Spring源码分析_3 Bean循环依赖原理

水深无声 2023-01-10 04:00 142阅读 0赞

# **                                                                       Spring源码分析\_3 Bean循环依赖原理** #

**                                                                                                                                                                                                                                                                                   作者：田超凡**

**                                                                                                                                                                                                                                                                                   版权所有，严禁复制转载**

# 1 Bean循环依赖原理图 #

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![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMwMDU2MzQx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

# 2 Bean循环依赖实现原理 #

**1 在Spring IOC容器初始化创建Bean的过程中，存在一个非常重要的环节，那就是对于需要注册到IOC    容器的Bean存在循环依赖时的注入和注册机制。循环依赖指的是Bean和Bean之间存在相互依赖引用的关系。**

**public class A \{ private B b ; \} public class B \{ private A a; \}**

**2 IOC****容器解决Bean循环依赖问题的核心实现在DefaultSingletonBeanRegistry中的getSingleton()，调用链路还原：refresh() -> finishBeanFactoryInitizalize() -> preInstantiateSingleton() ->getBean() ->doGetBean() -> getSingleton()**

**3 在getSingleton()方法实现中，采用三级缓存机制来实现具有循环依赖关系的Bean的注册和依赖关系注入。**

![20210122223718131.png][]

**注意：IOC容器解决Bean循环依赖的实现策略只会对单例的Bean生效****，这是因为如果是多例的Bean，那么注入时IOC容器无法感知需要获取同一个类型的哪一个Bean实现注入，那么这种情况下如果Bean之间存在循环依赖关系只能显示通过set实现指定Bean实例的手动注入，否则IOC容器在感知到存在循环依赖关系的Bean且Bean是多例的，那么将无法实现注入，此时会抛出一个异常:**

bean is currently in creation: Is there an unresolvable circular reference?

**多例Bean循环依赖IOC容器无法感知原因如图所示：**

![20210122223724841.png][]

**对于多例Bean存在循环依赖问题是，只能有两个方式解决：**

1.  **使用单例实现**
2.  **使用set手动显示注入具体的Bean**

**推荐采用第一种方案实现，因为使用单例的Bean一方面可以直接被IOC容器注册和管理，IOC容器先天性具备解决单例Bean循环依赖问题的能力，且便于容器注册和管理，相比多例实现而言也更加节约内存占用，提高IOC容器的启动和加载效率**

# 3 Bean循环依赖源码分析 #

**1** **在doGetBean()方法中调用getSingleton()获取缓存中的Bean**

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**2 从一级、二级、三级缓存中获取Bean，如果一级缓存中存在，则不会再到二级缓存取，如果不存在，则查二级缓存，如果也不存在，查三级缓存，三级缓存一定是存在的(因为在创建bean的时候就都会把创建好的bean放入到三级缓存，createBean() -> doCreateBean() -> createBeanInstance() -> addSingletonFactory())**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMwMDU2MzQx_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMwMDU2MzQx_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

**注意：三级缓存存放的Bean是存在一些区别的，三级缓存中的Bean区别如下：**

**Map<String, Object> singletonObjects ** **一级缓存完成对象（对象和属性都已经赋值）**

**Map<String, Object> earlySingletonObjects** **二级缓存 不完整对象(对象已经创建，但是部分属性没有赋值，早期对象)**

**Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories ** **三级缓存(只是创建，没有初始化，也还完全没有给属性赋值，存放提前曝光对象)**

**如果在一级缓存singletonObjects没有获取到Bean，那么还需要校验当前Bean是否正在创建，如果是，说明此时可能存在循环依赖问题导致Bean还在创建，如果不存在循环依赖问题或者循环依赖执行完毕，那么此时Bean肯定已经创建和初始化完成了，也就是说正常情况下(不存在循环依赖或者循环依赖执行完毕之后)，Bean在一级缓存一定是存在的**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMwMDU2MzQx_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

![20210122223846769.png][]

**singletonsCurrentlyInCreation** **存放的是单例且正在创建过程中的Bean**

**在一级缓存检索完毕没有获取到Bean，需要检索二级缓存时，在检索二级缓存之前上了一个synchronized悲观锁**

**此处使用synchronized悲观锁是因为三级缓存是IOC容器全局共享的，考虑到多线程并发从IOC容器获取Bean时，都需要按照一、二、三级缓存读取顺序获取Bean，且方法定义了一个方法作用域内的全局singletonObject来接收缓存中获取到的Bean，如果不上锁可能会存在多线程并发场景下脏读的问题导致获取的Bean不准确，那么就需要上个悲观锁来保证线程安全和数据准确性。**

