【Spring】Spring中的迴圈依賴及解決

weknow619發表於2021-07-16

什麼是迴圈依賴?

就是A物件依賴了B物件,B物件依賴了A物件。

比如:

// A依賴了B
class A{
    public B b;
}

// B依賴了A
class B{
    public A a;
}

那麼迴圈依賴是個問題嗎?

如果不考慮Spring,迴圈依賴並不是問題,因為物件之間相互依賴是很正常的事情。

比如

A a = new A();
B b = new B();

a.b = b;
b.a = a;

這樣,A,B就依賴上了。

但是,在Spring中迴圈依賴就是一個問題了,為什麼?

因為,在Spring中,一個物件並不是簡單new出來了,而是會經過一系列的Bean的生命週期,就是因為Bean的生命週期所以才會出現迴圈依賴問題。當然,在Spring中,出現迴圈依賴的場景很多,有的場景Spring自動幫我們解決了,而有的場景則需要程式設計師來解決,下文詳細來說。

要明白Spring中的迴圈依賴,得先明白Spring中Bean的生命週期。

 

Bean的生命週期

這裡不會對Bean的生命週期進行詳細的描述,只描述一下大概的過程。

Bean的生命週期指的就是:在Spring中,Bean是如何生成的?

被Spring管理的物件叫做Bean。Bean的生成步驟如下:

1. Spring掃描class得到BeanDefinition

2. 根據得到的BeanDefinition去生成bean

3. 首先根據class推斷構造方法

4. 根據推斷出來的構造方法,反射,得到一個物件(暫時叫做原始物件)

5. 填充原始物件中的屬性(依賴注入)

6. 如果原始物件中的某個方法被AOP了,那麼則需要根據原始物件生成一個代理物件

7. 把最終生成的代理物件放入單例池(原始碼中叫做singletonObjects)中,下次getBean時就直接從單例池拿即可

可以看到,對於Spring中的Bean的生成過程,步驟還是很多的,並且不僅僅只有上面的7步,還有很多很多,比如Aware回撥、初始化等等,這裡不詳細討論。

可以發現,在Spring中,構造一個Bean,包括了new這個步驟(第4步構造方法反射)。

得到一個原始物件後,Spring需要給物件中的屬性進行依賴注入,那麼這個注入過程是怎樣的?

 

比如上文說的A類,A類中存在一個B類的b屬性,所以,當A類生成了一個原始物件之後,就會去給b屬性去賦值,此時就會根據b屬性的型別和屬性名去BeanFactory中去獲取B類所對應的單例bean。如果此時BeanFactory中存在B對應的Bean,那麼直接拿來賦值給b屬性;如果此時BeanFactory中不存在B對應的Bean,則需要生成一個B對應的Bean,然後賦值給b屬性。

問題就出現在第二種情況,如果此時B類在BeanFactory中還沒有生成對應的Bean,那麼就需要去生成,就會經過B的Bean的生命週期。

那麼在建立B類的Bean的過程中,如果B類中存在一個A類的a屬性,那麼在建立B的Bean的過程中就需要A類對應的Bean,但是,觸發B類Bean的建立的條件是A類Bean在建立過程中的依賴注入,所以這裡就出現了迴圈依賴:

ABean建立-->依賴了B屬性-->觸發BBean建立--->B依賴了A屬性--->需要ABean(但ABean還在建立過程中)

從而導致ABean建立不出來,BBean也建立不出來。

這是迴圈依賴的場景,但是上文說了,在Spring中,通過某些機制幫開發者解決了部分迴圈依賴的問題,這個機制就是三級快取。

 

三級快取

三級快取是通用的叫法。

一級快取為:singletonObjects

二級快取為:earlySingletonObjects

三級快取為:singletonFactories

先稍微解釋一下這三個快取的作用,後面詳細分析:

singletonObjects中快取的是已經經歷了完整生命週期的bean物件。

earlySingletonObjects比singletonObjects多了一個early,表示快取的是早期的bean物件。早期是什麼意思?表示Bean的生命週期還沒走完就把這個Bean放入earlySingletonObjects。

singletonFactories中快取的是ObjectFactory,表示物件工廠,用來建立某個物件的。

 

