Spring三級(jí)緩存思想解決循環(huán)依賴總結(jié)分析

更新時(shí)間：2023年08月29日 11:09:46 作者：jacheut

這篇文章主要為大家介紹了Spring三級(jí)緩存思想解決循環(huán)依賴總結(jié)分析,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進(jìn)步,早日升職加薪

三級(jí)緩存思想

Spring 解決循環(huán)依賴的核心就是提前暴露對象，而提前暴露的對象就是放置于第二級(jí)緩存中。下表是三級(jí)緩存的說明：

所有被 Spring 管理的 Bean，最終都會(huì)存放在 singletonObjects 中，這里面存放的 Bean 是經(jīng)歷了所有生命周期的（除了銷毀的生命周期），完整的，可以給用戶使用的。

earlySingletonObjects 存放的是已經(jīng)被實(shí)例化，但是還沒有注入屬性和執(zhí)行 init 方法的 Bean。

singletonFactories 存放的是生產(chǎn) Bean 的工廠。

解決循環(huán)依賴

Spring 是如何通過上面介紹的三級(jí)緩存來解決循環(huán)依賴的呢？這里只用 A，B 形成的循環(huán)依賴來舉例：

實(shí)例化 A，此時(shí) A 還未完成屬性填充和初始化方法（@PostConstruct）的執(zhí)行，A 只是一個(gè)半成品。
為 A 創(chuàng)建一個(gè) Bean 工廠，并放入到 singletonFactories 中。
發(fā)現(xiàn) A 需要注入 B 對象，但是一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)緩存均為發(fā)現(xiàn)對象 B。
實(shí)例化 B，此時(shí) B 還未完成屬性填充和初始化方法（@PostConstruct）的執(zhí)行，B 只是一個(gè)半成品。
為 B 創(chuàng)建一個(gè) Bean 工廠，并放入到 singletonFactories 中。
發(fā)現(xiàn) B 需要注入 A 對象，此時(shí)在一級(jí)、二級(jí)未發(fā)現(xiàn)對象 A，但是在三級(jí)緩存中發(fā)現(xiàn)了對象 A，從三級(jí)緩存中得到對象 A，并將對象 A 放入二級(jí)緩存中，同時(shí)刪除三級(jí)緩存中的對象 A。（注意，此時(shí)的 A 還是一個(gè)半成品，并沒有完成屬性填充和執(zhí)行初始化方法）
將對象 A 注入到對象 B 中。
對象 B 完成屬性填充，執(zhí)行初始化方法，并放入到一級(jí)緩存中，同時(shí)刪除二級(jí)緩存中的對象 B。（此時(shí)對象 B 已經(jīng)是一個(gè)成品）
對象 A 得到對象 B，將對象 B 注入到對象 A 中。（對象 A 得到的是一個(gè)完整的對象 B）
對象 A 完成屬性填充，執(zhí)行初始化方法，并放入到一級(jí)緩存中，同時(shí)刪除二級(jí)緩存中的對象 A。

我們從源碼中來分析整個(gè)過程：

創(chuàng)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 實(shí)例化對象
        instanceWrapper = this.createBeanInstance(beanName, mbd, args);
    }
    final Object bean = instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedInstance() : null;
    Class<?> beanType = instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedClass() : null;
    // ② 判斷是否允許提前暴露對象，如果允許，則直接添加一個(gè) ObjectFactory 到三級(jí)緩存
    boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
    if (earlySingletonExposure) {
        // 添加三級(jí)緩存的方法詳情在下方
        addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
    }
    // ③ 填充屬性
    this.populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
    // ④ 執(zhí)行初始化方法，并創(chuàng)建代理
    exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
    return exposedObject;
}

添加三級(jí)緩存的方法如下：

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
    synchronized (this.singletonObjects) {
        if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) { // 判斷一級(jí)緩存中不存在此對象
            this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory); // 添加至三級(jí)緩存
            this.earlySingletonObjects.remove(beanName); // 確保二級(jí)緩存沒有此對象
            this.registeredSingletons.add(beanName);
        }
    }
}
@FunctionalInterface
public interface ObjectFactory<T> {
    T getObject() throws BeansException;
}

通過這段代碼，我們可以知道 Spring 在實(shí)例化對象之后，就會(huì)為其創(chuàng)建一個(gè) Bean 工廠，并將此工廠加入到三級(jí)緩存中。

因此，Spring 一開始提前暴露的并不是實(shí)例化的 Bean，而是將 Bean 包裝起來的 ObjectFactory。為什么要這么做呢？

這實(shí)際上涉及到 AOP，如果創(chuàng)建的 Bean 是有代理的，那么注入的就應(yīng)該是代理 Bean，而不是原始的 Bean。但是 Spring 一開始并不知道 Bean 是否會(huì)有循環(huán)依賴，通常情況下（沒有循環(huán)依賴的情況下），Spring 都會(huì)在完成填充屬性，并且執(zhí)行完初始化方法之后再為其創(chuàng)建代理。但是，如果出現(xiàn)了循環(huán)依賴的話，Spring 就不得不為其提前創(chuàng)建代理對象，否則注入的就是一個(gè)原始對象，而不是代理對象。因此，這里就涉及到應(yīng)該在哪里提前創(chuàng)建代理對象？

