java八股文面试[Spring]——Spring循环依赖

r囧r小猫 2024-03-04 01:42 117阅读 0赞

面试的重点，大厂必问之一

### 什么是循环依赖 ###

看下图

![image.png][]

上图是循环依赖的三种情况，虽然方式有点不一样，但是循环依赖的本质是一样的，就你的完整创建要依赖与我，我的完整创建也依赖于你。相互依赖从而没法完整创建造成失败。

### 代码演示 ###

我们再通过代码的方式来演示下循环依赖的效果

public class CircularTest {
    
        public static void main(String[] args) {
            new CircularTest1();
        }
    }
    class CircularTest1{
        private CircularTest2 circularTest2 = new CircularTest2();
    }
    
    class CircularTest2{
        private CircularTest1 circularTest1 = new CircularTest1();
    }

执行后出现了 StackOverflowError 错误

![image.png][image.png 1]

上面的就是最基本的循环依赖的场景，你需要我，我需要你，然后就报错了。而且上面的这种设计情况我们是没有办法解决的。那么针对这种场景我们应该要**怎么设计**呢？这个是关键！

### 分析问题 ###

首先我们要明确一点就是如果这个对象A还没创建成功，在创建的过程中要依赖另一个对象B，而另一个对象B也是在创建中要依赖对象A，这种肯定是无解的，这时我们就要转换思路，我们先把A创建出来，但是**还没有完成初始化操作**，也就是这是一个**半成品**的对象，然后在赋值的时候先把A**暴露出来**，然后创建B，让B创建完成后找到暴露的A完成整体的实例化，这时再把B交给A完成A的后续操作，从而揭开了循环依赖的密码。也就是如下图：

![image.png][image.png 2]

### 解决 ###

明白了上面的本质后，我们可以自己来尝试解决下：

先来把上面的案例改为**set/get来依赖关联**

public class CircularTest {
    
        public static void main(String[] args) throws Exception{
            System.out.println(getBean(CircularTest1.class).getCircularTest2());
            System.out.println(getBean(CircularTest2.class).getCircularTest1());
        }
    
        private static <T> T getBean(Class<T> beanClass) throws Exception{
            // 1.获取 实例对象
            Object obj = beanClass.newInstance();
            // 2.完成属性填充
            Field[] declaredFields = obj.getClass().getDeclaredFields();
            // 遍历处理
            for (Field field : declaredFields) {
                field.setAccessible(true); // 针对private修饰
                // 获取成员变量 对应的类对象
                Class<?> fieldClass = field.getType();
                // 获取对应的 beanName
                String fieldBeanName = fieldClass.getSimpleName().toLowerCase();
                // 给成员变量赋值 如果 singletonObjects 中有半成品就获取，否则创建对象
                field.set(obj,getBean(fieldClass));
            }
            return (T) obj;
        }
    }
    
    class CircularTest1{
        private CircularTest2 circularTest2;
    
        public CircularTest2 getCircularTest2() {
            return circularTest2;
        }
    
        public void setCircularTest2(CircularTest2 circularTest2) {
            this.circularTest2 = circularTest2;
        }
    }
    
    class CircularTest2{
        private CircularTest1 circularTest1;
    
        public CircularTest1 getCircularTest1() {
            return circularTest1;
        }
    
        public void setCircularTest1(CircularTest1 circularTest1) {
            this.circularTest1 = circularTest1;
        }
    }

然后我们再通过把**对象实例化**和**成员变量赋值拆解**开来处理。从而解决循环依赖的问题

public class CircularTest {
        // 保存提前暴露的对象，也就是半成品的对象
        private final static Map<String,Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>();
    
        public static void main(String[] args) throws Exception{
            System.out.println(getBean(CircularTest1.class).getCircularTest2());
            System.out.println(getBean(CircularTest2.class).getCircularTest1());
        }
    
