Spring 如何处理循环依赖？

文章目录

Spring 如何处理循环依赖？
- 项目环境
- 1.什么是循环依赖？
- 2.Spring 如何来处理循环依赖？
- - 2.1 allowCircularReferences 参数分析
  - 2.2 doCreateBean 方法分析
  - 2.3 依赖注入阶段
- 3.总结
- 4.两个问题补充
- 5.参考

项目环境

jdk 1.8
spring 5.2.2.RELEASE
github 地址：https://github.com/huajiexiewenfeng/thinking-in-spring
- 本章模块：questions

1.什么是循环依赖？

我们先来看一个示例

Student 学生类，学生有一个教室的字段属性，表示学生在哪个教室

public class Student {private Long id;private String name;@Autowiredprivate ClassRoom classRoom;...

ClassRoom 教室类，同样教室里面又包含学生的信息，这里我们用集合表示

public class ClassRoom {private Long id;private String name;@Autowiredprivate Collection<Student> students;...

引用（依赖）关系如下，本例中我们采用 @Autowired 方法注入：

这就是循环引用（依赖），形成了下面这么一个环：

Student -> @Autowired ClassRoom -> @Autowired Collection<Student> -> Student

测试类

public class CircularReferencesDemo {public static void main(String[] args) {AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext();// 注册applicationContext.register(CircularReferencesDemo.class);// 循环引用默认开启applicationContext.setAllowCircularReferences(true);// 开启applicationContext.refresh();Student student = applicationContext.getBean(Student.class);ClassRoom classRoom = applicationContext.getBean(ClassRoom.class);System.out.println("student:" + student);System.out.println("classRoom:" + classRoom);// 关闭applicationContext.close();}@Beanpublic Student student() {Student student = new Student();student.setId(1L);student.setName("小仙");return student;}@Beanpublic ClassRoom classRoom() {ClassRoom classRoom = new ClassRoom();classRoom.setId(1L);classRoom.setName("教室1");return classRoom;}}

执行结果：

student:Student{id=1, name='小仙', classRoom.name =教室1}
classRoom:ClassRoom{id=1, name='教室1', students=[Student{id=1, name='小仙', classRoom.name =教室1}]}

可以看到 spring 默认是支持循环引用的，applicationContext.setAllowCircularReferences(true); 如果不设置的话是默认为 true。

如果设置为 false，会抛出 org.springframework.beans.factory.UnsatisfiedDependencyException 异常。

2.Spring 如何来处理循环依赖？

2.1 allowCircularReferences 参数分析

这里我们可以从 setAllowCircularReferences 方法设置的参数为切入点来分析源码。

参数源码位置：AbstractAutowireCapableBeanFactory#allowCircularReferences

通过 IDEA 可以找到哪些源码应用到了这个参数

源码位置如下：AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean

如果学习了 Spring 系列其他文章，这个方法就比较熟悉了，我们来做简单的回顾

AbstractApplicationContext#refresh //Spring 应用上下文启动；
AbstractApplicationContext#finishBeanFactoryInitialization // 在 BeanFactory 初始化完成阶段，通过 beanDefinitionNames 来遍历我们所有的 BeanDefintion，逐一进行 getBean(beanName) 操作，通过我们的 BeanDefinition 创建 bean 对象，并缓存到 DefaultSingletonBeanRegistry#singletonObjects 中；
getBean 的调用链路 getBean -> doGetBean -> createBean -> doCreateBean。

最终会调用到我们这个 doCreateBean 方法来创建 Bean 的实例。

2.2 doCreateBean 方法分析

doCreateBean 方法中和循环依赖相关的源码如下：

     // Eagerly cache singletons to be able to resolve circular references// even when triggered by lifecycle interfaces like BeanFactoryAware.boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));if (earlySingletonExposure) {if (logger.isTraceEnabled()) {logger.trace("Eagerly caching bean '" + beanName +"' to allow for resolving potential circular references");}addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));}

可以看到源码中的注释已经做了说明，翻译过来就是：

早期缓存的 singletons 是来解决循环引用，即使被 BeanFactoryAware 这样的生命周期接口触发

可以看出这个设计就是来解决循环引用问题的。

打上断点并设置条件，启动 DeBug 进行调试

beanName.equals("student")||beanName.equals("classRoom")

继续往下探，进入到以下代码

addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));

这行代码主要做两件事

第一是根据 BeanName 和 BeanDefinition 的元信息来获取 EarlyBeanReference 早期 Bean 的引用

源代码如下：

注释的意思是说创建一个特殊的 bean 为了早期访问，用来解决循环引用问题。

 /*** Obtain a reference for early access to the specified bean,* typically for the purpose of resolving a circular reference.* @param beanName the name of the bean (for error handling purposes)* @param mbd the merged bean definition for the bean* @param bean the raw bean instance* @return the object to expose as bean reference*/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;}

