一、解決機(jī)制

1. 什么是循環(huán)依賴

循環(huán)依賴是指兩個(gè)或多個(gè)Bean之間相互依賴對(duì)方，形成一個(gè)閉環(huán)的依賴關(guān)系。最常見的情況是當(dāng)Bean A依賴Bean B，而Bean B又依賴Bean A時(shí)，就形成了循環(huán)依賴。在Spring容器初始化過(guò)程中，如果不加以特殊處理，這種循環(huán)依賴會(huì)導(dǎo)致Bean的創(chuàng)建過(guò)程陷入死循環(huán)，最終導(dǎo)致應(yīng)用啟動(dòng)失敗。

例如以下代碼展示了一個(gè)典型的循環(huán)依賴場(chǎng)景：

@Service
public class A {
    @Autowired
    private B b;
}
@Service
public class B {
    @Autowired
    private A a;
}

2. Spring三級(jí)緩存機(jī)制概述

Spring框架通過(guò)巧妙的"三級(jí)緩存"機(jī)制解決了循環(huán)依賴問(wèn)題。這三級(jí)緩存在Spring源碼中是通過(guò)三個(gè)Map集合實(shí)現(xiàn)的：

// 一級(jí)緩存：存放完全初始化好的Bean
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);
// 二級(jí)緩存：存放原始的Bean對(duì)象（尚未填充屬性），用于解決循環(huán)依賴
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(16);
// 三級(jí)緩存：存放Bean工廠對(duì)象，用于解決循環(huán)依賴
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

這三級(jí)緩存的作用分別是：

• 一級(jí)緩存（singletonObjects）：用于存儲(chǔ)完全初始化好的Bean，即已經(jīng)完成實(shí)例化、屬性填充和初始化的Bean，可以直接被其他對(duì)象使用。
• 二級(jí)緩存（earlySingletonObjects）：用于存儲(chǔ)早期曝光的Bean對(duì)象，這些Bean已經(jīng)完成實(shí)例化但還未完成屬性填充和初始化。當(dāng)出現(xiàn)循環(huán)依賴時(shí)，其他Bean可以引用這個(gè)未完全初始化的Bean。
• 三級(jí)緩存（singletonFactories）：用于存儲(chǔ)Bean的工廠對(duì)象，主要用于處理需要AOP代理的Bean的循環(huán)依賴問(wèn)題。它存儲(chǔ)的是一個(gè)Lambda表達(dá)式，這個(gè)表達(dá)式會(huì)返回Bean的早期引用，并在需要時(shí)將其放入二級(jí)緩存。

3. 三級(jí)緩存的查找順序

當(dāng)Spring需要獲取一個(gè)單例Bean時(shí)，會(huì)按照以下順序查找：

1. 首先從一級(jí)緩存（singletonObjects）中查找，如果找到直接返回
2. 如果一級(jí)緩存沒(méi)有，再?gòu)亩?jí)緩存（earlySingletonObjects）中查找
3. 如果二級(jí)緩存也沒(méi)有，則從三級(jí)緩存（singletonFactories）中查找對(duì)應(yīng)的工廠，如果找到則通過(guò)工廠獲取對(duì)象，并將其放入二級(jí)緩存，同時(shí)從三級(jí)緩存中移除

這種層級(jí)查找的機(jī)制確保了在循環(huán)依賴的情況下，Bean能夠被正確地創(chuàng)建和注入。

4. Spring解決循環(huán)依賴的詳細(xì)流程

以A、B兩個(gè)類相互依賴為例，Spring解決循環(huán)依賴的流程如下：

• 創(chuàng)建Bean A：
  • Spring首先創(chuàng)建Bean A的實(shí)例（僅完成實(shí)例化，未進(jìn)行屬性填充）
  • 將A的創(chuàng)建工廠放入三級(jí)緩存singletonFactories中
  • 開始給A填充屬性，發(fā)現(xiàn)依賴了B
• 創(chuàng)建Bean B：
  • Spring開始創(chuàng)建B（因?yàn)锳依賴B）
  • 實(shí)例化B，并將B的創(chuàng)建工廠放入三級(jí)緩存
  • 開始給B填充屬性，發(fā)現(xiàn)依賴了A
• 處理循環(huán)依賴：
  • 此時(shí)需要注入A，但A正在創(chuàng)建中
  • Spring嘗試從一級(jí)緩存查找A，未找到
  • 繼續(xù)從二級(jí)緩存查找A，未找到
  • 最后從三級(jí)緩存中找到A的工廠對(duì)象
  • 通過(guò)工廠獲取A的早期引用（可能是原始對(duì)象，也可能是代理對(duì)象）
  • 將A的早期引用放入二級(jí)緩存，并從三級(jí)緩存中移除A的工廠
  • 將A的早期引用注入到B中
• 完成Bean創(chuàng)建：
  • B完成屬性填充和初始化，放入一級(jí)緩存
  • 返回到A的屬性填充流程，將B注入到A中
  • A完成屬性填充和初始化，放入一級(jí)緩存