        private static <T> T getBean(Class<T> beanClass) throws Exception{
            //1.获取类对象对应的名称
            String beanName = beanClass.getSimpleName().toLowerCase();
            // 2.根据名称去 singletonObjects 中查看是否有半成品的对象
            if(singletonObjects.containsKey(beanName)){
                return (T) singletonObjects.get(beanName);
            }
            // 3. singletonObjects 没有半成品的对象，那么就反射实例化对象
            Object obj = beanClass.newInstance();
            // 还没有完整的创建完这个对象就把这个对象存储在了 singletonObjects中
            singletonObjects.put(beanName,obj);
            // 属性填充来补全对象
            Field[] declaredFields = obj.getClass().getDeclaredFields();
            // 遍历处理
            for (Field field : declaredFields) {
                field.setAccessible(true); // 针对private修饰
                // 获取成员变量 对应的类对象
                Class<?> fieldClass = field.getType();
                // 获取对应的 beanName
                String fieldBeanName = fieldClass.getSimpleName().toLowerCase();
                // 给成员变量赋值 如果 singletonObjects 中有半成品就获取，否则创建对象
                field.set(obj,singletonObjects.containsKey(fieldBeanName)?
                        singletonObjects.get(fieldBeanName):getBean(fieldClass));
            }
            return (T) obj;
        }
    }

运行程序你会发现问题完美的解决了

![image.png][image.png 3]

在上面的方法中的核心是**getBean**方法，Test1 创建后填充属性时**依赖Test2**，那么就**去创建 Test2**，在创建 Test2 开始填充时发现依赖于 Test1，但此时 Test1 这个半成品对象已经存**放在缓存到 `singletonObjects` 中了**，所以Test2可以正常创建，在通过递归把 Test1 也创建完整了。

![image.png][image.png 4]

最后总结下该案例解决的本质：

![image.png][image.png 5]

### Spring循环依赖 ###

针对Spring中Bean对象的各种场景。支持的方案不一样：

![image.png][image.png 6]

### Spring 中哪些情况下，不能解决循环依赖问题？ ###

![7e7e4f47a9e943f1ba1047eeb9f8919e.png][]

然后我们再来看看Spring中是如何解决循环依赖问题的呢？刚刚上面的案例中的对象的生命周期的**核心**就两个

![image.png][image.png 7]

而Spring创建Bean的生命周期中涉及到的方法就很多了。下面是简单列举了对应的方法

![image.png][image.png 8]

基于前面案例的了解，我们知道肯定需要在**调用构造方法**方法创建**完成后再暴露对象**，在Spring中提供了三级缓存来处理这个事情，对应的处理节点如下图：

![image.png][image.png 9]

对应到源码中具体处理循环依赖的流程如下：

![image.png][image.png 10]

上面就是在Spring的生命周期方法中和循环依赖出现相关的流程了。那么源码中的具体处理是怎么样的呢？我们继续往下面看。

首先在调用构造方法的后会放入到三级缓存中

![image.png][image.png 11]

下面就是放入三级缓存的逻辑

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
            Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
            // 使用singletonObjects进行加锁，保证线程安全
            synchronized (this.singletonObjects) {
                // 如果单例对象的高速缓存【beam名称-bean实例】没有beanName的对象
                if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
                    // 将beanName,singletonFactory放到单例工厂的缓存【bean名称 - ObjectFactory】
                    this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
                    // 从早期单例对象的高速缓存【bean名称-bean实例】 移除beanName的相关缓存对象
                    this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
                    // 将beanName添加已注册的单例集中
                    this.registeredSingletons.add(beanName);
                }
            }
        }

然后在**填充属性的**时候会存入**二级缓存**中

earlySingletonObjects.put(beanName,bean);
    registeredSingletons.add(beanName);

最后把创**建的对象**保存在了**一级缓存**中

protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
            synchronized (this.singletonObjects) {
                // 将映射关系添加到单例对象的高速缓存中
                this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                // 移除beanName在单例工厂缓存中的数据
                this.singletonFactories.remove(beanName);
                // 移除beanName在早期单例对象的高速缓存的数据
                this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
                // 将beanName添加到已注册的单例集中
                this.registeredSingletons.add(beanName);
            }
        }

