Spring如何解决循环依赖的问题

前言

在面试的时候这两年有一个非常高频的关于spring的问题，那就是spring是如何解决循环依赖的。这个问题听着就是轻描淡写的一句话，其实考察的内容还是非常多的，主要还是考察的应聘者有没有研究过spring的源码。但是说实话，spring的源码其实非常复杂的，研究起来并不是个简单的事情，所以我们此篇文章只是为了解释清楚Spring是如何解决循环依赖的这个问题。

什么样的依赖算是循环依赖？

用过Spring框架的人都对依赖注入这个词不陌生，一个Java类A中存在一个属性是类B的一个对象，那么我们就说类A的对象依赖类B，而在Spring中是依靠的IOC来实现的对象注入，也就是说创建对象的过程是IOC容器来实现的，并不需要自己在使用的时候通过new关键字来创建对象。
那么当类A中依赖类B的对象，而类B中又依赖类C的对象，最后类C中又依赖类A的对象的时候，这种情况最终的依赖关系会形成一个环，这就是循环依赖。

循环依赖的类型

根据注入的时机可以分为两种：

构造器循环依赖

依赖的对象是通过构造方法传入的，在实例化bean的时候发生。

赋值属性循环依赖

依赖的对象是通过setter方法传入的，对象已经实例化，在属性赋值和依赖注入的时候发生。
构造器循环依赖，本质上是无解的，实例化A的时候调用A的构造器，发现依赖了B，又去实例化B，然后调用B的构造器，发现又依赖的C，然后调用C的构造器去实例化，结果发起C的构造器里依赖了A，这就是个死循环无解。所以Spring也是不支持构造器循环依赖的，当发现存在构造器循环依赖时，会直接抛出BeanCurrentlyInCreationException 异常。
赋值属性循环依赖，Spring只支持bean在单例模式下的循环依赖，其他模式下的循环依赖Spring也是会抛出BeanCurrentlyInCreationException 异常的。Spring通过对还在创建过程中的单例bean，进行缓存并提前暴露该单例，使得其他实例可以提前引用到该单例bean。

Spring为什么只支持单例模式下的bean的赋值情况下的循环依赖

在prototype的模式下的bean，使用了一个ThreadLocal变量prototypesCurrentlyInCreation来记录当前线程正在创建中的bean，这个变量在AbtractBeanFactory类里。在创建前用beanName记录bean，在创建完成后删除bean。在prototypesCurrentlyInCreation里采用了一个Set对象来存储正在创建中的bean。我们都知道Set是不允许存在重复对象的，这样就能保证同一个bean在一个线程中只能有一个正在创建。
下面是prototypesCurrentlyInCreation变量在删除bean时的操作，在AbtractBeanFactory的beforePrototypeCreation操作里。

protected void afterPrototypeCreation(String beanName) {
  Object curVal = this.prototypesCurrentlyInCreation.get();
  if (curVal instanceof String) {
   this.prototypesCurrentlyInCreation.remove();
  }
  else if (curVal instanceof Set) {
   Set<String> beanNameSet = (Set<String>) curVal;
   beanNameSet.remove(beanName);
   if (beanNameSet.isEmpty()) {
    this.prototypesCurrentlyInCreation.remove();
   }
  }
 }

从上面的代码中看出，当变量为一个的时候采用了一个String对象来存储，节省了一些内存空间。
在AbstractBeanFactory类的doGetBean方法里先判断是否为单例对象，不是单例对象，则直接判断当前线程是否已经存在了正在创建的bean。存在的话直接抛出异常。

这个isPrototypeCurrentlyInCreation（）方法的实现代码如下：

protected boolean isPrototypeCurrentlyInCreation(String beanName) {
  Object curVal = this.prototypesCurrentlyInCreation.get();
  return curVal != null && (curVal.equals(beanName) || curVal instanceof Set && ((Set)curVal).contains(beanName));
 }

因为有了这个机制，spring在原型模式下是解决不了bean的循环依赖的，当发现有循环依赖的时候会直接抛出BeanCurrentlyInCreationException异常的。

那么为什么spring在单例模式下的构造赋值也不支持循环依赖呢？

其实原理和原型模式下的情况类似，在单例模式下，bean也会用一个Set集合来保存正在创建中的bean，在创建前保存，创建完成后删除。
这个对象在DefaultSingletonBeanRegistry类下变量名为：singletonsCurrentlyInCreation

public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {
	 private final Set<String> singletonsCurrentlyInCreation = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap(16));
}

