Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

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Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

作者:青石路

www.cnblogs.com/youzhibing/p/14337244.html

写作背景

做 Java 开发的,一般都绕不开 Spring,那么面试中肯定会被问到 Spring 的相关内容,而循环依赖又是 Spring 中的高频面试题

这不前段时间,我的一朋友去面试,就被问到了循环依赖,结果他还在上面还小磕了一下,他们聊天过程如下

面试官:说下什么是循环依赖

朋友: 两个或则两个以上的对象互相依赖对方,最终形成 闭环 。例如 A 对象依赖 B 对象,B 对象也依赖 A 对象

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

面试官:那会有什么问题呢

朋友:对象的创建过程会产生死循环,类似如下

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

面试官:Spring 是如何解决的呢

朋友:通过三级缓存提前暴露对象来解决的

面试官:三级缓存里面分别存的什么

朋友:一级缓存里存的是成品对象,实例化和初始化都完成了,我们的应用中使用的对象就是一级缓存中的

二级缓存中存的是半成品,用来解决对象创建过程中的循环依赖问题

三级缓存中存的是 ObjectFactory<?> 类型的 lambda 表达式,用于处理存在 AOP 时的循环依赖问题

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

面试官:为什么要用三级缓存来解决循环依赖问题(只用一级缓存行不行,只用二级缓存行不行)

朋友:霸点蛮,只用一级缓存也是可以解决的,但是会复杂化整个逻辑

半成品对象是没法直接使用的(存在 NPE 问题),所以 Spring 需要保证在启动的过程中,所有中间产生的半成品对象最终都会变成成品对象

如果将半成品对象和成品对象都混在一级缓存中,那么为了区分他们,势必会增加一些而外的标记和逻辑处理,这就会导致对象的创建过程变得复杂化了

将半成品对象与成品对象分开存放,两级缓存各司其职,能够简化对象的创建过程,更简单、直观

如果 Spring 不引入 AOP,那么两级缓存就够了,但是作为 Spring 的核心之一,AOP 怎能少得了呢

所以为了处理 AOP 时的循环依赖,Spring 引入第三级缓存来处理循环依赖时的代理对象的创建

面试官:如果将代理对象的创建过程提前,紧随于实例化之后,而在初始化之前,那是不是就可以只用两级缓存了?

朋友心想:这到了我知识盲区了呀,我干哦!却点头道:你说的有道理耶,我没有细想这一点,回头我去改改源码试试看

前面几问,感觉朋友答的还不错,但是最后一问中的第三级缓存的作用,回答的还差那么一丢丢,到底那一丢丢是什么,我们慢慢往下看

写在前面

正式开讲之前,我们先来回顾一些内容,不然可能后面的内容看起来有点蒙(其实主要是怕你们杠我)

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

对象的创建

一般而言,对象的创建分成两步:实例化、初始化,实例化指的是从堆中申请内存空间,完成 JVM 层面的对象创建,初始化指的是给属性值赋值

当然也可以直接通过构造方法一步完成实例化与初始化,实现对象的创建

当然还要其他的方式,比如工厂等

Spring 的的注入方式

有三种:构造方法注入、setter 方法注入、接口注入

接口注入的方式太灵活,易用性比较差,所以并未广泛应用起来,大家知道有这么一说就好,不要去细扣了

构造方法注入的方式,将实例化与初始化并在一起完成,能够快速创建一个可直接使用的对象,但它没法处理循环依赖的问题,了解就好

setter 方法注入的方式,是在对象实例化完成之后,再通过反射调用对象的 setter 方法完成属性的赋值,能够处理循环依赖的问题,是后文的基石,必须要熟悉

Spring 三级缓存的顺序

三级缓存的顺序是由查询循序而来,与在类中的定义顺序无关

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

所以第一级缓存:singletonObjects ,第二级缓存:earlySingletonObjects ,第三级缓存:singletonFactories

解决思路

抛开 Spring,让我们自己来实现,会如何处理循环依赖问题呢

半成品虽然不能直接在应用中使用,但是在对象的创建过程中还是可以使用的嘛,就像这样

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

有入栈,有出栈,而不是一直入栈,也就解决了循环依赖的死循环问题

Spring 是不是也是这样实现的了,基于 5.2.12.RELEASE ,我们一起来看看 Spring 是如何解决循环依赖的

Spring 源码分析

下面会从几种不同的情况来进行源码跟踪,如果中途有疑问,先用笔记下来,全部看完了之后还有疑问,那就请评论区留言

没有依赖,有 AOP

代码非常简单:

