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2024-04-09
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Spring6 - Bean循环依赖

# 1. 什么是循环依赖？

img

例如，就是A对象依赖了B对象，B对象依赖了A对象。

// A依赖了B
class A{
    public B b;
} 

// B依赖了A
class B{
    public A a;
}
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如果不考虑Spring，循环依赖并不是问题，因为对象之间相互依赖是很正常的事情。 比如：

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

a.b = b;
b.a = a;
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这样，A,B就依赖上了。

但是，在 Spring 中循环依赖就是一个问题了，因为，在 Spring 中，一个对象并不是简单 new 出来了，而是会经过一系列的 Bean 的生命周期，就是因为 Bean 的生命周期所以才会出现循环依赖问题。当然，在 Spring 中，出现循环依赖的场景很多，有的场景 Spring 自动帮我们解决了，而有的场景则需要程序员来解决。

要明白Spring中的循环依赖，得先明白Spring中Bean的生命周期。

# 2. Bean的生命周期

# 2.1 Spring Bean 的生命周期

具体看这篇博客–>> Spring Bean 的生命周期

# 2.2 Bean 的生成步骤

被 Spring 管理的对象叫做 Bean 。Bean的生成步骤如下：

  1. 扫描类定义：Spring容器启动时，会扫描指定包下的类，根据注解或其他配置来创建BeanDefinition对象，这是Bean配置的内部表示。
  2. 生成Bean实例：
    • 根据BeanDefinition，Spring首先尝试推断用于实例化Bean的最适合的构造方法（如果有多个构造函数，会根据情况选择最合适的一个）。
    • 通过反射使用选定的构造方法创建Bean的原始对象。
  3. 依赖注入：
    • Spring接下来会对原始对象进行属性填充，也就是依赖注入，这包括设置Bean属性所需的所有依赖项。
  4. AOP代理：
    • 如果原始对象需要被AOP增强（比如通过@Transactional注解标记的服务层方法），Spring会根据原始对象生成相应的代理对象。
  5. 完成初始化并加入单例池：
    • 最终，不论是原始对象还是代理对象，都会被加入到Spring的单例池（singletonObjects）中，供后续使用。

我们可以发现，在得到一个原始对象后，Spring 需要给对象中的属性进行依赖注入，那么这个注入过程是怎样的？

比如上文说的 A 类，A 类中存在一个 B 类的 b 属性，所以，当 A 类生成了一个原始对象之后，就会去给 b 属性去赋值，此时就会根据 b 属性的类型和属性名去 BeanFactory 中去获取 B 类所对应的单例bean。

  1. 如果此时 BeanFactory 中存在 B 对应的 Bean，那么直接拿来赋值给 b 属性；

  2. 如果此时 BeanFactory 中不存在 B 对应的 Bean，则需要生成一个 B 对应的 Bean，然后赋值给 b属性。**

问题就出现在「第二种」情况，如果此时 B 类在 BeanFactory 中还没有生成对应的 Bean，那么就需要去生成，就会经过 B 的 Bean 的生命周期。

那么在创建 B 类的 Bean 的过程中，如果 B 类中存在一个 A 类的 a 属性，那么在创建 B 的 Bean 的过程中就需要 A 类对应的 Bean，但是，触发 B 类 Bean 的创建的条件是 A 类 Bean 在创建过程中的依赖注入，所以这里就出现了循环依赖：

A Bean创建–>依赖了 B 属性–>触发 B Bean创建—>B 依赖了 A 属性—>需要 A Bean（但A Bean还在创建过程中）

从而导致 A Bean 创建不出来，B Bean 也创建不出来。

这是循环依赖的场景，但是上文说了，在 Spring 中，通过某些机制帮开发者解决了部分循环依赖的问题，这个机制就是「三级缓存」。

# 3. 三级缓存

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  • 一级缓存为：singletonObjects；
  • 二级缓存为：earlySingletonObjects；
  • 三级缓存为：singletonFactories；
/** Cache of singleton objects: bean name –> bean instance */
private final Map singletonObjects = new ConcurrentHashMap(256);

/** Cache of singleton factories: bean name –> ObjectFactory */
private final Map> singletonFactories = new HashMap>(16);

/** Cache of early singleton objects: bean name –> bean instance */
private final Map earlySingletonObjects = new HashMap(16);
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# 3.1三个缓存分别有什么作用

「singletonObjects」中缓存的是已经经历了完整生命周期的bean对象。

「earlySingletonObjects」比 singletonObjects 多了一个 early ，表示缓存的是早期的 bean对象。早期指的是 Bean 的生命周期还没走完就把这个 Bean 放入了 earlySingletonObjects。

