本文作者:chenssy

出处:http://cmsblogs.com/?p=2887

在学习Spring源码的过程中发现的好站+好贴,感谢作者。Spring版本:Spring 5.0.6.RELEASE

这篇分析 doCreateBean() 第三个过程:循环依赖处理。

其实循环依赖并不仅仅只是在 doCreateBean() 中处理,其实在整个加载 bean 的过程中都有涉及,所以下篇内容并不仅仅只局限于 doCreateBean(),而是从整个 Bean 的加载过程进行分析。

什么是循环依赖

循环依赖其实就是循环引用,就是两个或者两个以上的 bean 互相引用对方,最终形成一个闭环,如 A 依赖 B,B 依赖 C,C 依赖 A,如下:

201808131001

循环依赖 其实就是一个死循环的过程,在初始化 A 的时候发现引用了 B,这时就会去初始化 B,然后又发现 B 引用 C,跑去初始化 C,初始化 C 的时候发现引用了 A,则又会去初始化 A,依次循环永不退出,除非有终结条件。 Spring 循环依赖的场景有两种:

  1. 构造器的循环依赖
  2. field 属性的循环依赖

对于构造器的循环依赖,Spring 是无法解决的,只能抛出 BeanCurrentlyInCreationException 异常表示循环依赖,所以下面我们分析的都是基于 field 属性的循环依赖。

在博客 IOC 之开启 bean 的加载 中提到,Spring 只解决 scope 为 singleton 的循环依赖,对于scope 为 prototype 的 bean Spring 无法解决,直接抛出 BeanCurrentlyInCreationException 异常。

为什么 Spring 不处理 prototype bean,其实如果理解 Spring 是如何解决 singleton bean 的循环依赖就明白了。

解决循环依赖

我们先从加载 bean 最初始的方法 doGetBean() 开始。 在 doGetBean() 中,首先会根据 beanName 从单例 bean 缓存中获取,如果不为空则直接返回。

Object sharedInstance = getSingleton(beanName);

调用 getSingleton() 方法从单例缓存中获取,如下:

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;
}

这个方法主要是从三个缓存中获取,分别是:singletonObjectsearlySingletonObjectssingletonFactories,三者定义如下:

/** Cache of singleton objects: bean name --> bean instance */
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

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

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

意义如下:

  • singletonObjects:单例对象的cache
  • singletonFactories : 单例对象工厂的cache
  • earlySingletonObjects :提前暴光的单例对象的Cache

他们就是 Spring 解决 singleton bean 循环依赖的关键因素所在,我称他们为三级缓存,第一级为 singletonObjects,第二级为 earlySingletonObjects,第三级为 singletonFactories。

这里我们可以通过 getSingleton() 看到他们是如何配合的,这分析该方法之前,提下其中的 isSingletonCurrentlyInCreation()allowEarlyReference

  • isSingletonCurrentlyInCreation():判断当前 singleton bean 是否处于创建中。bean 处于创建中也就是说 bean 在初始化但是没有完成初始化,有一个这样的过程其实和 Spring 解决 bean 循环依赖的理念相辅相成,因为 Spring 解决 singleton bean 的核心就在于提前曝光 bean。
  • allowEarlyReference:从字面意思上面理解就是允许提前拿到引用。其实真正的意思是是否允许从 singletonFactories 缓存中通过 getObject() 拿到对象,为什么会有这样一个字段呢?原因就在于 singletonFactories 才是 Spring 解决 singleton bean 的诀窍所在,这个我们后续分析。

getSingleton() 整个过程如下:

  • 首先从一级缓存 singletonObjects 获取
  • 如果没有且当前指定的 beanName 正在创建,就再从二级缓存中 earlySingletonObjects 获取
  • 如果还是没有获取到且运行 singletonFactories 通过 getObject() 获取,则从三级缓存 singletonFactories 获取
  • 如果获取到则,通过其 getObject() 获取对象,并将其加入到二级缓存 earlySingletonObjects 中 从三级缓存 singletonFactories 删除,如下:
singletonObject = singletonFactory.getObject();
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);

