一、什么是循环依赖

A对象,它的属性是B对象,而B对象的属性也是A对象,说白了就是A依赖B,而B又依赖A

Java中的循环依赖分两种,一种是构造器的循环依赖,另一种是属性的循环依赖。

构造器的循环依赖就是在构造器中有属性循环依赖,如下所示的两个类就属于构造器循环依赖:

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@Service
public class Student {
@Autowired
private Teacher teacher;
// 有参构造依赖别的对象
public Student (Teacher teacher) {
System.out.println("Student init1:" + teacher);
}
// 方法
public void learn () {
System.out.println("Student learn");
}
}
--------------------------------------------------------------
@Service
public class Teacher {
@Autowired
private Student student;
// 有参构造依赖别的对象
public Teacher (Student student) {
System.out.println("Teacher init1:" + student);

}
// 方法
public void teach () {
System.out.println("teach:");
student.learn();
}
}

这种循环依赖没有什么解决办法,因为JVM虚拟机在对类进行实例化的时候,需先实例化构造器的参数,而由于循环引用这个参数无法提前实例化,故只能抛出错误。

Spring解决的循环依赖就是指属性的循环依赖,如下所示:

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@Service
public class Teacher {
// 对象属性注入
@Autowired
private Student student;
// 构造
public Teacher () {
System.out.println("Teacher init1:" + student);

}
// 方法
public void teach () {
System.out.println("teach:");
student.learn();
}
}
---------------------------------------------------------
@Service
public class Student {
// 对象属性注入
@Autowired
private Teacher teacher;
// 构造
public Student () {
System.out.println("Student init:" + teacher);
}
// 方法
public void learn () {
System.out.println("Student learn");
}
}

注意:

spring中 对象属性的注入在对象实例化 之后。在Spring中,对象的实例化是通过反射实现的,而对象的属性则是在对象实例化之后通过一定的方式设置的。

实例化是指刚执行完构造器将一个对象new出来,但还未填充属性值的状态,而初始化是指完成了属性的依赖注入。

测试扫描类:

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@ComponentScan(value = "com.apps")
public class ScanConfig {}

测试启动类:

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public class SpringTest {

public static void main(String[] args) {
// 窗口
AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(ScanConfig.class);
// 根据类型获取并调用方法
applicationContext.getBean(Teacher.class).teach();
}

}

测试类执行结果:

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Student init:null
Teacher init:null
teach:
Student learn

可以看到,在构造器执行的时候未完成属性的注入,而在调用方法的时候已经完成了注入。下面就一起看看Spring内部是在何时完成的属性注入,又是如何解决的循环依赖。

二、spring如何解决的?

一句话来概括一下:Spring通过将实例化后的对象提前暴露给Spring容器中的singletonFactories,解决了循环依赖的问题

它的大致过程是这样的:

白话:

  1. 首先A对象实例化,然后对属性进行注入,发现依赖B对象
  2. B对象此时还没创建出来,所以转头去实例化B对象
  3. B对象实例化之后,发现需要依赖A对象,那A对象已经实例化了,所以B对象最终能完成创建
  4. B对象返回到A对象的属性注入的方法上,A对象最终完成创建

专业点:

​ 这里Student和Teacher中各自都以对方为自己的全局属性。这里首先需要说明的一点,Spring实例化bean是通过 ApplicationContext.getBean() 方法来进行的

如果要获取的对象依赖了另一个对象,那么其首先会创建当前对象,然后通过递归的调用ApplicationContext.getBean()方法来获取所依赖的对象,最后将获取到的对象注入到当前对象中。

这里我们以上面的首先初始化Teacher(A)对象实例为例进行讲解。

  1. 首先Spring尝试通过ApplicationContext.getBean()方法获取A对象的实例,由于Spring容器中还没有A对象实例,因而其会创建一个A对象;
  2. 然后发现其依赖了B对象,因而会尝试递归的通过ApplicationContext.getBean()方法获取B对象的实例;
  3. 但是Spring容器中此时也没有B对象的实例,因而其还是会先创建一个B对象的实例;
  4. 需要注意这个时间点,此时A对象和B对象都已经创建了,并且保存在Spring容器中了,只不过A对象的属性b和B对象的属性a都还没有设置进去;
  5. 在前面Spring创建B对象之后,Spring发现B对象依赖了属性A,因而还是会尝试递归的调用ApplicationContext.getBean()方法获取A对象的实例;
  6. 因为Spring中已经有一个A对象的实例,虽然只是半成品(其属性b还未初始化),但其也还是目标bean,因而会将该A对象的实例返回;
  7. 此时,B对象的属性a就设置进去了,然后还是ApplicationContext.getBean()方法递归的返回,也就是将B对象的实例返回,此时就会将该实例设置到A对象的属性b中;
  8. 这个时候,注意A对象的属性b和B对象的属性a都已经设置了目标对象的实例了;
  9. 而在上面这个递归过程的最后,Spring将获取到的B对象实例设置到了A对象的属性b中了。

注意:前面在为对象B设置属性a的时候,这个A类型属性还是个半成品。但是需要注意的是,这个A是一个引用,其本质上还是最开始就实例化的A对象。

这里的A对象其实和前面设置到实例B中的半成品A对象是同一个对象,其引用地址是同一个,这里为A对象的b属性设置了值,其实也就是为那个半成品的a属性设置了值。

三、源码讲解

对于Spring处理循环依赖问题的方式,我相信你看到这里应该有一定的理解了!

需要注意的一个点,Spring是如何标记开始生成的A对象是一个半成品,并且是如何保存A对象的?