「singletonFactories」中缓存的是 ObjectFactory，表示对象工厂，用来创建某个对象的。

# 4. 思路分析

上文分析得到，之所以产生循环依赖的问题

主要是：A创建时—>需要B---->B去创建—>需要A，从而产生了循环。 在这里插入图片描述

那么如何打破这个循环，加个缓存就可以了

img A 的 Bean 在创建过程中，在进行依赖注入之前，先把 A 的原始 Bean 放入缓存（提早暴露，只要放到缓存了，其他 Bean 需要时就可以从缓存中拿了），放入缓存后，再进行依赖注入，此时 A 的Bean 依赖了 B 的 Bean 。

如果 B 的 Bean 不存在，则需要创建 B 的 Bean，而创建 B 的 Bean 的过程和 A 一样，也是先创建一个 B 的原始对象，然后把 B 的原始对象提早暴露出来放入缓存中，然后在对 B 的原始对象进行依赖注入 A，此时能从缓存中拿到 A 的原始对象（虽然是 A 的原始对象，还不是最终的 Bean），B 的原始对象依赖注入完了之后，B 的生命周期结束，那么 A 的生命周期也能结束。

因为整个过程中，都只有一个 A 原始对象，所以对于 B 而言，就算在属性注入时，注入的是 A 原始对 象，也没有关系，因为A 原始对象在后续的生命周期中在堆中没有发生变化。

# 4.1 为什么 Spring 中还需要 singletonFactories 呢？

从上面这个分析过程中可以得出，只需要一个缓存就能解决循环依赖了，那么为什么 Spring 中还需要 singletonFactories 呢？

基于上面的场景思考一个问题：

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 对象其实应该是 AOP 之后的代理对象，而 B 的 a 属性对应的并不是 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。

那么如何解决这个问题？这个问题可以说没有办法解决。因为在一个 Bean 的生命周期最后，Spring提供了 BeanPostProcessor 可以去对 Bean 进行加工，这个加工不仅仅只是能修改 Bean 的属性值，也可以替换掉当前 Bean 。

在BeanPostProcessor 中可以完全替换掉某个 beanName 对应的 bean 对象。

而 BeanPostProcessor 的执行在 Bean 的生命周期中是处于属性注入之后的，循环依赖是发生在属性注入过程中的，所以很有可能导致，注入给 B 对象的 A 对象和经历过完整生命周期之后的 A 对象，不是一个对象。这就是有问题的。

所以在这种情况下的循环依赖，Spring 是解决不了的，因为在属性注入时，Spring 也不知道 A 对象后续会经过哪些 BeanPostProcessor 以及会对 A 对象做什么处理。

# 5. Spring解决了哪种情况下的循环依赖

虽然上面的情况可能发生，但是肯定发生得很少。某个 beanName 对应的最终对象和原始对象不是一个对象却会经常出现，这就是 AOP 。

AOP 就是通过一个 BeanPostProcessor 来实现的，在 Spring 中 AOP 利用的要么是 JDK 动态代理，要么 CGLib 的动态代理，所以如果给一个类中的某个方法设置了切面，那么这个类最终就需要生成一个代理对象。

一般过程就是：A 类—>生成一个普通对象–>属性注入–>基于切面生成一个代理对象–>把代理对象 放入 singletonObjects 单例池中。 在这里插入图片描述

而 AOP 可以说是 Spring 中除开 IOC 的另外一大功能，而循环依赖又是属于 IOC 范畴的，所以这两大功能想要并存，Spring 需要特殊处理。

如何处理的，就是利用了第三级缓存 singletonFactories。

首先，singletonFactories 中存的是某个 beanName 对应的 ObjectFactory，在 bean 的生命周期中，生成完原始对象之后，就会构造一个 ObjectFactory 存入 singletonFactories 中。 在这里插入图片描述

# 5.1 ObjectFactory

这个 ObjectFactory 是一个函数式接口，支持Lambda表达式：() ->getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean)

上面的Lambda表达式就是一个ObjectFactory，执行该Lambda表达式就会去执行getEarlyBeanReference方法，而该方法如下： 在这里插入图片描述 该方法会去执行SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor中的getEarlyBeanReference方法，而这个接口下的实现类中只有两个类实现了这个方法，一个是AbstractAutoProxyCreator，一个是InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter，它的实现如下：

InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter 在这里插入图片描述

AbstractAutoProxyCreator 在这里插入图片描述 由上图可以得知，在整个Spring中，默认就只有AbstractAutoProxyCreator真正意义上实现了getEarlyBeanReference方法，而该类就是用来进行AOP的。

# 6. getEarlyBeanReference方法

在这里插入图片描述 首先得到一个cachekey，cachekey就是beanName。然后把beanName和bean（这是原始对象）存入 earlyProxyReferences 中。调用 wrapIfNecessary 进行AOP，得到一个代理对象。