Spring 的做法就是在 ObjectFactory 中去提前創(chuàng)建代理對象。它會(huì)執(zhí)行 getObject() 方法來獲取到 Bean。實(shí)際上，它真正執(zhí)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，這里會(huì)返回代理對象；否則返回原始對象
                exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
            }
        }
    }
    return exposedObject;
}

因?yàn)樘崆斑M(jìn)行了代理，避免對后面重復(fù)創(chuàng)建代理對象，會(huì)在 earlyProxyReferences 中記錄已被代理的對象。

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

通過上面的解析，我們可以知道 Spring 需要三級(jí)緩存的目的是為了在沒有循環(huán)依賴的情況下，延遲代理對象的創(chuàng)建，使 Bean 的創(chuàng)建符合 Spring 的設(shè)計(jì)原則。

如何獲取依賴

通過一個(gè) getSingleton() 方法去獲取所需要的 Bean 的。

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    // 一級(jí)緩存
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
        synchronized (this.singletonObjects) {
            // 二級(jí)緩存
            singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
            if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
                // 三級(jí)緩存
                ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                if (singletonFactory != null) {
                    // Bean 工廠中獲取 Bean
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                    // 放入到二級(jí)緩存中
                    this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                    this.singletonFactories.remove(beanName);
                }
            }
        }
    }
    return singletonObject;
}

當(dāng) Spring 為某個(gè) Bean 填充屬性的時(shí)候，它首先會(huì)尋找需要注入對象的名稱，然后依次執(zhí)行 getSingleton() 方法得到所需注入的對象，而獲取對象的過程就是先從一級(jí)緩存中獲取，一級(jí)緩存中沒有就從二級(jí)緩存中獲取，二級(jí)緩存中沒有就從三級(jí)緩存中獲取，如果三級(jí)緩存中也沒有，那么就會(huì)去執(zhí)行 doCreateBean() 方法創(chuàng)建這個(gè) Bean。

二級(jí)緩存能夠解決循環(huán)依賴嗎

第三級(jí)緩存的目的是為了延遲代理對象的創(chuàng)建，因?yàn)槿绻麤]有依賴循環(huán)的話，那么就不需要為其提前創(chuàng)建代理，可以將它延遲到初始化完成之后再創(chuàng)建。

既然目的只是延遲的話，那么我們是不是可以不延遲創(chuàng)建，而是在實(shí)例化完成之后，就為其創(chuàng)建代理對象，這樣我們就不需要第三級(jí)緩存了。因此，我們可以將addSingletonFactory() 方法進(jìn)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)) { // 判斷一級(jí)緩存中不存在此對象
            object o = singletonFactory.getObject(); // 直接從工廠中獲取 Bean
            this.earlySingletonObjects.put(beanName, o); // 添加至二級(jí)緩存中
            this.registeredSingletons.add(beanName);
        }
    }
}

這樣的話，每次實(shí)例化完 Bean 之后就直接去創(chuàng)建代理對象，并添加到二級(jí)緩存中。測試結(jié)果是完全正常的，Spring 的初始化時(shí)間應(yīng)該也是不會(huì)有太大的影響，因?yàn)槿绻?Bean 本身不需要代理的話，是直接返回原始 Bean 的，并不需要走復(fù)雜的創(chuàng)建代理 Bean 的流程。

測試證明，二級(jí)緩存也是可以解決循環(huán)依賴的。為什么 Spring 不選擇二級(jí)緩存，而要額外多添加一層緩存呢？

如果 Spring 選擇二級(jí)緩存來解決循環(huán)依賴的話，那么就意味著所有 Bean 都需要在實(shí)例化完成之后就立馬為其創(chuàng)建代理，而 Spring 的設(shè)計(jì)原則是在 Bean 初始化完成之后才為其創(chuàng)建代理。所以，Spring 選擇了三級(jí)緩存。但是因?yàn)檠h(huán)依賴的出現(xiàn)，導(dǎo)致了 Spring 不得不提前去創(chuàng)建代理，因?yàn)槿绻惶崆皠?chuàng)建代理對象，那么注入的就是原始對象，這樣就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。

解決循環(huán)依賴總結(jié)

Spring設(shè)計(jì)了三級(jí)緩存來解決循環(huán)依賴問題。

第一級(jí)緩存里面存儲(chǔ)完整的bean實(shí)例，這些實(shí)例是可以直接被使用的；
第二級(jí)緩存里面存儲(chǔ)的實(shí)例化以后但是還沒有設(shè)置屬性值的bean實(shí)例，也就是bean里面的依賴注入還沒有做；
第三級(jí)緩存用來存放bean工廠，它主要用來生成原始bean對象，并且放到第二個(gè)緩存里面。

三級(jí)緩存的核心思想就是把bean的實(shí)例化和bean里面的依賴注入進(jìn)行分離，采用一級(jí)緩存存儲(chǔ)完整的bean實(shí)例，采用二級(jí)緩存來儲(chǔ)存不完整的bean實(shí)例。通過不完整的bean實(shí)例作為突破口，解決循環(huán)依賴問題。至于第三級(jí)緩存，主要是解決代理對象的循環(huán)依賴問題。