Spring为何需要三级缓存解决循环依赖,而不是二级缓存?

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《Spring为何需要三级缓存解决循环依赖,而不是二级缓存?》

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在使用 Spring 框架的日常开发中,bean 之间的循环依赖太频繁了,Spring 已经帮我们去解决循环依赖问题,对我们开发者来说是无感知的。

下面具体分析一下 Spring 是如何解决 bean 之间循环依赖,为什么要使用到三级缓存,而不是二级缓存。

bean 生命周期

首先大家需要了解一下 bean 在 spring 中的生命周期,bean 在 Spring 的加载流程,才能够更加清晰知道 Spring 是如何解决循环依赖的。

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我们在 Spring 的 BeanFactory 工厂列举了很多接口,代表着 bean 的生命周期,我们主要记住的是我圈红线圈出来的接口,再结合 Spring 的源码来看这些接口主要是在哪里调用的。

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AbstractAutowireCapableBeanFactory 类的 doCreateBean 方法是创建 bean 的开始,我们可以看到首先需要实例化这个 bean,也就是在堆中开辟一块内存空间给这个对象。

createBeanInstance 方法里面逻辑大概就是采用反射生成实例对象,进行到这里表示对象还并未进行属性的填充,也就是 @Autowired 注解的属性还未得到注入。

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我们可以看到第二步就是填充 bean 的成员属性,populateBean 方法里面的逻辑大致就是对使用到了注入属性的注解就会进行注入。

如果在注入的过程发现注入的对象还没生成,则会跑去生产要注入的对象,第三步就是调用 initializeBean 方法初始化 bean,也就是调用我们上述所提到的接口。

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可以看到 initializeBean 方法中,首先调用的是使用的 Aware 接口的方法,我们具体看一下 invokeAwareMethods 方法中会调用 Aware 接口的那些方法。

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我们可以知道如果我们实现了 BeanNameAware,BeanClassLoaderAware,BeanFactoryAware 三个 Aware 接口的话。

会依次调用 setBeanName(), setBeanClassLoader(),setBeanFactory() 方法,再看 applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization 源码。

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发现会如果有类实现了 BeanPostProcessor 接口,就会执行 postProcessBeforeInitialization 方法。

这里需要注意的是:如果多个类实现 BeanPostProcessor 接口,那么多个实现类都会执行 postProcessBeforeInitialization 方法,可以看到是 for 循环依次执行的。

还有一个注意的点就是如果加载 A 类到 Spring 容器中,A 类也重写了 BeanPostProcessor 接口的 postProcessBeforeInitialization 方法。

这时要注意 A 类的 postProcessBeforeInitialization 方法并不会得到执行,因为 A 类还未加载完成,还未完全放到 Spring 的 singletonObjects 一级缓存中。

再看一个注意的点:

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可以看到 ApplicationContextAwareProcessor 也实现了 BeanPostProcessor 接口,重写了 postProcessBeforeInitialization 方法,方法里面并调用了 invokeAwareInterfaces 方法。

而 invokeAwareInterfaces 方法也写着如果实现了众多的 Aware 接口,则会依次执行相应的方法。

值得注意的是 ApplicationContextAware 接口的 setApplicationContext 方法。

再看一下 invokeInitMethods 源码:

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发现如果实现了 InitializingBean 接口,重写了 afterPropertiesSet 方法,则会调用 afterPropertiesSet 方法,最后还会调用是否指定了 init-method,可以通过标签,或者 @Bean 注解的 initMethod 指定。

最后再看一张 applyBeanPostProcessorsAfterInitialization 源码图:

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发现跟之前的 postProcessBeforeInitialization 方法类似,也是循环遍历实现了 BeanPostProcessor 的接口实现类,执行 postProcessAfterInitialization 方法。

整个 bean 的生命执行流程就如上面截图所示,哪个接口的方法在哪里被调用,方法的执行流程。

最后,对 bean 的生命流程进行一个流程图的总结:

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三级缓存解决循环依赖

上一小节对 bean 的生命周期做了一个整体的流程分析,对 Spring 如何去解决循环依赖的很有帮助。

前面我们分析到填充属性时,如果发现属性还未在 Spring 中生成,则会跑去生成属性对象实例。

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我们可以看到填充属性的时候,Spring 会提前将已经实例化的 bean 通过 ObjectFactory 半成品暴露出去。

