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給小師妹展開說說,Spring Bean IOC、AOP 循環(huán)依賴


作者:小傅哥
博客:https://bugstack.cn

沉淀、分享、成長,讓自己和他人都能有所收獲!😄

一、前言

延遲滿足能給你帶來什么?

大學有四年時間,但幾乎所有人都是臨近畢業(yè)才發(fā)現(xiàn)找一份好工作費勁,尤其是我能非常熟悉的軟件開發(fā)行業(yè),即使是畢業(yè)了還需要額外花錢到培訓機構,在學一遍編程技術才能出去找工作。好像在校這幾年壓根就沒學到什么!

就我個人而言可能是因為上學期間喜歡編程,也從師哥、師姐那里聽到一些關于畢業(yè)后找工作的不容易,也了解了一些社會上對程序員開發(fā)技能的要求級別。也就是得到了這些消息,又加上自己樂于折騰,我給自己定了一個每天都能完成的小目標:

紅塵世界幾個王,我自不服迎頭上。
日敲代碼兩百行,沖進世界五百強。

哈哈哈,就這么每天兩百行代碼,一個月就是6千行,一年就是6萬行,三年后開始實習就有18萬行,一個應屆實習生有將近20萬行代碼的敲擊量,幾乎已經(jīng)可以非常熟練的完成各類簡單的工作,在加上實習中對整個項目流程真正的斷鏈后,找一個正經(jīng)的開發(fā)工作,還是很容易的。

而這時候找工作的容易,就來自于你一直以來的學習和沉淀,但如果你沒經(jīng)過這些努力,可能等畢業(yè)后就會變得非?;艁y,最后沒辦法只能去一些機構再學習一遍。

二、面試題

謝飛機,小記!,以前感覺Spring沒啥,看過一篇getBean,我的天!

謝飛機:面試官,最近我看了 Spring 的 getBean 發(fā)現(xiàn)這里好多東西,還有一個是要解決循環(huán)依賴的,這玩意面試有啥要問的嗎?

面試官:有哇,Spring 是如何解決循環(huán)依賴的?

謝飛機:嗯,通過三級緩存提前暴露對象解決的。

面試官:可以哈,那這三個緩存里都存放了什么樣的對象信息呢?

謝飛機:一級緩存存放的是完整對象,也叫成品對象。二級緩存存放的是半成品對象,就是那些屬性還沒賦值的對象。三級緩存存放的是 ObjectFactory<?> 類型的 lambda 表達式,就是這用于處理 AOP 循環(huán)依賴的。

面試官:可以呀,謝飛機有所準備嘛!那如果沒有三級緩存,只有二級或者一級,能解決循環(huán)依賴嗎?

謝飛機:其實我看過資料了,可以解決,只不過 Spring 要保證幾個事情,只有一級緩存處理流程沒法拆分,復雜度也會增加,同時半成品對象可能會有空指針異常。而將半成品與成品對象分開,處理起來也更加優(yōu)雅、簡單、易擴展。另外 Spring 的兩大特性中不僅有 IOC 還有 AOP,也就是基于字節(jié)碼增強后的方法,該存放到哪,而三級緩存最主要,要解決的循環(huán)依賴就是對 AOP 的處理,但如果把 AOP 代理對象的創(chuàng)建提前,那么二級緩存也一樣可以解決。但是,這就違背了 Spring 創(chuàng)建對象的原則,Spring 更喜歡把所有的普通 Bean 都初始化完成,在處理代理對象的初始化。

面試官:飛機,不錯嘛,這次了解了不少。那問個簡單的,你擼過循環(huán)依賴的解決方案?

謝飛機:哦哦,這沒有,沒實踐過!!!確實應該搞一下,試試。

三、什么是循環(huán)依賴?