判定代码在DefaultSingletonBeanRegistry类的beforeSingletonCreation方法下。

protected void beforeSingletonCreation(String beanName) {
 if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName)) {
  throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
 }
}

在上面这个方法中，判定singletonsCurrentlyInCreation是否能成功的保存一个单例bean。如果不能成功保存，那么就会直接抛出BeanCurrentlyInCreationException异常。

单例模式下的Setter赋值循环依赖

终于到了我们的重点，Spring是如何解决单例模式下的Setter赋值的循环依赖了。
其实主要的就是靠提前暴露创建中的单例实例。
那么具体是一个怎样的过程呢？
例如：上面那个图的例子，A依赖B，B依赖C，C又依赖B。
过程如下：

• 创建A，调用构造方法，完成构造，进行属性赋值注入，发现依赖B，去实例化B。
• 创建B，调用构造方法，完成构造，进行属性赋值注入，发现依赖C，去实例化C。

创建C，调用构造方法，完成构造，进行属性赋值注入，发现依赖A。
这个时候就是解决循环依赖的关键了，因为A已经通过构造方法已经构造完成了，也就是说已经将Bean的在堆中分配好了内存，这样即使A再填充属性值也不会更改内存地址了，所以此时可以提前拿出来A的引用，来完成C的实例化。

这样上面创建C过程就会变成了：

• 创建C，调用构造方法，完成构造，进行属性赋值注入，发现依赖A，A已经构造完成，直接引用，完成C的实例化。
• C完成实例化后，注入B，B也完成了实例化，然后B注入A，A也完成了实例化。

为了能获取到创建中单例bean，spring提供了三级缓存来将正在创建中的bean提前暴露。
在类DefaultSingletonBeanRegistry下，即下图红框中的三个Map对象。

这三个缓存Map的作用如下：

• 一级缓存，singletonObjects 单例缓存，存储已经实例化的单例bean。
• 二级缓存，earlySingletonObjects 提前暴露的单例缓存，这里存储的bean是刚刚构造完成，但还会通过属性注入bean。
• 三级缓存，singletonFactories 生产单例的工厂缓存，存储工厂。

首先在创建bean的时候会先创建一个和bean同名的单例工厂，并将bean先放入到单例工厂中。代码在AbstractAutowireCapableBeanFactory类的doCreateBean方法中。

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, Object[] args) throws BeanCreationException {
	......
	this.addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
  public Object getObject() throws BeansException {
   return AbstractAutowireCapableBeanFactory.this.getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
  }
 });
	.....
}

而上面的代码中的addSingletonFactory方法的代码如下：

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
 Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
 Map var3 = this.singletonObjects;
 synchronized(this.singletonObjects) {
  if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
   this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
   this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
   this.registeredSingletons.add(beanName);
  }

 }
}

addSingletonFactory方法的作用通过代码就可以看到是将存在了正在创建中的bean的单例工厂，放在三级缓存里，这样保证了在循环依赖查找的时候是可以找到bean的引用的。
具体读取缓存获取bean的过程在类DefaultSingletonBeanRegistry的getSingleton方法里。
如下源码：

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
  Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
  if (singletonObject == null && this.isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
   Map var4 = this.singletonObjects;
   synchronized(this.singletonObjects) {
    singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
    if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
     ObjectFactory<?> singletonFactory = (ObjectFactory)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;
 }

通过上面的源码我们可以看到，在获取单例Bean的时候，会先从一级缓存singletonObjects里获取，如果没有获取到（说明不存在或没有实例化完成），会去第二级缓存earlySingletonObjects中去找，如果还是没有找到的话，就会三级缓存中获取单例工厂singletonFactory，通过从singletonFactory中获取正在创建中的引用，将singletonFactory存储在earlySingletonObjects 二级缓存中，这样就将创建中的单例引用从三级缓存中升级到了二级缓存中，二级缓存earlySingletonObjects，是会提前暴露已完成构造，还可以执行属性注入的单例bean的。
这个时候如何还有其他的bean也是需要属性注入，那么就可以直接从earlySingletonObjects中获取了。

上面的例子中的过程中的A，在注入C的时候，其实并没有真正的初始化完成，等到顺利的注入了B才算是真正的初始化完成。
整个过程如下图：

总结

到此这篇关于Spring如何解决循环依赖的问题的文章就介绍到这了,更多相关Spring解决循环依赖内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！