第二件事 addSingletonFactory，放在当前的场景来分析就是，当 Student 类创建 bean 实例的过程中，在 populateBean 属性赋值阶段前，将这个早期的特殊的 bean 放到 singletonFactories 集合中，对象每次进来会缓存一个对象代码如下：

 protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");synchronized (this.singletonObjects) {if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);this.earlySingletonObjects.remove(beanName);this.registeredSingletons.add(beanName);}}}

核心代码：this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);

2.3 依赖注入阶段

继续往下进入到 populateBean 属性赋值阶段，同样的我们再打算两个断点，分别是 Spring Bean 属性赋值阶段和 Spring Bean 初始化阶段

在 populateBean 属性赋值阶段，由于 Student 类的属性 classRoom 是 @Autowired ，会触发依赖注入 doResolveDependency 方法（这个方法在前面的文章第九章：IoC 依赖注入（专题）-下 7.依赖处理过程小节分析过源码），所以又会进入到 doCreateBean 方法来先创建这个 ClassRoom 类的实例对象。

此时的 singletonFactories 中存放了两个早期的特殊的 bean，如下图所示：

那么按照分析我们继续往下到 ClassRoom 的 populateBean 阶段，此时由于 ClassRoom 类的属性 students 也是是 @Autowired，所以我们又会进入到 doResolveDependency 方法中，但是此时的 singletonFactories 包含了 student 的早期对象，所以后续的过程有区别，可以猜想到 Spring 可能会将这个早期的 student 设置到 ClassRoom 类的属性中。

下面我们继续来看 doResolveDependency 调用链路：

doResolveDependency -> resolveMultipleBeans -> findAutowireCandidates -> getBean -> getSingleton

getSingleton 代码如下：

从上面的调试截图可以看到，首先根据 beanName 获取 student 相关的 singletonFactory，调用 singletonFactory.getObject() 获取 singletonObject 对象，同时将这个早期的 student 对象放到 earlySingletonObjects 集合中，并且从 singletonFactories 移出该对象的 Factory 创建方法。

最后返回的这个 singletonObject 对象就是早期的 student 对象，然后将这个早期的 student 对象设置到属性中，具体的 set 方法在 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.AutowiredFieldElement#inject 中 666 行，相关代码如下：

         if (value != null) {ReflectionUtils.makeAccessible(field);field.set(bean, value);}

我们直接看最后的结果如下图所示：

同样的逻辑，Student 的 classRoom 属性也会经过上面的过程，再次进入到 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.AutowiredFieldElement#inject 中 666 行，结果如下图所示：

可以看到 Student 的 classRoom 属性也被设置为 ClassRoom 的实例对象，这样 Student 和 ClassRoom 就完成了循环依赖的过程。

3.总结

Spring 解决循环依赖的方法可以总结为下面几点：

首先，Spring 提供 setAllowCircularReferences 方法可以设置是否开启循环依赖，默认是允许循环依赖。
其次，Spring 设计了三个集合来处理循环依赖，分别是 singletonFactories，earlySingletonObjects，registeredSingletons
- singletonFactories 用来缓存 Bean 创建的 Lamdba 表达式创建方法；
- earlySingletonObjects 用来缓存早期的 bean 的引用；
- registeredSingletons 记录已经注册的 bean。
最后，当一个类 A 通过字段注入的方式依赖另一个类 B 的时候，如果 IoC 容器也没有 B 类的缓存，核心方法 DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton(java.lang.String, boolean)
- 先从 singletonFactories 获取到当前 bean 的实例创建方法；
- 再通过 getObject 方法获取到早期的 bean 的实例引用；
- 最后将这个 bean 的实例设置当前的字段属性中。

4.两个问题补充

IoC 容器中还没有 bean 的实例，那么通过 beanName 如何获取 bean 的实例？
- 虽然没有 bean 的实例，但是有 BeanDefinition 元信息，通过 beanName 获取 BeanDefinition 元信息，然后实例化 Bean。
doCreateBean 完成之后又做了什么？
- 创建完 bean 之后，调用了 getSingleton 方法，在这个方法的最后又调用了 DefaultSingletonBeanRegistry#addSingleton 方法，将创建好的 bean 设置到 singletonObjects 中，而这个 singletonObjects 集合对象就是 IoC 容器所有 Bean 实例（Singleton）的缓存集合。

5.参考

极客时间-小马哥《小马哥讲Spring核心编程思想》