1. 問題描述

了解問題的本質(zhì)再分析問題,往往更利于對問題有更深入的了解和研究。所以我們在分析 Spring 關于循環(huán)依賴的源碼之前,先要了解下什么是循環(huán)依賴。

  • 循環(huán)依賴分為三種,自身依賴于自身、互相循環(huán)依賴、多組循環(huán)依賴。
  • 但無論循環(huán)依賴的數(shù)量有多少,循環(huán)依賴的本質(zhì)是一樣的。就是你的完整創(chuàng)建依賴于我,而我的完整創(chuàng)建也依賴于你,但我們互相沒法解耦,最終導致依賴創(chuàng)建失敗。
  • 所以 Spring 提供了除了構造函數(shù)注入和原型注入外的,setter循環(huán)依賴注入解決方案。那么我們也可以先來嘗試下這樣的依賴,如果是我們自己處理的話該怎么解決。

2. 問題體現(xiàn)

public class ABTest {

    public static void main(String[] args) {
        new ClazzA();
    }

}

class ClazzA {

    private ClazzB b = new ClazzB();

}

class ClazzB {

    private ClazzA a = new ClazzA();

}
  • 這段代碼就是循環(huán)依賴最初的模樣,你中有我,我中有你,運行就報錯 java.lang.StackOverflowError
  • 這樣的循環(huán)依賴代碼是沒法解決的,當你看到 Spring 中提供了 get/set 或者注解,這樣之所以能解決,首先是進行了一定的解耦。讓類的創(chuàng)建和屬性的填充分離,先創(chuàng)建出半成品Bean,再處理屬性的填充,完成成品Bean的提供。

3. 問題處理

在這部分的代碼中就一個核心目的,我們來自己解決一下循環(huán)依賴,方案如下:

public class CircleTest {

    private final static Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println(getBean(B.class).getA());
        System.out.println(getBean(A.class).getB());
    }

    private static <T> T getBean(Class<T> beanClass) throws Exception {
        String beanName = beanClass.getSimpleName().toLowerCase();
        if (singletonObjects.containsKey(beanName)) {
            return (T) singletonObjects.get(beanName);
        }
        // 實例化對象入緩存
        Object obj = beanClass.newInstance();
        singletonObjects.put(beanName, obj);
        // 屬性填充補全對象
        Field[] fields = obj.getClass().getDeclaredFields();
        for (Field field : fields) {
            field.setAccessible(true);
            Class<?> fieldClass = field.getType();
            String fieldBeanName = fieldClass.getSimpleName().toLowerCase();
            field.set(obj, singletonObjects.containsKey(fieldBeanName) ? singletonObjects.get(fieldBeanName) : getBean(fieldClass));
            field.setAccessible(false);
        }
        return (T) obj;
    }

}

class A {

    private B b;

    // ...get/set
}

class B {
    private A a;

// ...get/set
}
  • 這段代碼提供了 A、B 兩個類,互相有依賴。但在兩個類中的依賴關系使用的是 setter 的方式進行填充。也就是只有這樣才能避免兩個類在創(chuàng)建之初不非得強依賴于另外一個對象。

  • getBean,是整個解決循環(huán)依賴的核心內(nèi)容,A 創(chuàng)建后填充屬性時依賴 B,那么就去創(chuàng)建 B,在創(chuàng)建 B 開始填充時發(fā)現(xiàn)依賴于 A,但此時 A 這個半成品對象已經(jīng)存放在緩存到singletonObjects 中了,所以 B 可以正常創(chuàng)建,在通過遞歸把 A 也創(chuàng)建完整了。

四、源碼分析

1. 說說細節(jié)

通過上面的例子我們大概了解到,A和B互相依賴時,A創(chuàng)建完后填充屬性B,繼續(xù)創(chuàng)建B,再填充屬性A時就可以從緩存中獲取了,如下:

那這個解決事循環(huán)依賴的事放到 Spring 中是什么樣呢?展開細節(jié)!

雖然,解決循環(huán)依賴的核心原理一樣,但要放到支撐起整個 Spring 中 IOC、AOP 特性時,就會變得復雜一些,整個處理 Spring 循環(huán)依賴的過程如下;

  • 以上就是關于 Spring 中對于一個有循環(huán)依賴的對象獲取過程,也就是你想要的說說細節(jié)
  • 乍一看是挺多流程,但是這些也基本是你在調(diào)試代碼時候必須經(jīng)過的代碼片段,拿到這份執(zhí)行流程,再調(diào)試就非常方便了。

2. 處理過程

關于本章節(jié)涉及到的案例源碼分析,已更新到 github:https://github.com/fuzhengwei/interview - interview-31

以下是單元測試中對AB依賴的獲取Bean操作,重點在于進入 getBean 的源碼跟進;