那么什么时候会调用 getEarlyBeanReference 方法呢？让我们继续看如下这张图。

img 图中的 ObjectFactory 就是上文说的 labmda 表达式，中间有 getEarlyBeanReference 方法。

注意存入 singletonFactories 时并不会执行 lambda 表达式，也就是不会执行getEarlyBeanReference 方法。

从 singletonFactories 根据 beanName 得到一个 ObjectFactory ，然后执行 ObjectFactory ，也就是执行 getEarlyBeanReference 方法，此时会得到一个 A 原始对象经过 AOP 之后的代理对象，然后把该代理对象放入 earlySingletonObjects 中。

此时并没有把代理对象放入 singletonObjects 中，那什么时候放入到 singletonObjects 中呢？

此时，我们只得到了 A 原始对象的代理对象，这个对象还不完整，因为 A 原始对象还没有进行属性填充，所以此时不能直接把A的代理对象放入 singletonObjects 中，所以只能把代理对象放入earlySingletonObjects 。

假设现在有其他对象依赖了 A，那么则可以从 earlySingletonObjects 中得到 A 原始对象的代理对象了，并且是A的同一个代理对象。

当 B 创建完了之后，A 继续进行生命周期，而 A 在完成属性注入后，会按照它本身的逻辑去进行AOP，而此时我们知道 A 原始对象已经经历过了 AOP ，所以对于 A 本身而言，不会再去进行 AOP了，那么怎么判断一个对象是否经历过了 AOP 呢？

会利用上文提到的 earlyProxyReferences，在 AbstractAutoProxyCreator 的 postProcessAfterInitialization 方法中，会去判断当前 beanName 是否在 earlyProxyReferences，如果在则表示已经提前进行过 AO P了，无需再次进行 AOP。

对于 A 而言，进行了 AOP 的判断后，以及 BeanPostProcessor 的执行之后，就需要把 A 对应的对象放入 singletonObjects 中了，但是我们知道，应该是要 A 的代理对象放入 singletonObjects 中，所以此时需要从 earlySingletonObjects 中得到代理对象，然后入 singletonObjects 中。

至此，整个循环依赖解决完毕。

# 7. 构造方法出现了循环依赖怎么解决？

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Spring的三级缓存主要是用来解决字段注入或者Setter方法注入时的循环依赖问题，无法解决造方法注入的循环依赖。

为什么三级缓存无法解决？

  1. 实例化之前的依赖问题：在使用构造方法注入时，Spring容器需要在创建bean之前解析其所有的依赖关系，这意味着在A的实例被创建之前，它需要B的实例，而B的实例同样需要A的实例。这种情况下，Spring无法继续，因为它在还没有创建一个实例之前就遇到了一个依赖于未来才能创建的实例的情况。
  2. 三级缓存的工作原理：Spring的三级缓存主要是用来处理单例作用域的bean的循环依赖问题。它在bean实例化过程中使用三级缓存来存储bean的早期引用，从而在bean的完全初始化之前允许其它bean引用它。然而，这种机制假设bean至少已经被部分创建了。在构造方法注入的场景中，如果存在循环依赖，bean连部分创建都做不到，因为它在实例化自身之前需要依赖的其他bean也处于等待被创建的状态。
  3. 构造函数的原子性：构造函数的调用是原子操作，意味着在构造函数完成之前，对象是不会存在的。因此，如果构造函数本身就需要依赖于另一个同样通过构造函数注入依赖的对象，这个过程就无法完成，因为每个对象的创建都依赖于另一个尚未创建的对象。

解决方案

1. 改用Setter注入或字段注入

由于Spring容器可以处理Setter注入或字段注入时的循环依赖（通过三级缓存机制），将构造方法注入改为Setter注入或字段注入是解决循环依赖问题的一种直接方式。这要求你将组件的依赖项从构造函数参数移动到Setter方法或直接字段上，并标注为@Autowired。

2. 使用@Lazy注解

在某些情况下，可以通过在依赖项上使用@Lazy注解来解决循环依赖的问题。这将导致Spring在第一次请求该bean时才创建依赖的bean，从而允许容器成功初始化循环依赖的组件。

@Component
public class A {
    private final B b;

    @Autowired
    public A(@Lazy B b) {
        this.b = b;
    }
}

@Component
public class B {
    private final A a;

    @Autowired
    public B(A a) {
        this.a = a;
    }
}
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# 8. 总结