为什么称为半成品是因为这时候的 bean 对象实例化,但是未进行属性填充,是一个不完整的 bean 实例对象。

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Spring 利用 singletonObjects,earlySingletonObjects,singletonFactories 三级缓存去解决的,所说的缓存其实也就是三个 Map。

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可以看到三级缓存各自保存的对象,这里重点关注二级缓存 earlySingletonObjects 和三级缓存 singletonFactory,一级缓存可以进行忽略。

前面我们讲过先实例化的 bean 会通过 ObjectFactory 半成品提前暴露在三级缓存中。

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singletonFactory 是传入的一个匿名内部类,调用 ObjectFactory.getObject() 最终会调用 getEarlyBeanReference 方法。再来看看循环依赖中是怎么拿其它半成品的实例对象的。

我们假设现在有这样的场景 AService 依赖 BService,BService 依赖 AService:

  • AService 首先实例化,实例化通过 ObjectFactory 半成品暴露在三级缓存中

  • 填充属性 BService,发现 BService 还未进行过加载,就会先去加载 BService

  • 再加载 BService 的过程中,实例化,也通过 ObjectFactory 半成品暴露在三级缓存

  • 填充属性 AService 的时候,这时候能够从三级缓存中拿到半成品的 ObjectFactory

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拿到 ObjectFactory 对象后,调用 ObjectFactory.getObject() 方法最终会调用 getEarlyBeanReference() 方法。

getEarlyBeanReference 这个方法主要逻辑大概描述下如果 bean 被 AOP 切面代理则返回的是 beanProxy 对象,如果未被代理则返回的是原 bean 实例。

这时我们会发现能够拿到 bean 实例(属性未填充),然后从三级缓存移除,放到二级缓存 earlySingletonObjects 中,而此时 B 注入的是一个半成品的实例 A 对象。

不过随着 B 初始化完成后,A 会继续进行后续的初始化操作,最终 B 会注入的是一个完整的 A 实例,因为在内存中它们是同一个对象。

下面是重点,我们发现这个二级缓存好像显得有点多余,好像可以去掉,只需要一级和三级缓存也可以做到解决循环依赖的问题???

只要两个缓存确实可以做到解决循环依赖的问题,但是有一个前提这个 bean 没被 AOP 进行切面代理,如果这个 bean 被 AOP 进行了切面代理,那么只使用两个缓存是无法解决问题。

下面来看一下 bean 被 AOP 进行了切面代理的场景:

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我们发现 AService 的 testAopProxy 被 AOP 代理了,看看传入的匿名内部类的 getEarlyBeanReference 返回的是什么对象。

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发现 singletonFactory.getObject() 返回的是一个 AService 的代理对象,还是被 CGLIB 代理的。

再看一张再执行一遍 singletonFactory.getObject() 返回的是否是同一个 AService 的代理对象。

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我们会发现再执行一遍 singleFactory.getObject() 方法又是一个新的代理对象,这就会有问题了,因为 AService 是单例的,每次执行 singleFactory.getObject() 方法又会产生新的代理对象。

假设这里只有一级和三级缓存的话,我每次从三级缓存中拿到 singleFactory 对象,执行 getObject() 方法又会产生新的代理对象。

这是不行的,因为 AService 是单例的,所有这里我们要借助二级缓存来解决这个问题。

将执行了 singleFactory.getObject() 产生的对象放到二级缓存中去,后面去二级缓存中拿,没必要再执行一遍 singletonFactory.getObject() 方法再产生一个新的代理对象,保证始终只有一个代理对象。

还有一个注意的点:

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既然 singleFactory.getObject() 返回的是代理对象,那么注入的也应该是代理对象,我们可以看到注入的确实是经过 CGLIB 代理的 AService 对象。

所以如果没有 AOP 的话确实可以两级缓存就可以解决循环依赖的问题,如果加上 AOP,两级缓存是无法解决的,不可能每次执行 singleFactory.getObject() 方法都给我产生一个新的代理对象,所以还要借助另外一个缓存来保存产生的代理对象。

总结

前面先讲到 bean 的加载流程,了解了 bean 加载流程对 Spring 如何解决循环依赖的问题很有帮助,后面再分析到 Spring 为什么需要利用到三级缓存解决循环依赖问题,而不是二级缓存。

网上可以试试 AOP 的情形,实践一下就能明白二级缓存为什么解决不了 AOP 代理的场景了。

在工作中,一直认为编程代码不是最重要的,重要的是在工作中所养成的编程思维。

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    原文作者:石杉的架构笔记
    原文地址: https://blog.csdn.net/qq_42046105/article/details/123540097
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