@Test
public void test_alias() {
    BeanFactory beanFactory = new ClassPathXmlApplicationContext("spring-config.xml");
    Bean_A bean_a = beanFactory.getBean("bean_a", Bean_A.class);
    logger.info("獲取 Bean 通過別名:{}", bean_a.getBean_b());
}

org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory.java

@Override
public <T> T getBean(String name, Class<T> requiredType) throws BeansException {
return doGetBean(name, requiredType, null, false);
}
  • 從 getBean 進入后,獲取 bean 的操作會進入到 doGetBean。
  • 之所以這樣包裝一層,是因為 doGetBean 有很多不同入?yún)⒌闹剌d方法,方便外部操作。

doGetBean 方法

protected <T> T doGetBean(
final String name, final Class<T> requiredType, final Object[] args, boolean typeCheckOnly)
throws BeansException {

  // 從緩存中獲取 bean 實例
Object sharedInstance = getSingleton(beanName);

// mbd.isSingleton() 用于判斷 bean 是否是單例模式
if (mbd.isSingleton()) {
  // 獲取 bean 實例
sharedInstance = getSingleton(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
@Override
public Object getObject() throws BeansException {
try {
  // 創(chuàng)建 bean 實例,createBean 返回的 bean 實例化好的
return createBean(beanName, mbd, args);
}
catch (BeansException ex) {
destroySingleton(beanName);
throw ex;
}
}
});
// 后續(xù)的處理操作
bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
}

// ...

  // 返回 bean 實例
return (T) bean;
}
  • 按照在源碼分析的流程圖中可以看到,這一部分是從 getSingleton 先判斷是否有實例對象,對于第一次進入是肯定沒有對象的,要繼續(xù)往下走。
  • 在判斷 mbd.isSingleton() 單例以后,開始使用基于 ObjectFactory 包裝的方式創(chuàng)建 createBean,進入后核心邏輯是開始執(zhí)行 doCreateBean 操作。

doCreateBean 方法

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final Object[] args)
throws BeanCreationException {

  // 創(chuàng)建 bean 實例,并將 bean 實例包裝到 BeanWrapper 對象中返回
instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);

// 添加 bean 工廠對象到 singletonFactories 緩存中
addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
@Override
public Object getObject() throws BeansException {
  // 獲取原始對象的早期引用,在 getEarlyBeanReference 方法中,會執(zhí)行 AOP 相關邏輯。若 bean 未被 AOP 攔截,getEarlyBeanReference 原樣返回 bean。
return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
}
});

try {
  // 填充屬性,解析依賴關系
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
if (exposedObject != null) {
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
}
}

// 返回 bean 實例
return exposedObject;
}
  • 在 doCreateBean 方法中包括的內(nèi)容較多,但核心主要是創(chuàng)建實例、加入緩存以及最終進行屬性填充,屬性填充就是把一個 bean 的各個屬性字段涉及到的類填充進去。
  • createBeanInstance,創(chuàng)建 bean 實例,并將 bean 實例包裝到 BeanWrapper 對象中返回
  • addSingletonFactory,添加 bean 工廠對象到 singletonFactories 緩存中
  • getEarlyBeanReference,獲取原始對象的早期引用,在 getEarlyBeanReference 方法中,會執(zhí)行 AOP 相關邏輯。若 bean 未被 AOP 攔截,getEarlyBeanReference 原樣返回 bean。
  • populateBean,填充屬性,解析依賴關系。也就是從這開始去找尋 A 實例中屬性 B,緊接著去創(chuàng)建 B 實例,最后在返回回來。

getSingleton 三級緩存

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
  // 從 singletonObjects 獲取實例,singletonObjects 是成品 bean
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
// 判斷 beanName ,isSingletonCurrentlyInCreation 對應的 bean 是否正在創(chuàng)建中
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
synchronized (this.singletonObjects) {
  // 從 earlySingletonObjects 中獲取提前曝光未成品的 bean
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
  // 獲取相應的 bean 工廠
ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
if (singletonFactory != null) {
  // 提前曝光 bean 實例,主要用于解決AOP循環(huán)依賴
singletonObject = singletonFactory.getObject();

// 將 singletonObject 放入緩存中,并將 singletonFactory 從緩存中移除
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
}
  • singletonObjects.get(beanName),從 singletonObjects 獲取實例,singletonObjects 是成品 bean
  • isSingletonCurrentlyInCreation,判斷 beanName ,isSingletonCurrentlyInCreation 對應的 bean 是否正在創(chuàng)建中
  • allowEarlyReference,從 earlySingletonObjects 中獲取提前曝光未成品的 bean
  • singletonFactory.getObject(),提前曝光 bean 實例,主要用于解決AOP循環(huán)依賴

