestService1 testService1) {
    }
}

这种场景会导致启动失败。

出构造器注入没能添加到三级缓存，也没有使用缓存，所以也无法解决循环依赖问题。

3.4. 单例的代理对象setter注入（可能会启动失败）

这种注入方式其实也比较常用，例如，使用 @Async 注解的场景，会通过 AOP 自动生成代理对象。

@Service
publicclass TestService1 {

    @Autowired
    private TestService2 testService2;

    @Async
    public void test1() {
    }
}

@Service
publicclass TestService2 {

    @Autowired
    private TestService1 testService1;

    public void test2() {
    }
}

这种情况下的循环依赖，spring 就无法解决，就会导致启动报错。

它的启动过程如下：

bean初始化完成之后，后面还有一步去检查：第二级缓存和原始对象是否相等。

如果这时候把TestService1改个名字，改成 TestService6，其他的都不变，就可以解决启动依赖报错的问题了：

@Service
publicclass TestService6 {

    @Autowired
    private TestService2 testService2;

    @Async
    public void test1() {
    }
}

这种情况下，TestService2 会比 TestService6 先加载，这种情况下就不会有问题

这种情况下，testService6 中其实第二级缓存是空的，不需要跟原始对象判断，所以不会抛出循环依赖。

3.5. DependsOn 循环依赖（启动失败）

@DependsOn(value = "testService2")
@Service
publicclass TestService1 {
    @Autowired
    private TestService2 testService2;
}

@DependsOn(value = "testService1")
@Service
publicclass TestService2 {
    @Autowired
    private TestService1 testService1;
}

这种情况会导致启动失败。

其中，相关代码实现如下：

// org/springframework/beans/factory/support/AbstractBeanFactory.java
protected <T> T doGetBean(String name, @Nullable Class<T> requiredType, @Nullable Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
    // ...
    String[] dependsOn = mbd.getDependsOn();
    if (dependsOn != null) {
        for (String dep : dependsOn) {
            if (isDependent(beanName, dep)) {
                throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
                        "Circular depends-on relationship between '" + beanName + "' and '" + dep + "'");
            }
            registerDependentBean(dep, beanName);
            try {
                getBean(dep);
            }
            catch (NoSuchBeanDefinitionException ex) {
                throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
                        "'" + beanName + "' depends on missing bean '" + dep + "'", ex);
            }
        }
    }
    // ...
}

IOC 容器的启动过程中，它会检查 dependsOn 的实例有没有循环依赖，如果有循环依赖则抛异常。

4. 出现循环依赖如何解决

生成代理对象产生的循环依赖
- 使用 @Lazy 注解，延迟加载；
- 使用 @DependsOn 注解，指定加载先后关系；
- 修改文件名称，改变循环依赖类的加载顺序。
使用 @DependsOn 产生的循环依赖
- 找到 @DependsOn 注解循环依赖的地方，迫使它不循环依赖就可以解决问题。
多例循环依赖
- 把 bean 改成单例。
构造器循环依赖
- 使用 @Lazy 注解。

5. 总结

Spring 处理循环依赖的方式：

有构造器注入，不一定会产生问题，具体得看是否都是构造器注和 BeanName 的字母序；
如果单纯为了打破循环依赖，不需要三级缓存，两级就够了；
三级缓存是否为延迟代理的创建，尽量不打破 Bean 的生命周期。

参考：

posted @ 2024-01-18 11:12 LARRY1024 阅读(1652) 评论(0) 编辑收藏举报

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