Spring如何解決迴圈依賴？

Java識堂發表於2020-06-22
Spring

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介紹

先說一下什麼是迴圈依賴，Spring在初始化A的時候需要注入B，而初始化B的時候需要注入A，在Spring啟動後這2個Bean都要被初始化完成

Spring的迴圈依賴有兩種場景

  1. 構造器的迴圈依賴
  2. 屬性的迴圈依賴

構造器的迴圈依賴，可以在建構函式中使用@Lazy註解延遲載入。在注入依賴時，先注入代理物件，當首次使用時再建立物件完成注入

屬性的迴圈依賴主要是通過3個map來解決的

構造器的迴圈依賴

@Component
public class ConstructorA {

	private ConstructorB constructorB;

	@Autowired
	public ConstructorA(ConstructorB constructorB) {
		this.constructorB = constructorB;
	}
}

@Component
public class ConstructorB {

	private ConstructorA constructorA;

	@Autowired
	public ConstructorB(ConstructorA constructorA) {
		this.constructorA = constructorA;
	}
}

@Configuration
@ComponentScan("com.javashitang.dependency.constructor")
public class ConstructorConfig {
}

public class ConstructorMain {

	public static void main(String[] args) {
		AnnotationConfigApplicationContext context =
				new AnnotationConfigApplicationContext(ConstructorConfig.class);
		System.out.println(context.getBean(ConstructorA.class));
		System.out.println(context.getBean(ConstructorB.class));
	}
}

執行ConstructorMain的main方法的時候會在第一行就報異常，說明Spring沒辦法初始化所有的Bean，即上面這種形式的迴圈依賴Spring無法解決。

我們可以在ConstructorA或者ConstructorB建構函式的引數上加上@Lazy註解就可以解決

@Autowired
public ConstructorB(@Lazy ConstructorA constructorA) {
	this.constructorA = constructorA;
}

因為我們主要關注屬性的迴圈依賴，構造器的迴圈依賴就不做過多分析了

屬性的迴圈依賴

先演示一下什麼是屬性的迴圈依賴

@Component
public class FieldA {

	@Autowired
	private FieldB fieldB;
}

@Component
public class FieldB {

	@Autowired
	private FieldA fieldA;
}

@Configuration
@ComponentScan("com.javashitang.dependency.field")
public class FieldConfig {
}

public class FieldMain {

	public static void main(String[] args) {
		AnnotationConfigApplicationContext context =
				new AnnotationConfigApplicationContext(FieldConfig.class);
		// com.javashitang.dependency.field.FieldA@3aa9e816
		System.out.println(context.getBean(FieldA.class));
		// com.javashitang.dependency.field.FieldB@17d99928
		System.out.println(context.getBean(FieldB.class));
	}
}

Spring容器正常啟動，能獲取到FieldA和FieldB這2個Bean

屬性的迴圈依賴在面試中還是經常被問到的。總體來說也不復雜，但是涉及到Spring Bean的初始化過程，所以感覺比較複雜，我寫個demo演示一下整個過程

Spring的Bean的初始化過程其實比較複雜，為了方便理解Demo，我就把Spring Bean的初始化過程分為2部分

  1. bean的例項化過程，即呼叫建構函式將物件建立出來
  2. bean的初始化過程，即填充bean的各種屬性

bean初始化過程完畢，則bean就能被正常建立出來了

下面開始寫Demo，ObjectFactory介面用來生產Bean，和Spring中定義的介面一樣

public interface ObjectFactory<T> {
	T getObject();
}

public class DependencyDemo {

	// 初始化完畢的Bean
	private final Map<String, Object> singletonObjects =
			new ConcurrentHashMap<>(256);

	// 正在初始化的Bean對應的工廠，此時物件已經被例項化
	private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories =
			new HashMap<>(16);

	// 存放正在初始化的Bean，物件還沒有被例項化之前就放進來了
	private final Set<String> singletonsCurrentlyInCreation =
			Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(16));

	public  <T> T getBean(Class<T> beanClass) throws Exception {
		// 類名為Bean的名字
		String beanName = beanClass.getSimpleName();
		// 已經初始化好了，或者正在初始化
		Object initObj = getSingleton(beanName, true);
		if (initObj != null) {
			return (T) initObj;
		}
		// bean正在被初始化
		singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName);
		// 例項化bean
		Object object = beanClass.getDeclaredConstructor().newInstance();
		singletonFactories.put(beanName, () -> {
			return object;
		});
		// 開始初始化bean，即填充屬性
		Field[] fields = object.getClass().getDeclaredFields();
		for (Field field : fields) {
			field.setAccessible(true);
			// 獲取需要注入欄位的class
			Class<?> fieldClass = field.getType();
			field.set(object, getBean(fieldClass));
		}
		// 初始化完畢
		singletonObjects.put(beanName, object);
		singletonsCurrentlyInCreation.remove(beanName);
		return (T) object;
	}

