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Spring三级缓存思想解决循环依赖总结分析

2023-08-29 11:06:40 作者：jacheut

这篇文章主要为大家介绍了Spring三级缓存思想解决循环依赖总结分析,有需要的朋友可以借鉴参考下,希望能够有所帮助,祝大家多多进步,早日升职加薪

三级缓存思想

Spring 解决循环依赖的核心就是提前暴露对象，而提前暴露的对象就是放置于第二级缓存中。下表是三级缓存的说明：

所有被 Spring 管理的 Bean，最终都会存放在 singletonObjects 中，这里面存放的 Bean 是经历了所有生命周期的（除了销毁的生命周期），完整的，可以给用户使用的。

earlySingletonObjects 存放的是已经被实例化，但是还没有注入属性和执行 init 方法的 Bean。

singletonFactories 存放的是生产 Bean 的工厂。

解决循环依赖

Spring 是如何通过上面介绍的三级缓存来解决循环依赖的呢？这里只用 A，B 形成的循环依赖来举例：

实例化 A，此时 A 还未完成属性填充和初始化方法（@PostConstruct）的执行，A 只是一个半成品。
为 A 创建一个 Bean 工厂，并放入到 singletonFactories 中。
发现 A 需要注入 B 对象，但是一级、二级、三级缓存均为发现对象 B。
实例化 B，此时 B 还未完成属性填充和初始化方法（@PostConstruct）的执行，B 只是一个半成品。
为 B 创建一个 Bean 工厂，并放入到 singletonFactories 中。
发现 B 需要注入 A 对象，此时在一级、二级未发现对象 A，但是在三级缓存中发现了对象 A，从三级缓存中得到对象 A，并将对象 A 放入二级缓存中，同时删除三级缓存中的对象 A。（注意，此时的 A 还是一个半成品，并没有完成属性填充和执行初始化方法）
将对象 A 注入到对象 B 中。
对象 B 完成属性填充，执行初始化方法，并放入到一级缓存中，同时删除二级缓存中的对象 B。（此时对象 B 已经是一个成品）
对象 A 得到对象 B，将对象 B 注入到对象 A 中。（对象 A 得到的是一个完整的对象 B）
对象 A 完成属性填充，执行初始化方法，并放入到一级缓存中，同时删除二级缓存中的对象 A。

我们从源码中来分析整个过程：

创建 Bean 的方法在 AbstractAutowireCapableBeanFactory::doCreateBean()

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, Object[] args) throws BeanCreationException {
    BeanWrapper instanceWrapper = null;
    if (instanceWrapper == null) {
        // ① 实例化对象
        instanceWrapper = this.createBeanInstance(beanName, mbd, args);
    }
    final Object bean = instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedInstance() : null;
    Class<?> beanType = instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedClass() : null;
    // ② 判断是否允许提前暴露对象，如果允许，则直接添加一个 ObjectFactory 到三级缓存
    boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
    if (earlySingletonExposure) {
        // 添加三级缓存的方法详情在下方
        addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
    }
    // ③ 填充属性
    this.populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
    // ④ 执行初始化方法，并创建代理
    exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
    return exposedObject;
}

添加三级缓存的方法如下：

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
    synchronized (this.singletonObjects) {
        if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) { // 判断一级缓存中不存在此对象
            this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory); // 添加至三级缓存
            this.earlySingletonObjects.remove(beanName); // 确保二级缓存没有此对象
            this.registeredSingletons.add(beanName);
        }
    }
}
@FunctionalInterface
public interface ObjectFactory<T> {
    T getObject() throws BeansException;
}

通过这段代码，我们可以知道 Spring 在实例化对象之后，就会为其创建一个 Bean 工厂，并将此工厂加入到三级缓存中。

因此，Spring 一开始提前暴露的并不是实例化的 Bean，而是将 Bean 包装起来的 ObjectFactory。为什么要这么做呢？

这实际上涉及到 AOP，如果创建的 Bean 是有代理的，那么注入的就应该是代理 Bean，而不是原始的 Bean。但是 Spring 一开始并不知道 Bean 是否会有循环依赖，通常情况下（没有循环依赖的情况下），Spring 都会在完成填充属性，并且执行完初始化方法之后再为其创建代理。但是，如果出现了循环依赖的话，Spring 就不得不为其提前创建代理对象，否则注入的就是一个原始对象，而不是代理对象。因此，这里就涉及到应该在哪里提前创建代理对象？

Spring 的做法就是在 ObjectFactory 中去提前创建代理对象。它会执行 getObject() 方法来获取到 Bean。实际上，它真正执行的方法如下：

