spring: 我是如何解决循环依赖的?

1.由同事抛的一个问题开始

最近项目组的一个同事遇到了一个问题,问我的意见,一下子引起的我的兴趣,因为这个问题我也是第一次遇到。平时自认为对spring循环依赖问题还是比较了解的,直到遇到这个和后面的几个问题后,重新刷新了我的认识。

我们先看看当时出问题的代码片段:

@Service
publicclass TestService1 {

    @Autowired
    private TestService2 testService2;

    @Async
    public void test1() {
    }
}
@Service
publicclass TestService2 {

    @Autowired
    private TestService1 testService1;

    public void test2() {
    }
}

这两段代码中定义了两个Service类:TestService1和TestService2,在TestService1中注入了TestService2的实例,同时在TestService2中注入了TestService1的实例,这里构成了循环依赖。

只不过,这不是普通的循环依赖,因为TestService1的test1方法上加了一个@Async注解。

大家猜猜程序启动后运行结果会怎样?

org.springframework.beans.factory.BeanCurrentlyInCreationException: Error creating bean with name 'testService1': Bean with name 'testService1' has been injected into other beans [testService2] in its raw version as part of a circular reference, but has eventually been wrapped. This means that said other beans do not use the final version of the bean. This is often the result of over-eager type matching - consider using 'getBeanNamesOfType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.

报错了。。。原因是出现了循环依赖。

「不科学呀,spring不是号称能解决循环依赖问题吗,怎么还会出现?」

如果把上面的代码稍微调整一下:

@Service
publicclass TestService1 {

    @Autowired
    private TestService2 testService2;

    public void test1() {
    }
}

把TestService1的test1方法上的@Async注解去掉,TestService1和TestService2都需要注入对方的实例,同样构成了循环依赖。

但是重新启动项目,发现它能够正常运行。这又是为什么?

带着这两个问题,让我们一起开始spring循环依赖的探秘之旅。

2.什么是循环依赖?

循环依赖:说白是一个或多个对象实例之间存在直接或间接的依赖关系,这种依赖关系构成了构成一个环形调用。

第一种情况:自己依赖自己的直接依赖

spring: 我是如何解决循环依赖的?

第二种情况:两个对象之间的直接依赖

spring: 我是如何解决循环依赖的?

第三种情况:多个对象之间的间接依赖
spring: 我是如何解决循环依赖的?

前面两种情况的直接循环依赖比较直观,非常好识别,但是第三种间接循环依赖的情况有时候因为业务代码调用层级很深,不容易识别出来。

3.循环依赖的N种场景

spring中出现循环依赖主要有以下场景:
spring: 我是如何解决循环依赖的?

单例的setter注入

这种注入方式应该是spring用的最多的,代码如下:

@Service
publicclass TestService1 {

    @Autowired
    private TestService2 testService2;

    public void test1() {
    }
}
@Service
publicclass TestService2 {

    @Autowired
    private TestService1 testService1;

    public void test2() {
    }
}

这是一个经典的循环依赖,但是它能正常运行,得益于spring的内部机制,让我们根本无法感知它有问题,因为spring默默帮我们解决了。

spring内部有三级缓存:

  • singletonObjects 一级缓存,用于保存实例化、注入、初始化完成的bean实例

  • earlySingletonObjects 二级缓存,用于保存实例化完成的bean实例

  • singletonFactories 三级缓存,用于保存bean创建工厂,以便于后面扩展有机会创建代理对象。

下面用一张图告诉你,spring是如何解决循环依赖的:

spring: 我是如何解决循环依赖的?

                                            图1

细心的朋友可能会发现在这种场景中第二级缓存作用不大。

那么问题来了,为什么要用第二级缓存呢?

试想一下,如果出现以下这种情况,我们要如何处理?