**但是这样做也是有缺陷的，这会导致多线程并发读取Bean时效率严重降低，因为悲观锁是一次只能有一个线程抢到锁并执行，其他线程需要一直排队等待，那么如果线程数量非常多的情况下，很有可能会把cpu撑爆，因为每次需要排队的阻塞队列堆积了大量等待线程。**

**而且如果获取到锁的线程在调用二三级缓存获取Bean时，如果由于IOC内部不确定因素导致线程长时间不能获取到Bean并及时释放锁，那么可能也会存在线程死锁的问题。如果在linux系统上部署，多线程并发读的情况下，由于是深拷贝，导致系统占用过高。**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMwMDU2MzQx_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

**当二级缓存也没获取到Bean时，会从三级缓存中获取Bean，把获取到的Bean存入到二级缓存earlySingletonObjects，并将其从三级缓存singletonFactories中移除**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMwMDU2MzQx_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

**在IOC容器加载和创建Bean时，会把创建后的Bean直接放到三级缓存**

**createBean() -> doCreateBean() -> createBeanInstance() -> addSingletonFactory()**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMwMDU2MzQx_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzMwMDU2MzQx_size_16_color_FFFFFF_t_70 9][]

**注意：此处同理对一级缓存上了锁，这对于获取一级缓存中的bean而言是好事，因为IOC容器会优先从一级缓存获取Bean，并且一级缓存存放的是所有已经创建并且注入好的Bean，不能存在差池，否则会导致取出来的Bean不准确。所以在操作三级缓存时无论是读还是写都上悲观锁，都将一级缓存设置为上锁对象，这对一级缓存而言是强约束，更能保证一级缓存Bean数据的准确性**

# 4 Bean循环依赖处理流程 #

**假定现在IOC容器需要注册A、B两个单例Bean，并且二者存在相互依赖关系，即 A -> B && B -> A，此时Spring IOC容器创建和初始化两个Bean的步骤如下：**

<table style="width:474.65pt;"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 步骤 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> 操作对象 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> 操作描述 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> 三级缓存存储情况 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 1 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> A </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> createBean() </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级： earlySingletonObjects 二级： singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 2 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> A </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> doCreateBean() </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级： earlySingletonObjects 二级： singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 3 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> A </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> createBeanInstance() </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级： earlySingletonObjects 二级： singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 4 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> A </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> addSingletonFactory()，将A存入singletonFactory三级缓存 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级： earlySingletonObjects 二级： singletonFactorys三级：A </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 5 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> A </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> getSingleton() 发现A在三级缓存中已经存在，将A放入earlySingletonObjects二级缓存，从三级缓存singletonFactory中移除 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级： earlySingletonObjects 二级：A singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 6 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> A </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> populateBean()开始注入A的属性，发现A依赖B，B还没创建，开始创建B，A放入守护线程等待 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级： earlySingletonObjects 二级：A singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 7 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> B </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> doCreateBean() </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级： earlySingletonObjects 二级：A singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 8 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> B </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> createBeanInstance() </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级： earlySingletonObjects 二级：A singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 9 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> B </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> addSingletonFactory()，将B存入singletonFactory三级缓存 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级： earlySingletonObjects 二级：A singletonFactorys三级：B </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 10 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> B </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> getSingleton() 发现B在三级缓存中已经存在，将B 放入earlySingletonObjects二级缓存，从三级缓存singletonFactory中移除 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级： earlySingletonObjects 二级：A,B singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 11 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> B </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> populateBean() 开始注入B的属性，发现B依赖A，而此时A已经创建完成了，直接从二级缓存获取 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级： earlySingletonObjects 二级：A,B singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 12 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> B </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> B的属性注入完毕，将B放入一级缓存，从二级缓存移除B，继续注入A的属性 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级：B earlySingletonObjects 二级：A singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 13 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> A </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> 唤醒守护线程中的A，继续完成A的属性注入，将一级缓存中的B拿到直接注入 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级：B earlySingletonObjects 二级：A singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 14 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> A </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> A的属性注入完毕，将A放入一级缓存，从二级缓存移除A </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级：B,A earlySingletonObjects 二级： singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:83.4pt;"> 15 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:38pt;"> A、B </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:169.9pt;"> A、B均创建并注入完成，都放到了一级缓存，供其他Bean取用。 A、B之间的循环依赖注入完毕 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:183.35pt;"> singletonObjects一级：B,A earlySingletonObjects 二级： singletonFactorys三级： </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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