https://gitee.com/youzhibing/spring-circle/tree/master/spring-no-dependence

此时, SimpleBean 对象在 Spring 中是如何创建的呢,我们一起来跟下源码

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

接下来,我们从 DefaultListableBeanFactory 的 preInstantiateSingletons 方法开始 debug

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

没有跟进去的方法,或者快速跳过的,我们可以先略过,重点关注跟进去了的方法和停留了的代码,此时有几个属性值中的内容值得我们留意下

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

我们接着从 createBean 往下跟

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

关键代码在 doCreateBean 中,其中有几个关键方法的调用值得大家去跟下

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

此时:代理对象的创建是在对象实例化完成,并且初始化也完成之后进行的,是对一个成品对象创建代理对象

所以此种情况下:只用一级缓存就够了,其他两个缓存可以不要

循环依赖,没有AOP

代码依旧非常简单:spring-circle-simple,此时循环依赖的两个类是:Circle 和 Loop

https://gitee.com/youzhibing/spring-circle/tree/master/spring-circle-simple

对象的创建过程与前面的基本一致,只是多了循环依赖,少了 AOP,所以我们重点关注:populateBean 和 initializeBean 方法

先创建的是 Circle 对象,那么我们就从创建它的 populateBean 开始,再开始之前,我们先看看三级缓存中的数据情况

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?
Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

我们开始跟 populateBean ,它完成属性的填充,与循环依赖有关,一定要仔细看,仔细跟

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

对 circle 对象的属性 loop 进行填充的时候,去 Spring 容器中找 loop 对象,发现没有则进行创建,又来到了熟悉的 createBean

此时三级缓存中的数据没有变化,但是 Set<String> singletonsCurrentlyInCreation 中多了个 loop

相信到这里大家都没有问题,我们继续往下看

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

loop 实例化完成之后,对其属性 circle 进行填充,去 Spring 中获取 circle 对象,又来到了熟悉的 doGetBean

此时一、二级缓存中都没有 circle、loop ,而三级缓存中有这两个,我们接着往下看,重点来了,仔细看哦

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

通过 getSingleton 获取 circle 时,三级缓存调用了 getEarlyBeanReference ,但由于没有 AOP,所以 getEarlyBeanReference 直接返回了普通的 半成品 circle

然后将 半成品 circle 放到了二级缓存,并将其返回,然后填充到了 loop 对象中

此时的 loop 对象就是一个成品对象了;接着将 loop 对象返回,填充到 circle 对象中,如下如所示

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

我们发现直接将 成品 loop 放到了一级缓存中,二级缓存自始至终都没有过 loop ,三级缓存虽说存了 loop ,但没用到就直接 remove 了

此时缓存中的数据,相信大家都能想到了

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

虽说 loop 对象已经填充到了 circle 对象中,但还有一丢丢流程没走完,我们接着往下看

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

将 成品 circle 放到了一级缓存中,二级缓存中的 circle 没有用到就直接 remove 了,最后各级缓存中的数据相信大家都清楚了,就不展示了

我们回顾下这种情况下各级缓存的存在感,一级缓存存在感十足,二级缓存可以说无存在感,三级缓存有存在感(向 loop 中填充 circle 的时候有用到)