@Service
publicclass TestService1 {

    @Autowired
    private TestService2 testService2;
    @Autowired
    private TestService3 testService3;

    public void test1() {
    }
}
@Service
publicclass TestService2 {

    @Autowired
    private TestService1 testService1;

    public void test2() {
    }
}
@Service
publicclass TestService3 {

    @Autowired
    private TestService1 testService1;

    public void test3() {
    }
}

TestService1依赖于TestService2和TestService3,而TestService2依赖于TestService1,同时TestService3也依赖于TestService1。

按照上图的流程可以把TestService1注入到TestService2,并且TestService1的实例是从第三级缓存中获取的。

假设不用第二级缓存,TestService1注入到TestService3的流程如图:

spring: 我是如何解决循环依赖的?

                                               图2

TestService1注入到TestService3又需要从第三级缓存中获取实例,而第三级缓存里保存的并非真正的实例对象,而是ObjectFactory对象。说白了,两次从三级缓存中获取都是ObjectFactory对象,而通过它创建的实例对象每次可能都不一样的。

这样不是有问题?

为了解决这个问题,spring引入的第二级缓存。上面图1其实TestService1对象的实例已经被添加到第二级缓存中了,而在TestService1注入到TestService3时,只用从第二级缓存中获取该对象即可。

spring: 我是如何解决循环依赖的?

                                                 图3

还有个问题,第三级缓存中为什么要添加ObjectFactory对象,直接保存实例对象不行吗?

答:不行,因为假如你想对添加到三级缓存中的实例对象进行增强,直接用实例对象是行不通的。

针对这种场景spring是怎么做的呢?

答案就在AbstractAutowireCapableBeanFactory类doCreateBean方法的这段代码中:

spring: 我是如何解决循环依赖的?

它定义了一个匿名内部类,通过getEarlyBeanReference方法获取代理对象,其实底层是通过AbstractAutoProxyCreator类的getEarlyBeanReference生成代理对象。

多例的setter注入

这种注入方法偶然会有,特别是在多线程的场景下,具体代码如下:

@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
@Service
publicclass TestService1 {

    @Autowired
    private TestService2 testService2;

    public void test1() {
    }
}
@Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
@Service
publicclass TestService2 {

    @Autowired
    private TestService1 testService1;

    public void test2() {
    }
}

很多人说这种情况spring容器启动会报错,其实是不对的,我非常负责任的告诉你程序能够正常启动。

为什么呢?

其实在AbstractApplicationContext类的refresh方法中告诉了我们答案,它会调用finishBeanFactoryInitialization方法,该方法的作用是为了spring容器启动的时候提前初始化一些bean。该方法的内部又调用了preInstantiateSingletons方法
spring: 我是如何解决循环依赖的?

标红的地方明显能够看出:非抽象、单例 并且非懒加载的类才能被提前初始bean。

而多例即SCOPE_PROTOTYPE类型的类,非单例,不会被提前初始化bean,所以程序能够正常启动。

如何让他提前初始化bean呢?

只需要再定义一个单例的类,在它里面注入TestService1

@Service
publicclass TestService3 {

    @Autowired
    private TestService1 testService1;
}

重新启动程序,执行结果:

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

果然出现了循环依赖。

注意:这种循环依赖问题是无法解决的,因为它没有用缓存,每次都会生成一个新对象。

构造器注入

这种注入方式是spring4.x以上的版本中官方推荐的方式,具体如下代码:

@Service
publicclass TestService1 {

    public TestService1(TestService2 testService2) {
    }
}
@Service
publicclass TestService2 {

    public TestService2(TestService1 testService1) {
    }
}

运行结果:

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

出现了循环依赖,为什么呢?

spring: 我是如何解决循环依赖的?