	/**
	 * allowEarlyReference引數的含義是Spring是否允許迴圈依賴，預設為true
	 * 所以當allowEarlyReference設定為false的時候，當專案存在迴圈依賴，會啟動失敗
	 */
	public Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
		Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
		if (singletonObject == null 
				&& isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
			synchronized (this.singletonObjects) {
				if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
					ObjectFactory<?> singletonFactory =
							this.singletonFactories.get(beanName);
					if (singletonFactory != null) {
						singletonObject = singletonFactory.getObject();
					}
				}
			}
		}
		return singletonObject;
	}

	/**
	 * 判斷bean是否正在被初始化
	 */
	public boolean isSingletonCurrentlyInCreation(String beanName) {
		return this.singletonsCurrentlyInCreation.contains(beanName);
	}

}

測試一波

public static void main(String[] args) throws Exception {
	DependencyDemo dependencyDemo = new DependencyDemo();
	// 假裝掃描出來的物件
	Class[] classes = {A.class, B.class};
	// 假裝專案初始化所有bean
	for (Class aClass : classes) {
		dependencyDemo.getBean(aClass);
	}
	// true
	System.out.println(
			dependencyDemo.getBean(B.class).getA() == dependencyDemo.getBean(A.class));
	// true
	System.out.println(
			dependencyDemo.getBean(A.class).getB() == dependencyDemo.getBean(B.class));
}

是不是很簡單？我們只用了2個map就搞定了Spring的迴圈依賴

2個Map就能搞定迴圈依賴，那為什麼Spring要用3個Map呢？

原因其實也很簡單，當我們從singletonFactories中根據BeanName獲取相應的ObjectFactory，然後呼叫getObject()這個方法返回對應的Bean。在我們的例子中
ObjectFactory的實現很簡單哈，就是將例項化好的物件直接返回，但是在Spring中就沒有這麼簡單了，執行過程比較複雜，為了避免每次拿到ObjectFactory然後呼叫getObject()，我們直接把ObjectFactory建立的物件快取起來不就行了，這樣就能提高效率了

比如A依賴B和C，B和C又依賴A，如果不做快取那麼初始化B和C都會呼叫A對應的ObjectFactory的getObject()方法。如果做快取只需要B或者C呼叫一次即可。

知道了思路，我們把上面的程式碼改一波，加個快取。

public class DependencyDemo {

	// 初始化完畢的Bean
	private final Map<String, Object> singletonObjects =
			new ConcurrentHashMap<>(256);

	// 正在初始化的Bean對應的工廠，此時物件已經被例項化
	private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories =
			new HashMap<>(16);

	// 快取Bean對應的工廠生產好的Bean
	private final Map<String, Object> earlySingletonObjects =
			new HashMap<>(16);

	// 存放正在初始化的Bean，物件還沒有被例項化之前就放進來了
	private final Set<String> singletonsCurrentlyInCreation =
			Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(16));

	public  <T> T getBean(Class<T> beanClass) throws Exception {
		// 類名為Bean的名字
		String beanName = beanClass.getSimpleName();
		// 已經初始化好了，或者正在初始化
		Object initObj = getSingleton(beanName, true);
		if (initObj != null) {
			return (T) initObj;
		}
		// bean正在被初始化
		singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName);
		// 例項化bean
		Object object = beanClass.getDeclaredConstructor().newInstance();
		singletonFactories.put(beanName, () -> {
			return object;
		});
		// 開始初始化bean，即填充屬性
		Field[] fields = object.getClass().getDeclaredFields();
		for (Field field : fields) {
			field.setAccessible(true);
			// 獲取需要注入欄位的class
			Class<?> fieldClass = field.getType();
			field.set(object, getBean(fieldClass));
		}
		singletonObjects.put(beanName, object);
		singletonsCurrentlyInCreation.remove(beanName);
		earlySingletonObjects.remove(beanName);
		return (T) object;
	}

	/**
	 * allowEarlyReference引數的含義是Spring是否允許迴圈依賴，預設為true
	 */
	public 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;
	}
}

我們寫的getSingleton的實現和org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton(java.lang.String, boolean)的實現一模一樣，這個方法幾乎所有分析Spring迴圈依賴的文章都會提到，這次你明白工作原理是什麼了把

總結一波

  1. 拿bean的時候先從singletonObjects（一級快取）中獲取
  2. 如果獲取不到，並且物件正在建立中，就從earlySingletonObjects（二級快取）中獲取
  3. 如果還是獲取不到就從singletonFactories（三級快取）中獲取，然後將獲取到的物件放到earlySingletonObjects（二級快取）中，並且將bean對應的singletonFactories（三級快取）清除
  4. bean初始化完畢，放到singletonObjects（一級快取）中，將bean對應的earlySingletonObjects（二級快取）清除

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參考部落格

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/gBr3UfC1HRcw4U-ZMmtRaQ
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/5mwkgJB7GyLdKDgzijyvXw
比較詳細
[1]https://zhuanlan.zhihu.com/p/84267654
[2]https://juejin.im/post/5c98a7b4f265da60ee12e9b2

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