綜上,是一個處理循環(huán)依賴的代碼流程,這部分提取出來的內(nèi)容主要為核心內(nèi)容,并沒與長篇大論的全部拆取出來,大家在調(diào)試的時候會涉及的比較多,盡可能要自己根據(jù)流程圖操作調(diào)試幾遍。

3. 依賴解析

綜上從我們自己去嘗試解決循環(huán)依賴,學習了循環(huán)依賴的核心解決原理。又分析了 Spring 解決的循環(huán)依賴的處理過程以及核心源碼的分析。那么接下來我們在總結下三級緩存分別不同的處理過程,算是一個總結,也方便大家理解。

1. 一級緩存能解決嗎?

  • 其實只有一級緩存并不是不能解決循環(huán)依賴,就像我們自己做的例子一樣。
  • 但是在 Spring 中如果像我們例子里那么處理,就會變得非常麻煩,而且也可能會出現(xiàn) NPE 問題。
  • 所以如圖按照 Spring 中代碼處理的流程,我們?nèi)シ治鲆患壘彺孢@樣存放成品 Bean 的流程中,是不能解決循環(huán)依賴的問題的。因為 A 的成品創(chuàng)建依賴于 B,B的成品創(chuàng)建又依賴于 A,當需要補全B的屬性時 A 還是沒有創(chuàng)建完,所以會出現(xiàn)死循環(huán)。

2. 二級緩存能解決嗎?

  • 有了二級緩存其實這個事處理起來就容易了,一個緩存用于存放成品對象,另外一個緩存用于存放半成品對象。
  • A 在創(chuàng)建半成品對象后存放到緩存中,接下來補充 A 對象中依賴 B 的屬性。
  • B 繼續(xù)創(chuàng)建,創(chuàng)建的半成品同樣放到緩存中,在補充對象的 A 屬性時,可以從半成品緩存中獲取,現(xiàn)在 B 就是一個完整對象了,而接下來像是遞歸操作一樣 A 也是一個完整對象了。

3. 三級緩存解決什么?

  • 有了二級緩存都能解決 Spring 依賴了,怎么要有三級緩存呢。其實我們在前面分析源碼時也提到過,三級緩存主要是解決 Spring AOP 的特性。AOP 本身就是對方法的增強,是 ObjectFactory<?> 類型的 lambda 表達式,而 Spring 的原則又不希望將此類類型的 Bean 前置創(chuàng)建,所以要存放到三級緩存中處理。
  • 其實整體處理過程類似,唯獨是 B 在填充屬性 A 時,先查詢成品緩存、再查半成品緩存,最后在看看有沒有單例工程類在三級緩存中。最終獲取到以后調(diào)用 getObject 方法返回代理引用或者原始引用。
  • 至此也就解決了 Spring AOP 所帶來的三級緩存問題。本章節(jié)涉及到的 AOP 依賴有源碼例子,可以進行調(diào)試

五、總結

  • 回顧本文基本以實際操作的例子開始,引導大家對循環(huán)依賴有一個整體的認識,也對它的解決方案可以上手的例子,這樣對后續(xù)的關于 Spring 對循環(huán)依賴的解決也就不會那么陌生了。
  • 通篇全文下來大家也可以看到,三級緩存并不是非必須不可,只不過在滿足 Spring 自身創(chuàng)建的原則下,是必須的。如果你可以下載 Spring 源碼對這部分代碼進行改動下,提前創(chuàng)建 AOP 對象保存到緩存中,那么二級緩存一樣可以解決循環(huán)依賴問題。
  • 關于循環(huán)依賴可能并不是一個好的編碼方式,如果在自己的程序中還是要盡可能使用更合理的設計模式規(guī)避循環(huán)依賴,可能這些方式會增加代碼量,但在維護上會更加方便。當然這不是強制,可以根據(jù)你的需要而來。

六、系列推薦

  • 你說,怎么把Bean塞到Spring容器?
  • Spring IOC 特性有哪些,不會讀不懂源碼!
  • 關于 Spring 中 getBean 的全流程源碼解析
  • 久等了,小傅哥的《重學Java設計模式》終于出版了,彩印&紙質(zhì)!
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