这里的标记工作Spring是使用ApplicationContext的属性SetsingletonsCurrentlyInCreation来保存的,而半成品的A对象则是通过MapsingletonFactories来保存的

这里的ObjectFactory是一个工厂对象,可通过调用其getObject()方法来获取目标对象。在AbstractBeanFactory.doGetBean()方法中获取对象的方法如下:

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protected  T doGetBean(final String name, @Nullable final Class requiredType,
@Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {

// 尝试通过bean名称获取目标bean对象,比如这里的A对象
Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
// 我们这里的目标对象都是单例的
if (mbd.isSingleton()) {

// 这里就尝试创建目标对象,第二个参数传的就是一个ObjectFactory类型的对象,这里是使用Java8的lamada
// 表达式书写的,只要上面的getSingleton()方法返回值为空,则会调用这里的getSingleton()方法来创建
// 目标对象
sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
try {
// 尝试创建目标对象
return createBean(beanName, mbd, args);
} catch (BeansException ex) {
throw ex;
}
});
}
return (T) bean;
}

这里的doGetBean()方法是非常关键的一个方法(中间省略了其他代码),上面也主要有两个步骤

  1. 第一个步骤的getSingleton()方法的作用是尝试从缓存中获取目标对象,如果没有获取到,则尝试获取半成品的目标对象;如果第一个步骤没有获取到目标对象的实例,那么就进入第二个步骤
  2. 第二个步骤的getSingleton()方法的作用是尝试创建目标对象,并且为该对象注入其所依赖的属性。

这里其实就是主干逻辑,在整个过程中会调用三次doGetBean()方法

  1. 第一次调用的时候会尝试获取A对象实例,此时走的是第一个getSingleton()方法,由于没有已经创建的A对象的成品或半成品,因而这里得到的是null
  2. 然后就会调用第二个getSingleton()方法,创建A对象的实例,然后递归的调用doGetBean()方法,尝试获取B对象的实例以注入到A对象中
  3. 此时由于Spring容器中也没有B对象的成品或半成品,因而还是会走到第二个getSingleton()方法,在该方法中创建B对象的实例
  4. 创建完成之后,尝试获取其所依赖的A的实例作为其属性,因而还是会递归的调用doGetBean()方法
  5. 在前面由于已经有了一个半成品的A对象的实例,因而这个时候,再尝试获取A对象的实例的时候,会走第一个getSingleton()方法
  6. 在该方法中会得到一个半成品的A对象的实例,然后将该实例返回,并且将其注入到B对象的属性a中,此时B对象实例化完成。
  7. 然后,将实例化完成的B对象递归的返回,此时就会将该实例注入到A对象中,这样就得到了一个成品的A对象。

我们这里可以阅读上面的第一个getSingleton()方法:

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@Nullable
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {

// 尝试从缓存中获取成品的目标对象,如果存在,则直接返回
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);

// 如果缓存中不存在目标对象,则判断当前对象是否已经处于创建过程中,在前面的讲解中,第一次尝试获取A对象
// 的实例之后,就会将A对象标记为正在创建中,因而最后再尝试获取A对象的时候,这里的if判断就会为true
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {

synchronized (this.singletonObjects) {
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {

// 这里的singletonFactories是一个Map,其key是bean的名称,而值是一个ObjectFactory类型的
// 对象,这里对于A和B而言,调用图其getObject()方法返回的就是A和B对象的实例,无论是否是半成品
ObjectFactory singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
if (singletonFactory != null) {

// 获取目标对象的实例
singletonObject = singletonFactory.getObject();
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
return singletonObject;
}

这里我们会存在一个问题就是:A的半成品实例是如何实例化的,然后是如何将其封装为一个ObjectFactory类型的对象,并且将其放到上面的singletonFactories属性中的?

这主要是在前面的第二个getSingleton()方法中,其最终会通过其传入的第二个参数,从而调用createBean()方法,该方法的最终调用是委托给了另一个doCreateBean()方法进行的

这里面有如下一段代码:

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protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
throws BeanCreationException {
// 实例化当前尝试获取的bean对象,比如A对象和B对象都是在这里实例化的
BeanWrapper instanceWrapper = null;
if (mbd.isSingleton()) {
instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
}
if (instanceWrapper == null) {
instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
}
// 判断Spring是否配置了支持提前暴露目标bean,也就是是否支持提前暴露半成品的bean
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences
&& isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {

// 如果支持,这里就会将当前生成的半成品的bean放到singletonFactories中,这个singletonFactories
// 就是前面第一个getSingleton()方法中所使用到的singletonFactories属性,也就是说,这里就是
// 封装半成品的bean的地方。而这里的getEarlyBeanReference()本质上是直接将放入的第三个参数,也就是
// 目标bean直接返回
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}
try {
// 在初始化实例之后,这里就是判断当前bean是否依赖了其他的bean,如果依赖了,
// 就会递归的调用getBean()方法尝试获取目标bean
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
} catch (Throwable ex) {
// 省略...
}
return exposedObject;
}

到这里,Spring整个解决循环依赖问题的实现思路已经比较清楚了。对于整体过程,只要理解两点:

  • Spring是通过递归的方式获取目标bean及其所依赖的bean的;
  • Spring实例化一个bean的时候,是分两步进行的,首先实例化目标bean,然后为其注入属性。

结合这两点,也就是说,Spring在实例化一个bean的时候,是首先递归的实例化其所依赖的所有bean,直到某个bean没有依赖其他bean,此时就会将该实例返回,然后反递归的将获取到的bean设置为各个上层bean的属性的。