所以此种情况下:可以减少某个缓存,只需要两级缓存就够了。

推荐:100道Java中高级面试题汇总+详细拆解

循环依赖 + AOP

代码还是非常简单:spring-circle-aop,在循环依赖的基础上加了 AOP

https://gitee.com/youzhibing/spring-circle/tree/master/spring-circle-aop

比上一种情况多了 AOP,我们来看看对象的创建过程有什么不一样;同样是先创建 Circle ,在创建 Loop

创建过程与上一种情况大体一样,只是有小部分区别,跟源码的时候我会在这些区别上有所停顿,其他的会跳过,大家要仔细看

实例化 Circle ,然后填充 半成品 circle 的属性 loop ,去 Spring 容器中获取 loop 对象,发现没有

则实例化 Loop ,接着填充 半成品 loop 的属性 circle ,去 Spring 容器中获取 circle 对象

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

这个过程与前一种情况是一致的,就直接跳过了,我们从上图中的红色步骤开始跟源码,此时三级缓存中的数据如下

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

注意看啦,重要的地方来了

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

我们发现从第三级缓存获取 circle 的时候,调用了 getEarlyBeanReference 创建了 半成品 circle 的代理对象

将 半成品 circle 的代理对象放到了第二级缓存中,并将代理对象返回赋值给了 半成品 loop 的 circle 属性

注意:此时是在进行 loop 的初始化,但却把 半成品 circle 的代理对象提前创建出来了

loop 的初始化还未完成,我们接着往下看,又是一个重点,仔细看

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

在 initializeBean 方法中完成了 半成品 loop 的初始化,并在最后创建了 loop 成品 的代理对象

loop 代理对象创建完成之后会将其放入到第一级缓存中(移除第三级缓存中的 loop ,第二级缓存自始至终都没有 loop )

然后将 loop 代理对象返回并赋值给 半成品 circle 的属性 loop ,接着进行 半成品 circle 的 initializeBean

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

因为 circle 的代理对象已经生成过了(在第二级缓存中),所以不用再生成代理对象了;将第二级缓存中的 circle 代理对象移到第一级缓存中,并返回该代理对象

此时各级缓存中的数据情况如下(普通 circle 、 loop 对象在各自代理对象的 target 中)

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

我们回顾下这种情况下各级缓存的存在感,一级缓存仍是存在感十足,二级缓存有存在感,三级缓存挺有存在感

第三级缓存提前创建 circle 代理对象,不提前创建则只能给 loop 对象的属性 circle 赋值成 半成品 circle ,那么 loop 对象中的 circle 对象就无 AOP 增强功能了

第二级缓存用于存放 circle 代理,用于解决循环依赖;也许在这个示例体现的不够明显,因为依赖比较简单,依赖稍复杂一些,就能感受到了

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

第一级缓存存放的是对外暴露的对象,可能是代理对象,也可能是普通对象

所以此种情况下:三级缓存一个都不能少

循环依赖 + AOP + 删除第三级缓存

没有依赖,有AOP 这种情况中,我们知道 AOP 代理对象的生成是在成品对象创建完成之后创建的,这也是 Spring 的设计原则,代理对象尽量推迟创建

循环依赖 + AOP 这种情况中, circle 代理对象的生成提前了,因为必须要保证其 AOP 功能,但 loop 代理对象的生成还是遵循的 Spring 的原则

如果我们打破这个原则,将代理对象的创建逻辑提前,那是不是就可以不用三级缓存了,而只用两级缓存了呢?

代码依旧简单:spring-circle-custom,只是对 Spring 的源码做了非常小的改动,改动如下

https://gitee.com/youzhibing/spring-circle/tree/master/spring-circle-custom


Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

去除了第三级缓存,并将代理对象的创建逻辑提前,置于实例化之后,初始化之前;我们来看下执行结果

Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?

并没有什么问题,有兴趣的可以去跟下源码,跟踪过程相信大家已经掌握,这里就不再演示了

循环依赖 + AOP + 注解

目前基于 xml 的配置越来越少,而基于注解的配置越来越多,所以了也提供了一个注解的版本供大家去跟源码

代码还是很简单:spring-circle-annotation

跟踪流程与 循环依赖 + AOP 那种情况基本一致,只是属性的填充有了一些区别,具体可查看:Spring 的自动装配 → 骚话 @Autowired 的底层工作原理

总结

1、三级缓存各自的作用

第一级缓存存的是对外暴露的对象,也就是我们应用需要用到的

第二级缓存的作用是为了处理循环依赖的对象创建问题,里面存的是半成品对象或半成品对象的代理对象

第三级缓存的作用处理存在 AOP + 循环依赖的对象创建问题,能将代理对象提前创建

2、Spring 为什么要引入第三级缓存

严格来讲,第三级缓存并非缺它不可,因为可以提前创建代理对象

提前创建代理对象只是会节省那么一丢丢内存空间,并不会带来性能上的提升,但是会破环 Spring 的设计原则

Spring 的设计原则是尽可能保证普通对象创建完成之后,再生成其 AOP 代理(尽可能延迟代理对象的生成)

所以 Spring 用了第三级缓存,既维持了设计原则,又处理了循环依赖;牺牲那么一丢丢内存空间是愿意接受的

END

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原文始发于微信公众号(Java知音):Spring 的循环依赖:真的必须非要三级缓存吗?