通過(guò)這個(gè)流程，Spring成功解決了循環(huán)依賴問(wèn)題，關(guān)鍵在于提前暴露了Bean的早期引用。

5. 為什么需要三級(jí)緩存

很多人會(huì)疑惑，為什么需要三級(jí)緩存？二級(jí)緩存不能解決循環(huán)依賴問(wèn)題嗎？

實(shí)際上，在不考慮AOP的情況下，二級(jí)緩存確實(shí)可以解決循環(huán)依賴問(wèn)題。但Spring設(shè)計(jì)三級(jí)緩存的主要目的是為了處理AOP代理的情況。

在Spring中，AOP代理是在Bean生命周期的最后階段（初始化后）創(chuàng)建的。但如果出現(xiàn)循環(huán)依賴，就需要提前創(chuàng)建代理對(duì)象。三級(jí)緩存中的工廠對(duì)象可以在需要時(shí)（即真正出現(xiàn)循環(huán)依賴時(shí)）才創(chuàng)建代理對(duì)象，而不是對(duì)所有Bean都提前創(chuàng)建代理。

這種設(shè)計(jì)有以下優(yōu)勢(shì)：

1. 延遲代理對(duì)象的創(chuàng)建：只有在真正需要時(shí)才創(chuàng)建代理對(duì)象，避免了不必要的性能開銷
2. 保持Bean生命周期的一致性：盡可能地保持Bean的標(biāo)準(zhǔn)生命周期流程
3. 靈活處理各種代理場(chǎng)景：適應(yīng)不同的AOP實(shí)現(xiàn)和代理方式

6. 三級(jí)緩存的局限性

雖然三級(jí)緩存機(jī)制能夠解決大多數(shù)循環(huán)依賴問(wèn)題，但它仍有一些局限性：

• 不能解決構(gòu)造器注入的循環(huán)依賴：因?yàn)闃?gòu)造器注入發(fā)生在實(shí)例化階段，此時(shí)Bean還未被放入三級(jí)緩存，所以無(wú)法解決
• 不能解決prototype作用域的循環(huán)依賴：三級(jí)緩存機(jī)制只對(duì)單例Bean有效，對(duì)于prototype作用域的Bean，Spring不會(huì)緩存其實(shí)例，因此無(wú)法解決其循環(huán)依賴
• 不能解決多例Bean之間的循環(huán)依賴：原因同上，Spring不會(huì)緩存非單例Bean

7. 源碼分析

Spring解決循環(huán)依賴的核心源碼主要在DefaultSingletonBeanRegistry類中，關(guān)鍵方法包括：

1. getSingleton(String beanName)：按照一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)緩存的順序查找Bean
2. addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory)：將Bean的工廠對(duì)象放入三級(jí)緩存
3. doGetBean(String name, Class<T> requiredType, Object[] args, boolean typeCheckOnly)：獲取Bean的主要邏輯

在AbstractAutowireCapableBeanFactory的doCreateBean方法中，會(huì)在Bean實(shí)例化后立即將其工廠對(duì)象放入三級(jí)緩存，為解決循環(huán)依賴做準(zhǔn)備。

8. 總結(jié)

Spring通過(guò)三級(jí)緩存機(jī)制巧妙地解決了循環(huán)依賴問(wèn)題，其核心思想是將Bean的實(shí)例化和初始化分離，提前暴露實(shí)例化但未完全初始化的對(duì)象。三級(jí)緩存的設(shè)計(jì)不僅解決了基本的循環(huán)依賴問(wèn)題，還優(yōu)雅地處理了AOP代理場(chǎng)景下的循環(huán)依賴。