从图中的流程看出构造器注入只是添加了三级缓存,并没有使用缓存,所以也无法解决循环依赖问题。

单例的代理对象setter注入

这种注入方式其实也比较常用,比如平时使用:@Async注解的场景,会通过AOP自动生成代理对象。

我那位同事的问题也是这种情况。

@Service
publicclass TestService1 {

    @Autowired
    private TestService2 testService2;

    @Async
    public void test1() {
    }
}
@Service
publicclass TestService2 {

    @Autowired
    private TestService1 testService1;

    public void test2() {
    }
}

从前面得知程序启动会报错,出现了循环依赖:

org.springframework.beans.factory.BeanCurrentlyInCreationException: Error creating bean with name 'testService1': Bean with name 'testService1' has been injected into other beans [testService2] in its raw version as part of a circular reference, but has eventually been wrapped. This means that said other beans do not use the final version of the bean. This is often the result of over-eager type matching - consider using 'getBeanNamesOfType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.

为什么会循环依赖呢?

答案就在下面这张图中:

spring: 我是如何解决循环依赖的?

说白了,bean初始化完成之后,后面还有一步去检查:第二级缓存 和 原始对象 是否相等。由于它对前面流程来说无关紧要,所以前面的流程图中省略了,但是在这里是关键点,我们重点说说:

spring: 我是如何解决循环依赖的?

那位同事的问题正好是走到这段代码,发现第二级缓存 和 原始对象不相等,所以抛出了循环依赖的异常。

如果这时候把TestService1改个名字,改成:TestService6,其他的都不变。

@Service
publicclass TestService6 {

    @Autowired
    private TestService2 testService2;

    @Async
    public void test1() {
    }
}

再重新启动一下程序,神奇般的好了。

what? 这又是为什么?

这就要从spring的bean加载顺序说起了,默认情况下,spring是按照文件完整路径递归查找的,按路径+文件名排序,排在前面的先加载。所以TestService1比TestService2先加载,而改了文件名称之后,TestService2比TestService6先加载。

为什么TestService2比TestService6先加载就没问题呢?

答案在下面这张图中:

spring: 我是如何解决循环依赖的?

这种情况testService6中其实第二级缓存是空的,不需要跟原始对象判断,所以不会抛出循环依赖。

DependsOn循环依赖

还有一种有些特殊的场景,比如我们需要在实例化Bean A之前,先实例化Bean B,这个时候就可以使用@DependsOn注解。

@DependsOn(value = "testService2")
@Service
publicclass TestService1 {

    @Autowired
    private TestService2 testService2;

    public void test1() {
    }
}
@DependsOn(value = "testService1")
@Service
publicclass TestService2 {

    @Autowired
    private TestService1 testService1;

    public void test2() {
    }
}

程序启动之后,执行结果:

Circular depends-on relationship between 'testService2' and 'testService1'

这个例子中本来如果TestService1和TestService2都没有加@DependsOn注解是没问题的,反而加了这个注解会出现循环依赖问题。

这又是为什么?

答案在AbstractBeanFactory类的doGetBean方法的这段代码中:
spring: 我是如何解决循环依赖的?

它会检查dependsOn的实例有没有循环依赖,如果有循环依赖则抛异常。

4.出现循环依赖如何解决?

项目中如果出现循环依赖问题,说明是spring默认无法解决的循环依赖,要看项目的打印日志,属于哪种循环依赖。目前包含下面几种情况:

spring: 我是如何解决循环依赖的?

生成代理对象产生的循环依赖

这类循环依赖问题解决方法很多,主要有:

  • 使用@Lazy注解,延迟加载
  • 使用@DependsOn注解,指定加载先后关系
  • 修改文件名称,改变循环依赖类的加载顺序

使用@DependsOn产生的循环依赖

这类循环依赖问题要找到@DependsOn注解循环依赖的地方,迫使它不循环依赖就可以解决问题。

多例循环依赖

这类循环依赖问题可以通过把bean改成单例的解决。

构造器循环依赖

这类循环依赖问题可以通过使用@Lazy注解解决。

当然最好的解决循环依赖问题最佳方案是从代码设计上规避,但是复杂的系统中有可能没法避免。

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