### 级缓存如何实现 ###

#### 1、解决代理问题 ####

因为默认情况下，代理是通过BeanPostProcessor来完成，为了解决代理，就需要**提前创建代理**，那么这个代理的**创建就放到3级缓存中来进行创建**。

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

getEarlyBeanReference 此方法会返回**代理bean**

#### 2、解决单例通过第3级缓存多次获取的值不一致 ####

![format_png][]

从上图中可知，对象是先从 一级->二级->三级缓存 这样查找，当三级缓存产生了对象后就放入二级缓存中缓存起来，同时删除三级缓存。

#### 3、流程图 ####

![format_png 1][]

### 疑问点 ###

这些疑问点也是面试官喜欢问的问题点

#### 为什么需要三级缓存 ####

三级缓存主要处理的是**AOP的代理对象**，存储的是一个**ObjectFactory**

三级缓存考虑的是**代理对象**，而二级缓存考虑的是**性能**\-从三级缓存的工厂里创建出对象，再扔到二级缓存（这样就不用**每次都要从工厂里拿**）

#### 没有三级环境能解决吗？ ####

没有三级缓存是**可以解决**循环依赖问题的

#### 三级缓存分别什么作用 ####

一级缓存：**正式对象**

二级缓存：**半成品**对象

三级缓存：工厂

![image.png][image.png 12]

// 从上至下 分表代表这“三级缓存”
    	private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256); //一级缓存
    	private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16); // 二级缓存
    	private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16); // 三级缓存

1.singletonObjects：用于存**放完全初始化好**的 bean，从该缓存中取出的 bean 可以直接使用  
2.earlySingletonObjects：**提前曝光**的单例对象的cache，存放原始的 bean 对象（尚未填充属性），用于解决循环依赖  
3.singletonFactories：单例对象工厂的cache，存放 **bean 工厂对象**，用于解决循环依赖

1.AbstractBeanFactory 中的 doGetBean()方法

2.DefaultSingletonBeanRegistry中的 getSingleton()方法

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    		Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    		if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
    			synchronized (this.singletonObjects) {
    				singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
    				if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
    					ObjectFactory<?> singletonFactory=this.singletonFactories.get(beanName);
    					if (singletonFactory != null) {
    						singletonObject = singletonFactory.getObject();
    						this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
    						this.singletonFactories.remove(beanName);
    					}
    				}
    			}
    		}
    		return singletonObject;
    }

先从**一级缓存singletonObjects**中去获取。（如果获取到就直接return）  
如果获取不到或者对象**正在创建中**（**isSingletonCurrentlyInCreation**()），那就再从二级缓存**earlySingletonObjects**中获取。（如果获取到就直接return)  
如果还是获取不到，**且允许singletonFactories**（allowEarlyReference=true）通过**getObject**()获取。就从三级缓存**singletonFactory.getObject()**获取。（如果获取到了就从singletonFactories中移除，并且放进earlySingletonObjects。其实也就是从三级缓存移动（是剪切、不是复制哦~）到了二级缓存）此处的**移动**保证了，之后在init时候**仍然是同一个对象**

3.AbstractAutowireCapableBeanFactory.**createBean**/**doCreateBean**()

实例化

// 使用构造器/工厂方法 instanceWrapper是一个BeanWrapper  
**instanceWrapper** = createBeanInstance(beanName, mbd, args);  
// 此处bean为"原始Bean" 也就是这里的A实例对象：A@1234  
final Object bean = instanceWrapper.**getWrappedInstance**();

添加到三级缓存

// **允许暴露**，就把**A绑定在ObjectFactory**上，注册到三级缓存singletonFactories里面去保存着  
// Tips:这里后置处理器的getEarlyBeanReference方法**会被促发**，自动代理创建器在此处创建代理对象（注意执行时机 为执行三级缓存的时候）  
if (earlySingletonExposure) \{  
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));  
\}  
//注意 此时加入的是一个**factory**没有执行

4.属性赋值

//此时候上面说到的getEarlyBeanReference方法就会被执行。这也解释为何我们@**Autowired**是个代理对象，而不是普通对象的**根本原因**