这样就从三级缓存升级到二级缓存了。 上面是从缓存中获取,但是缓存中的数据从哪里添加进来的呢?一直往下跟会发现在 doCreateBean() ( AbstractAutowireCapableBeanFactory ) 中,有这么一段代码:

boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
    if (logger.isDebugEnabled()) {
        logger.debug("Eagerly caching bean '" + beanName +
                        "' to allow for resolving potential circular references");
    }
    addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}

如果 earlySingletonExposure == true 的话,则调用 addSingletonFactory() 将他们添加到缓存中,但是一个 bean 要具备如下条件才会添加至缓存中:

  • 单例
  • 运行提前暴露 bean
  • 当前 bean 正在创建中

addSingletonFactory() 代码如下:

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);
    }
  }
}

从这段代码我们可以看出 singletonFactories 这个三级缓存才是解决 Spring Bean 循环依赖的诀窍所在。

同时这段代码发生在 createBeanInstance() 方法之后,也就是说这个 bean 其实已经被创建出来了,但是它还不是很完美(没有进行属性填充和初始化),但是对于其他依赖它的对象而言已经足够了(可以根据对象引用定位到堆中对象),能够被认出来了,所以 Spring 在这个时候选择将该对象提前曝光出来让大家认识认识。

介绍到这里我们发现三级缓存 singletonFactories 和 二级缓存 earlySingletonObjects 中的值都有出处了,那一级缓存在哪里设置的呢?在类 DefaultSingletonBeanRegistry 中可以发现这个 addSingleton() 方法,源码如下:

protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
  synchronized (this.singletonObjects) {
    this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
    this.singletonFactories.remove(beanName);
    this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
    this.registeredSingletons.add(beanName);
  }
}

添加至一级缓存,同时从二级、三级缓存中删除。这个方法在我们创建 bean 的链路中有哪个地方引用呢?

doGetBean() 处理不同 scope 时,如果是 singleton,则调用 getSingleton(),如下:

img

前面几篇博客已经分析了 createBean(),这里就不再阐述了,我们关注方法 getSingleton() 代码如下:

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) {
      //....
      try {
        singletonObject = singletonFactory.getObject();
        newSingleton = true;
      }
      //.....
      if (newSingleton) {
        addSingleton(beanName, singletonObject);
      }
    }
    return singletonObject;
  }
}

至此,Spring 关于 singleton bean 循环依赖已经分析完毕了。

我们基本上可以确定 Spring 解决循环依赖的方案了:

Spring 在创建 bean 的时候并不是等它完全完成,而是在创建过程中将创建中的 bean 的 ObjectFactory 提前曝光(即加入到 singletonFactories 缓存中),这样一旦下一个 bean 创建的时候需要依赖 bean ,则直接使用 ObjectFactory 的 getObject() 获取了,也就是 getSingleton() 中的代码片段了。 到这里,关于 Spring 解决 bean 循环依赖就已经分析完毕了。

最后来描述下就上面那个循环依赖 Spring 解决的过程:

首先 A 完成初始化第一步并将自己提前曝光出来(通过 ObjectFactory 将自己提前曝光),在初始化的时候,发现自己依赖对象 B,此时就会去尝试 get(B),这个时候发现 B 还没有被创建出来,然后 B 就走创建流程,在 B 初始化的时候,同样发现自己依赖 C,C 也没有被创建出来,这个时候 C 又开始初始化进程,但是在初始化的过程中发现自己依赖 A,于是尝试 get(A),这个时候由于 A 已经添加至缓存中(一般都是添加至三级缓存 singletonFactories ),通过 ObjectFactory 提前曝光,所以可以通过 ObjectFactory.getObject() 拿到 A 对象,C 拿到 A 对象后顺利完成初始化,然后将自己添加到一级缓存中,回到 B ,B 也可以拿到 C 对象,完成初始化,A 可以顺利拿到 B 完成初始化。到这里整个链路就已经完成了初始化过程了。

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