這種機(jī)制體現(xiàn)了Spring框架設(shè)計(jì)的精妙之處，通過(guò)緩存分層和提前暴露對(duì)象的方式，在不影響B(tài)ean正常生命周期的前提下解決了看似棘手的循環(huán)依賴問(wèn)題。

二、實(shí)際示例與解析

為了更直觀地理解Spring如何通過(guò)三級(jí)緩存解決循環(huán)依賴問(wèn)題，我們來(lái)看一個(gè)具體的示例，并詳細(xì)分析整個(gè)過(guò)程。

1. 示例代碼

首先，我們創(chuàng)建兩個(gè)相互依賴的Service類：

@Service
public class UserService {
    @Autowired
    private OrderService orderService;
    public void findUserOrders(Long userId) {
        System.out.println("查詢用戶訂單");
        orderService.getOrdersByUserId(userId);
    }
}
@Service
public class OrderService {
    @Autowired
    private UserService userService;
    public List<Order> getOrdersByUserId(Long userId) {
        System.out.println("獲取用戶訂單");
        return new ArrayList<>();
    }
    public void notifyUser(Long orderId) {
        System.out.println("通知用戶訂單狀態(tài)");
        userService.findUserOrders(1L); // 調(diào)用UserService的方法
    }
}

在這個(gè)示例中，UserService依賴OrderService，而OrderService又依賴UserService，形成了典型的循環(huán)依賴。

2. 詳細(xì)解析Spring處理流程

讓我們?cè)敿?xì)分析Spring如何處理這個(gè)循環(huán)依賴：

2.1 創(chuàng)建UserService

當(dāng)Spring容器啟動(dòng)時(shí)，會(huì)按照Bean定義順序開始創(chuàng)建Bean。假設(shè)先創(chuàng)建UserService：

1. 實(shí)例化UserService對(duì)象（僅調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，此時(shí)內(nèi)部屬性尚未賦值）
2. 將UserService實(shí)例的創(chuàng)建工廠添加到三級(jí)緩存（singletonFactories）中
   singletonFactories.put("userService", () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, userService實(shí)例))
3. 開始填充UserService的屬性，發(fā)現(xiàn)需要注入OrderService

2.2 創(chuàng)建OrderService

由于UserService依賴OrderService，Spring開始創(chuàng)建OrderService：

1. 實(shí)例化OrderService對(duì)象（僅調(diào)用構(gòu)造函數(shù)）
2. 將OrderService實(shí)例的創(chuàng)建工廠添加到三級(jí)緩存中
   singletonFactories.put("orderService", () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, orderService實(shí)例))
3. 開始填充OrderService的屬性，發(fā)現(xiàn)需要注入U(xiǎn)serService

2.3 處理循環(huán)依賴

此時(shí)出現(xiàn)了關(guān)鍵的循環(huán)依賴處理步驟：

1. OrderService需要注入U(xiǎn)serService，但UserService正在創(chuàng)建中
2. Spring嘗試從一級(jí)緩存(singletonObjects)查找UserService，未找到
3. 繼續(xù)從二級(jí)緩存(earlySingletonObjects)查找UserService，未找到
4. 最后從三級(jí)緩存(singletonFactories)中找到UserService的工廠對(duì)象
5. 調(diào)用工廠對(duì)象的getObject()方法獲取UserService的早期引用
   - 如果UserService需要被代理（如有@Transactional注解），此時(shí)會(huì)創(chuàng)建代理對(duì)象
   - 如果不需要代理，則返回原始對(duì)象
6. 將獲取到的UserService早期引用放入二級(jí)緩存，同時(shí)從三級(jí)緩存中移除
   earlySingletonObjects.put("userService", userService早期引用)
   singletonFactories.remove("userService")
7. 將UserService的早期引用注入到OrderService中

2.4 完成Bean創(chuàng)建

接下來(lái)完成兩個(gè)Bean的創(chuàng)建過(guò)程：

1. OrderService完成屬性填充（已注入U(xiǎn)serService的早期引用）
2. OrderService完成初始化（調(diào)用各種初始化方法）
3. 如果OrderService需要被代理，創(chuàng)建代理對(duì)象（AOP）
4. 將完全初始化好的OrderService放入一級(jí)緩存
   singletonObjects.put("orderService", 完全初始化的orderService)
5. 返回到UserService的屬性填充流程，將完全初始化好的OrderService注入到UserService中
6. UserService完成初始化
7. 如果UserService需要被代理且之前沒(méi)有提前創(chuàng)建代理，創(chuàng)建代理對(duì)象
8. 將完全初始化好的UserService放入一級(jí)緩存
   singletonObjects.put("userService", 完全初始化的userService)