**populateBean**(beanName, mbd, instanceWrapper);

解决循环依赖，在获取单例对象时

singletonFactory.getObject()调用了

public abstract class AbstractAutoProxyCreator extends ProxyProcessorSupport
            implements SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor, BeanFactoryAware {
        private final Map<Object, Object> earlyProxyReferences = new ConcurrentHashMap<>(16);
                
        @Override
        public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
            Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
            this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
            /* 这里，主要就是看看到底要不要生成代理对象，要的话，就生成，不要就算了，另外，做了个标记：在earlyProxyReferences加了当前bean的key，表示：当前bean，已经被getEarlyBeanReference方法处理过了。
    
    /至于，最终到底有没有生成代理对象，另说。毕竟调用wrapIfNecessary也不是说，一定就满足切面，要生成代理对象。
    
    可能返回的仍然是原始对象。*/
            return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
        }        
    }

此处的SmartInstantiationAware**BeanPostProcessor**继承自BeanPostProcessor

BeanPostProcessor接口会在**init阶段**生成对对象的代理，`getCacheKey`保证**不会重复生成代理对象**

5.初始化对象

如果有代理会检查是否发生了循环依赖

exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
    
    	... // 至此，相当于A@1234已经实例化完成、初始化完成（属性也全部赋值了~）
    	// 这一步我把它理解为校验：校验：校验是否有循环引用问题~~~~~
    
    	if (earlySingletonExposure) {
    		// 注意此处第二个参数传的false，表示不去三级缓存里singletonFactories再去调用一次getObject()方法了~~~
    		// 上面建讲到了由于B在初始化的时候，会触发A的ObjectFactory.getObject()  所以a此处已经在二级缓存earlySingletonObjects里了
    		// 因此此处返回A的实例：A@1234
    		Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
    		if (earlySingletonReference != null) {
    		
    			// 这个等式表示，exposedObject若没有再被代理过，这里就是相等的
    			// 显然此处我们的a对象的exposedObject它是没有被代理过的  所以if会进去~
    			// 这种情况至此，就全部结束了~~~
    			if (exposedObject == bean) {
    				exposedObject = earlySingletonReference;
    			}
    	
    			// 继续以A为例，比如方法标注了@Aysnc注解，exposedObject此时候就是一个代理对象，因此就会进到这里来
    			//hasDependentBean(beanName)是肯定为true，因为getDependentBeans(beanName)得到的是["b"]这个依赖
    			else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {
    				String[] dependentBeans = getDependentBeans(beanName);
    				Set<String> actualDependentBeans = new LinkedHashSet<>(dependentBeans.length);
    
    				// A@1234依赖的是["b"]，所以此处去检查b
    				// 如果最终存在实际依赖的bean：actualDependentBeans不为空 那就抛出异常  证明循环引用了~
    				for (String dependentBean : dependentBeans) {
    					// 这个判断原则是：如果此时候b并还没有创建好，this.alreadyCreated.contains(beanName)=true表示此bean已经被创建过，就返回false
    					// 若该bean没有在alreadyCreated缓存里，就是说没被创建过(其实只有CreatedForTypeCheckOnly才会是此仓库)
    					if (!removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly(dependentBean)) {
    						actualDependentBeans.add(dependentBean);
    					}
    				}
    				if (!actualDependentBeans.isEmpty()) {
    					throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName,
    							"Bean with name '" + beanName + "' has been injected into other beans [" +
    							StringUtils.collectionToCommaDelimitedString(actualDependentBeans) +
    							"] 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.");
    				}
    			}
    		}
    	}

#### 是否可以没有二级缓存 ####

如果只在**两个对象AB**产生循环依赖时，**可以不需要**。

但是如果是ABC产生循环依赖时

@Service
    public class TestService1 {
    
        @Autowired
        private TestService2 testService2;
        @Autowired
        private TestService3 testService3;
    
        public void test1() {
        }
    }
    
    @Service
    public class TestService2 {
    
        @Autowired
        private TestService1 testService1;
    
        public void test2() {
        }
    }
    
    @Service
    public class TestService3 {
    
        @Autowired
        private TestService1 testService1;
    
        public void test3() {
        }
    }

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**。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。