# 1. singletonObjects

  • 作用：这是一个从bean名称到bean实例的映射，用于存储已经经历了完整生命周期处理的单例bean。这些bean已经被初始化，即它们已经被实例化、填充了依赖、并且如果配置了相应的BeanPostProcessors（如AOP相关处理），这些也已经被应用。
  • 使用场景：当请求一个bean时，Spring首先从这个缓存中查找，如果找到了，就直接返回这个完全初始化和准备就绪的bean实例。

# 2. earlySingletonObjects

  • 作用：这个缓存存储的是“早期的”单例对象，即已经被实例化但还没有完全初始化的对象。这些对象可能已经被AOP增强（即代理化）。它们存在是为了解决循环依赖的问题，在完全初始化之前，允许其他bean引用这些“早期的”对象。
  • 使用场景：当一个bean正在创建过程中，如果它需要依赖另一个还未完全创建好的bean，那么这个尚未完全创建好的bean的“早期对象”就会从这个缓存中提供给需要它的bean。

# 3. singletonFactories

  • 作用：这个缓存存储的是ObjectFactory对象，这些工厂对象知道如何产生特定bean的“早期参考”（early reference），通常是该bean的代理对象。如果一个bean正在其创建过程中被另一个bean依赖，这个工厂就会被用来生成并提供一个可以安全使用的“早期”代理对象，这样就避免了直接依赖原始对象，从而解决了循环依赖的问题。
  • 使用场景：当出现循环依赖时，即一个bean在其创建过程中就需要依赖另一个还在创建过程中的bean，这时就会用到singletonFactories缓存。它会提前暴露一个ObjectFactory，这个工厂负责生成一个“早期的”bean代理对象，这个代理对象会被需要它的bean使用，直到它最终被完全初始化后放入singletonObjects缓存中。

# 4. 代理对象的生成过程

  1. Bean的创建开始：当Spring容器开始创建一个bean时，如果这个bean被定义为需要代理（例如，通过@Transactional注解、@Async注解或者是自定义的需要AOP代理的逻辑），Spring会首先将这个bean的创建信息注册到singletonFactories中，注册的是一个工厂对象，这个工厂对象知道如何为这个bean生成一个代理。
  2. 提前暴露的需要：如果在bean的创建过程中（尤其是在它的依赖注入阶段），另一个bean需要引用它（形成了一个循环依赖），Spring就会使用singletonFactories中的工厂对象来提前创建一个这个bean的代理对象。这个代理对象就是所谓的“早期引用”。
  3. 代理对象的生成：具体到代理对象的生成，Spring会根据配置（如是否需要接口代理或类代理）来选择使用JDK动态代理还是CGLIB来创建代理对象。如果bean实现了至少一个接口，Spring默认使用JDK动态代理；如果bean没有实现任何接口，Spring则使用CGLIB来创建基于类的代理。
    • JDK动态代理：通过反射机制，利用实现的接口创建一个代理对象，这个代理对象会将所有的方法调用转发给实现了这些接口的目标bean。
    • CGLIB代理：通过继承目标类并重写其方法来创建一个子类，这个子类在方法调用时可以添加额外的处理逻辑，比如事务管理的逻辑。
  4. 应用增强：这个“早期引用”的代理对象会根据需要应用相应的增强（advice）。比如，如果一个方法被@Transactional注解标记，那么在调用这个方法时，代理对象会确保事务的正确开启和关闭。
  5. 完成bean的创建：在bean的依赖注入完成后，Spring会继续bean的后处理过程，最终将完全初始化后的bean替换singletonFactories中的工厂对象，并将这个完全初始化后的bean（可能是代理对象）注册到singletonObjects缓存中。

# 5. 如何感知需要代理

Spring容器通过使用BeanPostProcessors（特别是那些负责处理AOP逻辑的，如AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator）来检测bean是否需要被代理。在bean的创建过程中，这些后处理器会检查bean上的注解（如@Transactional、@Async等）或者其他AOP相关的配置，来决定是否需要为该bean创建代理。如果需要，这个创建代理的逻辑就会在bean创建过程中的适当时机被触发。

总结

Spring的三级缓存机制主要是为了解决单例bean在创建过程中可能出现的循环依赖问题。通过这三级缓存，Spring能够在bean的生命周期中的不同阶段提供对该bean的不同状态的访问：

  • 第一级缓存（singletonObjects） 提供完全初始化后的bean。
  • 第二级缓存（earlySingletonObjects） 提供部分完成初始化（可能已经AOP代理）的bean，主要用于解决循环依赖。
  • 第三级缓存（singletonFactories） 提供一个工厂对象，用于生成第二级缓存中的对象，也是为了解决循环依赖，特别是在bean需要被AOP代理的情况下。

通过这种机制，Spring确保了即使在相互依赖的bean之间也能够正确地创建和管理bean，同时保持了bean的单例特性。

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上次更新: 2024/12/28, 18:32:08
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