3. 關(guān)鍵源碼執(zhí)行分析

讓我們看一下在這個(gè)過(guò)程中涉及的關(guān)鍵源碼執(zhí)行流程：

3.1 從getSingleton方法開始

當(dāng)Spring嘗試獲取一個(gè)Bean時(shí)，首先會(huì)調(diào)用getSingleton方法：

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    // 首先從一級(jí)緩存查找
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    // 如果一級(jí)緩存沒(méi)有，且該Bean正在創(chuàng)建中
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
        // 從二級(jí)緩存查找
        singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
        // 如果二級(jí)緩存也沒(méi)有，且允許早期引用
        if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
            // 從三級(jí)緩存獲取工廠
            ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
            if (singletonFactory != null) {
                // 通過(guò)工廠獲取早期引用
                singletonObject = singletonFactory.getObject();
                // 放入二級(jí)緩存
                this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                // 從三級(jí)緩存移除
                this.singletonFactories.remove(beanName);
            }
        }
    }
    return singletonObject;
}

3.2 添加Bean到三級(jí)緩存

在Bean實(shí)例化后，Spring會(huì)將其添加到三級(jí)緩存中：

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
    synchronized (this.singletonObjects) {
        // 如果一級(jí)緩存中不存在
        if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
            // 添加到三級(jí)緩存
            this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
            // 確保二級(jí)緩存中不存在
            this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
            // 記錄注冊(cè)的單例
            this.registeredSingletons.add(beanName);
        }
    }
}

3.3 創(chuàng)建早期引用

當(dāng)需要處理循環(huán)依賴時(shí)，Spring會(huì)通過(guò)getEarlyBeanReference方法獲取早期引用：

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;
                // 這里可能創(chuàng)建代理對(duì)象
                exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
            }
        }
    }
    return exposedObject;
}

4. AOP場(chǎng)景下的循環(huán)依賴

特別值得注意的是，當(dāng)涉及到AOP代理時(shí)，循環(huán)依賴的處理會(huì)更加復(fù)雜。例如，如果我們的示例中添加了事務(wù)注解：

@Service
@Transactional
public class UserService {
    // ...
}
@Service
@Transactional
public class OrderService {
    // ...
}

在這種情況下：

1. 當(dāng)從三級(jí)緩存獲取UserService的早期引用時(shí)，會(huì)通過(guò)AbstractAutoProxyCreator.getEarlyBeanReference方法創(chuàng)建代理對(duì)象
2. 這個(gè)代理對(duì)象會(huì)被放入二級(jí)緩存，并最終注入到OrderService中
3. 這就確保了OrderService依賴的是UserService的代理對(duì)象，而不是原始對(duì)象

這也解釋了為什么需要三級(jí)緩存而不是二級(jí)緩存：三級(jí)緩存中存儲(chǔ)的工廠可以在需要時(shí)（出現(xiàn)循環(huán)依賴時(shí)）才創(chuàng)建代理對(duì)象，而不是對(duì)所有Bean都提前創(chuàng)建代理。

5. 總結(jié)

通過(guò)這個(gè)實(shí)際示例，我們可以清晰地看到Spring如何通過(guò)三級(jí)緩存機(jī)制解決循環(huán)依賴問(wèn)題：

1. 實(shí)例化Bean后立即將其工廠對(duì)象放入三級(jí)緩存
2. 當(dāng)出現(xiàn)循環(huán)依賴時(shí)，通過(guò)三級(jí)緩存獲取早期引用（可能是代理對(duì)象）
3. 將早期引用放入二級(jí)緩存，并從三級(jí)緩存中移除
4. 使用早期引用完成依賴注入
5. 最終將完全初始化的Bean放入一級(jí)緩存

這種機(jī)制既解決了循環(huán)依賴問(wèn)題，又保持了Spring Bean生命周期的完整性，同時(shí)還能靈活處理AOP代理場(chǎng)景，體現(xiàn)了Spring框架設(shè)計(jì)的精妙之處。

到此這篇關(guān)于Spring中循環(huán)依賴問(wèn)題的解決機(jī)制總結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Spring循環(huán)依賴內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論