解決迴圈依賴思路分析

先來分析為什麼快取能解決迴圈依賴。

上文分析得到,之所以產生迴圈依賴的問題,主要是:

A建立時--->需要B---->B去建立--->需要A,從而產生了迴圈

 

 那麼如何打破這個迴圈,加個中間人(快取)

 

 

A的Bean在建立過程中,在進行依賴注入之前,先把A的原始Bean放入快取(提早暴露,只要放到快取了,其他Bean需要時就可以從快取中拿了),放入快取後,再進行依賴注入,此時A的Bean依賴了B的Bean,如果B的Bean不存在,則需要建立B的Bean,而建立B的Bean的過程和A一樣,也是先建立一個B的原始物件,然後把B的原始物件提早暴露出來放入快取中,然後在對B的原始物件進行依賴注入A,此時能從快取中拿到A的原始物件(雖然是A的原始物件,還不是最終的Bean),B的原始物件依賴注入完了之後,B的生命週期結束,那麼A的生命週期也能結束。

因為整個過程中,都只有一個A原始物件,所以對於B而言,就算在屬性注入時,注入的是A原始物件,也沒有關係,因為A原始物件在後續的生命週期中在堆中沒有發生變化。

從上面這個分析過程中可以得出,只需要一個快取就能解決迴圈依賴了,那麼為什麼Spring中還需要singletonFactories呢?

這是難點,基於上面的場景想一個問題:如果A的原始物件注入給B的屬性之後,A的原始物件進行了AOP產生了一個代理物件,此時就會出現,對於A而言,它的Bean物件其實應該是AOP之後的代理物件,而B的a屬性對應的並不是AOP之後的代理物件,這就產生了衝突。

B依賴的A和最終的A不是同一個物件。

那麼如何解決這個問題?這個問題可以說沒有辦法解決。

因為在一個Bean的生命週期最後,Spring提供了BeanPostProcessor可以去對Bean進行加工,這個加工不僅僅只是能修改Bean的屬性值,也可以替換掉當前Bean。

舉個例子:

@Component
public class User {
}
@Component
public class TestBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {

    @Override
    public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {

        // 生成了一個新的User物件
        if (beanName.equals("user")) {
            System.out.println(bean);
            User user = new User();
            return user;
        }

        return bean;
    }
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {

        AnnotationConfigApplicationContext context =
                new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        
        User user = context.getBean("user", User.class);
        System.out.println(user);

    }
}

 

執行main方法,得到的列印如下:

com.test.service.User@67gh4rt3
com.test.service.User@56tr75b3

所以在BeanPostProcessor中可以完全替換掉某個beanName對應的bean物件。

而BeanPostProcessor的執行在Bean的生命週期中是處於屬性注入之後的,迴圈依賴是發生在屬性注入過程中的,所以很有可能導致,注入給B物件的A物件和經歷過完整生命週期之後的A物件,不是一個物件。這就是有問題的。

所以在這種情況下的迴圈依賴,Spring是解決不了的,因為在屬性注入時,Spring也不知道A物件後續會經過哪些BeanPostProcessor以及會對A物件做什麼處理。

Spring到底解決了哪種情況下的迴圈依賴

雖然上面的情況可能發生,但是肯定發生得很少,我們通常在開發過程中,不會這樣去做,但是,某個beanName對應的最終物件和原始物件不是一個物件卻會經常出現,這就是AOP。

AOP就是通過一個BeanPostProcessor來實現的,這個BeanPostProcessor就是AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator,它的父類是AbstractAutoProxyCreator,而在Spring中AOP利用的要麼是JDK動態代理,要麼CGLib的動態代理,所以如果給一個類中的某個方法設定了切面,那麼這個類最終就需要生成一個代理物件。

一般過程就是:A類--->生成一個普通物件-->屬性注入-->基於切面生成一個代理物件-->把代理物件放入singletonObjects單例池中。

而AOP可以說是Spring中除開IOC的另外一大功能,而迴圈依賴又是屬於IOC範疇的,所以這兩大功能想要並存,Spring需要特殊處理。

如何處理的,就是利用了第三級快取singletonFactories。

首先,singletonFactories中存的是某個beanName對應的ObjectFactory,在bean的生命週期中,生成完原始物件之後,就會構造一個ObjectFactory存入singletonFactories中。這個ObjectFactory是一個函式式介面,所以支援Lambda表示式:() -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean)

