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循环依赖详解及解决方案

article 2024/11/14 12:50:08

介绍

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上图就是循环依赖的三种情况,虽然方式不同,但是循环依赖的本质是一样的,就A的完整创建要依赖与B,B的完整创建要依赖于A,相互依赖导致没办法完整创建造成失败.

循环依赖代码演示

public class Demo {

    public static void main(String[] args) {
        new Demo1();
    }
}

class Demo1{
    private Demo2 demo2 = new Demo2();
}

class Demo2 {
    private Demo1 demo1 = new Demo1();
}

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上述代码就是最基本的循环依赖的场景,Demo1依赖Demo2,Demo2依赖Demo1,然后就报错了,而上面的这种设计情况是无解的.

分析问题

首先我们要明确一点就是如果这个对象A还没创建成功,在创建的过程中要依赖另一个对象B,而另一个对象B也是在创建中要依赖对象A,这种肯定是无解的,这时我们就要缓缓思路,我们先把A创建出来,但是还没有完成初始化操作,也就是这是一个半成品对象,然后再赋值的时候提前把A暴露出来,然后创建B,让B创建完成后找到暴露出来的A完成整体的实例化,这时再把B交给A完成A的后续操作.从而解决循环依赖,也就是下图:

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代码解决

public class Demo {

    /**
     * 保存提前暴露的对象,也就是半成品对象
     */
    private final static Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>();

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println(getBean(Demo1.class).getDemo2());
        System.out.println(getBean(Demo2.class).getDemo1());
    }

    private static <T> T getBean(Class<T> clazz) throws Exception {
        // 获取beanName
        String beanName = clazz.getName().toLowerCase();
        // 查找缓存中是否存在半成品对象
        if (singletonObjects.containsKey(beanName)) {
            return (T) singletonObjects.get(beanName);
        }
        // 缓存中不存在半成品对象,反射进行实例化
        T res = clazz.newInstance();
        // 将实例化后的对象储存到缓存
        singletonObjects.put(beanName, res);
        // 获取所有属性
        Field[] fields = res.getClass().getDeclaredFields();
        // 循环进行属性填充
        for (Field field : fields) {
            // 针对private修饰
            field.setAccessible(Boolean.TRUE);
            // 获取属性类型
            Class<?> fieldClazz = field.getType();
            // 获取属性beanName
            String filedBeanName = fieldClazz.getName().toLowerCase();
            // 属性填充,查找缓存是否有对应属性,没有就递归调用
            field.set(res, singletonObjects.containsKey(filedBeanName) ? singletonObjects.get(filedBeanName) : getBean(fieldClazz));
        }
        return res;
    }
}

class Demo1 {
    private Demo2 demo2;

    public Demo2 getDemo2() {
        return demo2;
    }

    public void setDemo2(Demo2 demo2) {
        this.demo2 = demo2;
    }
}

class Demo2 {
    private Demo1 demo1;

    public Demo1 getDemo1() {
        return demo1;
    }

    public void setDemo1(Demo1 demo1) {
        this.demo1 = demo1;
    }
}

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在上面的方法中核心就是getBean方法,Demo1创建后填充属性时依赖Demo2,那么就去创建Demo2,在创建Demo2开始填充时发现依赖Demo1,但此时Demo1这个半成品对象已经放在缓存singletonObjects中了,所以Demo2正常创建,再结束递归把Demo1也创建完整了.
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Spring循环依赖

针对Spring中Bean对象的各种场景,支持的方案不一样

单例
- 构造注入:无解,避免栈溢出,需要检测是否存在循环依赖的情况,如果有直接抛异常
- 设值注入:三级缓存–>提前暴露
原型
- 构造注入:无解,避免栈溢出,需要检测是否存在循环依赖的情况,如果有直接抛异常
- 设置注入:不支持循环依赖

Spring是如何解决循环依赖问题的?上述代码中对象的生命周期就两个:创建对象和属性填充,而Spring涉及到对象生命周期的方法就很多了,简单举例,如下图:

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基于对上述代码的了解,我们知道肯定需要在调用构造方法创建完成后再暴露对象,再Spring中提供了三级缓存来处理这个事情,如下图:

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对应到源码中具体处理循环依赖的流程如下:

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上面就是Spring的生命周期方法和循环依赖出现相关的流程了.下面就是放入三级缓存的源码:

/**
     * 添加对象到三级缓存
     *
     * @param beanName
     * @param singletonFactory
     */
protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    // 确保singletonFactory不为null
    Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
    // 使用singletonObjects进行加锁,保证线程安全
    synchronized (this.singletonObjects) {
        //如果singletonObjects缓存中没有该对象
        if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
            // 将对象放置到singletonFactories(三级缓存)中
            this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
            // 从earlySingletonObjects(二级缓存)中移除该对象
            this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
            // 将beanName添加到已经注册的单例集中
            this.registeredSingletons.add(beanName);
        }
    }
}

放入二级缓存的源码:

/**
     * 返回在给定名称下注册的(原始)单例对象.检查已经实例化的单例,并允许对当前创建的单例进行早期引用(解决循环引用)
     *
     * @param beanName
     * @param allowEarlyReference
     * @return
     */
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    // 不需要完全获取单例锁的情况下快速检查现有实例
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    // 如果单例对象为空,并且当前单例正在创建中,则尝试获取早期单例对象
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
        singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
        // 如果早期单例对象为空,并且允许早期引用,则再完全获取单力所的情况下创建早期单例对象
        if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
            synchronized (this.singletonObjects) {
                // 检查早期单例对象是否存在
                singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
                // 如果早期对象仍然为空则创建单例对象
                if (singletonObject == null) {
                    // 从二级缓存获取
                    singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
                    if (singletonObject == null) {
                        // 获取不到对象从三级缓存中获取
                        ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                        if (singletonFactory != null) {
                            singletonObject = singletonFactory.getObject();
                            // 获取到添加到二级缓存并从三级缓存中移除该对象
                            this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                            this.singletonFactories.remove(beanName);
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
    return singletonObject;
}

放入一级缓存中的源码:

/**
     * 将单例对象添加到一级缓存
     *
     * @param beanName
     * @param singletonObject
     */
protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
    // 使用singletonObjects进行加锁,保证线程安全
    synchronized (this.singletonObjects) {
        // 将映射关系添加到一级缓存
        this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
        // 从三级缓存;二级缓存中移除该对象
        this.singletonFactories.remove(beanName);
        this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
        // 将beanName添加到已经注册的单例集中
        this.registeredSingletons.add(beanName);
    }
}

总结

三级缓存分别有什么作用

singletonObjects:缓存经过了完整生命周期的bean
earlySingletonObjects:缓存未经过完整生命周期的bean,如果某个bean出现了循环依赖,就会提前把这个暂时未经过完整生命周期的bean放入earlySingletonObjects中,如果这个bean要经过AOP,那么就会把代理对象放入到earlySingletonObjects中,否则就是把原始对象放入earlySingletonObjects,但是不管怎么样就是代理对象,代理对象所代理的原始对象也是没有经过完整生命周期的,所以放入earlySingletonObjects我们就可以统一认为是未经过完整生命周期的bean
singletonFactories:缓存的是一个ObjectFactory,也就是一个Lambda表达式,在每个bean的生成过程中,经过实例化得到一个原始对象后,都会提前基于原始对象暴露一个Lambda表达式,并保存到三级缓存中,这个Lambda表达式可能用到,也可能用不到, 如果当前bean没有出现循环依赖,那么这个Lambda表达式就没有用,当前bean按照自己的生命周期正常执行,执行完直接把当前bean放入singletonObjects中,如果当前bean在依赖注入时出现了循环依赖,则从三级缓存中拿到Lambda表达式,并执行Lambda表达式得到一个对象,并把得到的对象放入到二级缓存(如果当前bean需要AOP,那么执行Lambda表达式,得到的就是对应的代理对象,如果无需AOP,则直接得到一个原始对象)
其实还要一个缓存,用来记录某个原始对象是否进行过AOP了

为什么需要三级缓存

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对象应该是AOP之后的代理对象,而B的a属性对应的不是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,三级缓存主要处理的是AOP的代理对象,存储的是一个ObjectFactory

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