假设只有singletonObjects和singletonFactories可否完成循环依赖？

![format_png 2][]

由图中可知也是不可以实现的。

#### 是否需要三级缓存 ####

如果创建的Bean有**对应的代理**，那其他对象注入时，注入的应该是对应的**代理对象**；但是Spring**无法提前知道这个对象是不是有循环依赖的情况**，而正常情况下（没有循环依赖情况），Spring都是在创建好**完成品Bean之后**才创建对应的代理。这时候Spring有两个选择：

(1)不管有没有循环依赖，都提前创建好**代理对象**，并将代理对象**放入缓存**，出现循环依赖时，其他对象直接就可以取到代理对象并注入。  
(2)不提前创建好代理对象，在**出现循环依赖**被其他对象注入时，才**实时生成**代理对象。这样在没有循环依赖\`的情况下，Bean就可以按着Spring设计原则的步骤来创建。

![format_png 3][]

由上图可知，**对象存在代理时**，2级缓存无法解决问题。因为代理对象是通过**BeanPostProcessor**来完成，是在设置属性之后才产生的代理对象。

此时可能有人会说，那如果我在构建完B的实例后，就立马进行Aop代理，这样不就解决问题了吗？那假设A和B之间没有发生循环依赖，这样设计会不会**不优雅**？(方式1）

Spring选择了**第二种方式**，那怎么做到提前曝光对象而**又不生成代理呢**？  
Spring就是在对象外面**包一层ObjectFactory**，提前曝光的是ObjectFactory对象，在**被注入时**才在ObjectFactory.getObject方式内实时**生成代理对象**，并将生成好的代理对象放入到**第二级缓存**Map<String, Object> earlySingletonObjects。  
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));

知识来源：马士兵教育

[Spring的三级缓存\_spring三级缓存\_普通网友的博客-CSDN博客][Spring_spring_-CSDN]

[https://www.cnblogs.com/chenyi502/p/17472022.html][https_www.cnblogs.com_chenyi502_p_17472022.html]

[阿里大佬深度理解总结：Spring的3级缓存和循环引用 - 知乎][Spring_3_ -]

[image.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/8fd694c67a9c46799d673e117f0d98df.png
[image.png 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/a9209d35021b4baaaac73cb99816d749.png
[image.png 2]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/1eeb20ca138149a783b49bc295aa547a.png
[image.png 3]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/063f9ca94b3f4a5a88c986b85bf23b7f.png
[image.png 4]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/63ef9d685750487fa032306d77961b6c.png
[image.png 5]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/beba7abad4ed4ed6bfa6f6e28dbfcff8.png
[image.png 6]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/5c6b55cb13ed4161ba4d13ea7ef5ef58.png
[7e7e4f47a9e943f1ba1047eeb9f8919e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/7bab6a3ef7ba4e6e855fbd9044c0db3a.png
[image.png 7]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/120b068f43704c0294e5c5de744ab670.png
[image.png 8]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/4c7512579e204ee4a32550d0cde859c7.png
[image.png 9]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/141845b342094072800be62bc4fed6bb.png
[image.png 10]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/9e0571de3972423d9023a6f9da53514f.png
[image.png 11]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/4d4da356af824e5dae1a16b93ae5031b.png
[format_png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/13e1aedc55db4036a484f95798ce3fa0.png
[format_png 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/0785a4b394d04dbc9f05008520517561.png
[image.png 12]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/dcd9a734c7564dfc8f72b812e3d14bd7.png
[format_png 2]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/04/161693c8207c41ef810054a924de4637.png
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[Spring_spring_-CSDN]: https://blog.csdn.net/m0_67401417/article/details/125244712
[https_www.cnblogs.com_chenyi502_p_17472022.html]: https://www.cnblogs.com/chenyi502/p/17472022.html
[Spring_3_ -]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/517985095