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;
                // 如果需要代理，这里会返回代理对象；否则返回原始对象
                exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
            }
        }
    }
    return exposedObject;
}

因为提前进行了代理，避免对后面重复创建代理对象，会在 earlyProxyReferences 中记录已被代理的对象。

public abstract class AbstractAutoProxyCreator extends ProxyProcessorSupport
        implements SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor, BeanFactoryAware {
    @Override
    public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
        Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
        // 记录已被代理的对象
        this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
        return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
    }
}

通过上面的解析，我们可以知道 Spring 需要三级缓存的目的是为了在没有循环依赖的情况下，延迟代理对象的创建，使 Bean 的创建符合 Spring 的设计原则。

如何获取依赖

通过一个 getSingleton() 方法去获取所需要的 Bean 的。

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    // 一级缓存
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
        synchronized (this.singletonObjects) {
            // 二级缓存
            singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
            if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
                // 三级缓存
                ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                if (singletonFactory != null) {
                    // Bean 工厂中获取 Bean
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                    // 放入到二级缓存中
                    this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                    this.singletonFactories.remove(beanName);
                }
            }
        }
    }
    return singletonObject;
}

当 Spring 为某个 Bean 填充属性的时候，它首先会寻找需要注入对象的名称，然后依次执行 getSingleton() 方法得到所需注入的对象，而获取对象的过程就是先从一级缓存中获取，一级缓存中没有就从二级缓存中获取，二级缓存中没有就从三级缓存中获取，如果三级缓存中也没有，那么就会去执行 doCreateBean() 方法创建这个 Bean。

二级缓存能够解决循环依赖吗

第三级缓存的目的是为了延迟代理对象的创建，因为如果没有依赖循环的话，那么就不需要为其提前创建代理，可以将它延迟到初始化完成之后再创建。

既然目的只是延迟的话，那么我们是不是可以不延迟创建，而是在实例化完成之后，就为其创建代理对象，这样我们就不需要第三级缓存了。因此，我们可以将addSingletonFactory() 方法进行改造。

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
    synchronized (this.singletonObjects) {
        if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) { // 判断一级缓存中不存在此对象
            object o = singletonFactory.getObject(); // 直接从工厂中获取 Bean
            this.earlySingletonObjects.put(beanName, o); // 添加至二级缓存中
            this.registeredSingletons.add(beanName);
        }
    }
}

这样的话，每次实例化完 Bean 之后就直接去创建代理对象，并添加到二级缓存中。测试结果是完全正常的，Spring 的初始化时间应该也是不会有太大的影响，因为如果 Bean 本身不需要代理的话，是直接返回原始 Bean 的，并不需要走复杂的创建代理 Bean 的流程。

测试证明，二级缓存也是可以解决循环依赖的。为什么 Spring 不选择二级缓存，而要额外多添加一层缓存呢？

如果 Spring 选择二级缓存来解决循环依赖的话，那么就意味着所有 Bean 都需要在实例化完成之后就立马为其创建代理，而 Spring 的设计原则是在 Bean 初始化完成之后才为其创建代理。所以，Spring 选择了三级缓存。但是因为循环依赖的出现，导致了 Spring 不得不提前去创建代理，因为如果不提前创建代理对象，那么注入的就是原始对象，这样就会产生错误。

解决循环依赖总结

Spring设计了三级缓存来解决循环依赖问题。

第一级缓存里面存储完整的bean实例，这些实例是可以直接被使用的；
第二级缓存里面存储的实例化以后但是还没有设置属性值的bean实例，也就是bean里面的依赖注入还没有做；
第三级缓存用来存放bean工厂，它主要用来生成原始bean对象，并且放到第二个缓存里面。

三级缓存的核心思想就是把bean的实例化和bean里面的依赖注入进行分离，采用一级缓存存储完整的bean实例，采用二级缓存来储存不完整的bean实例。通过不完整的bean实例作为突破口，解决循环依赖问题。至于第三级缓存，主要是解决代理对象的循环依赖问题。

spring无法解决的循环依赖场景

多实例的Setter注入导致的循环依赖，需要把bean改成单例。
构造器注入导致的循环依赖，可以通过@Lazy注解。
DependsOn导致的循环依赖，找到注解循环依赖的地方，使它不循环依赖。
单例代理对象Setter注入导致的循环依赖，可以使用 @Lazy注解；或者使用 @DependsOn注解指定加载先后关系。

多例、构造器注入为什么不能解决循环依赖？

因为循环依赖的原理是实例化后提前暴露的引用，这两种情况还没实例化

以上就是Spring三级缓存思想解决循环依赖总结分析的详细内容，更多关于Spring解决循环依赖的资料请关注脚本之家其它相关文章！