上面的Lambda表示式就是一個ObjectFactory,執行該Lambda表示式就會去執行getEarlyBeanReference方法,而該方法如下:

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;
                exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
            }
        }
    }
    return exposedObject;
}

 

該方法會去執行SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor中的getEarlyBeanReference方法,而這個介面下的實現類中只有兩個類實現了這個方法,一個是AbstractAutoProxyCreator,一個是InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter,它的實現如下:

// InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {
    return bean;
}
// AbstractAutoProxyCreator
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
    Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
    this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
    return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

所以很明顯,在整個Spring中,預設就只有AbstractAutoProxyCreator真正意義上實現了getEarlyBeanReference方法,而該類就是用來進行AOP的。上文提到的AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator的父類就是AbstractAutoProxyCreator。

那麼getEarlyBeanReference方法到底在幹什麼?

首先得到一個cachekey,cachekey就是beanName。

然後把beanName和bean(這是原始物件)存入earlyProxyReferences中

呼叫wrapIfNecessary進行AOP,得到一個代理物件。

那麼,什麼時候會呼叫getEarlyBeanReference方法呢?回到迴圈依賴的場景中

 

 

左邊文字:

這個ObjectFactory就是上文說的labmda表示式,中間有getEarlyBeanReference方法,注意存入singletonFactories時並不會執行lambda表示式,也就是不會執行getEarlyBeanReference方法

右邊文字:

從singletonFactories根據beanName得到一個ObjectFactory,然後執行ObjectFactory,也就是執行getEarlyBeanReference方法,此時會得到一個A原始物件經過AOP之後的代理物件,然後把該代理物件放入earlySingletonObjects中,注意此時並沒有把代理物件放入singletonObjects中,那什麼時候放入到singletonObjects中呢?

這個時候得來理解一下earlySingletonObjects的作用,此時,我們只得到了A原始物件的代理物件,這個物件還不完整,因為A原始物件還沒有進行屬性填充,所以此時不能直接把A的代理物件放入singletonObjects中,所以只能把代理物件放入earlySingletonObjects,假設現在有其他物件依賴了A,那麼則可以從earlySingletonObjects中得到A原始物件的代理物件了,並且是A的同一個代理物件。

 

當B建立完了之後,A繼續進行生命週期,而A在完成屬性注入後,會按照它本身的邏輯去進行AOP,而此時我們知道A原始物件已經經歷過了AOP,所以對於A本身而言,不會再去進行AOP了,那麼怎麼判斷一個物件是否經歷過了AOP呢?會利用上文提到的earlyProxyReferences,在AbstractAutoProxyCreator的postProcessAfterInitialization方法中,會去判斷當前beanName是否在earlyProxyReferences,如果在則表示已經提前進行過AOP了,無需再次進行AOP。

對於A而言,進行了AOP的判斷後,以及BeanPostProcessor的執行之後,就需要把A對應的物件放入singletonObjects中了,但是我們知道,應該是要A的代理物件放入singletonObjects中,所以此時需要從earlySingletonObjects中得到代理物件,然後入singletonObjects中。

整個迴圈依賴解決完畢。

 

總結

總結一下三級快取:

1. singletonObjects:快取某個beanName對應的經過了完整生命週期的bean

2. earlySingletonObjects:快取提前拿原始物件進行了AOP之後得到的代理物件,原始物件還沒有進行屬性注入和後續的BeanPostProcessor等生命週期

3. singletonFactories:快取的是一個ObjectFactory,主要用來去生成原始物件進行了AOP之後得到的代理物件,在每個Bean的生成過程中,都會提前暴露一個工廠,這個工廠可能用到,也可能用不到,如果沒有出現迴圈依賴依賴本bean,那麼這個工廠無用,本bean按照自己的生命週期執行,執行完後直接把本bean放入singletonObjects中即可,如果出現了迴圈依賴依賴了本bean,則另外那個bean執行ObjectFactory提交得到一個AOP之後的代理物件(如果有AOP的話,如果無需AOP,則直接得到一個原始物件)。

4. 其實還要一個快取,就是earlyProxyReferences,它用來記錄某個原始物件是否進行過AOP了

 

 

 

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