聊聊Spring循环依赖三级缓存是否可以减少为二级缓存的情况

2023-07-05 01:26:03 170

基于Spring-5.1.5.RELEASE

问题

都知道Spring通过三级缓存来解决循环依赖的问题。但是是不是必须三级缓存才能解决，二级缓存不能解决吗？

要分析是不是可以去掉其中一级缓存，就先过一遍Spring是如何通过三级缓存来解决循环依赖的。

循环依赖

所谓的循环依赖，就是两个或则两个以上的bean互相依赖对方，最终形成闭环。比如“A对象依赖B对象，而B对象也依赖A对象”，或者“A对象依赖B对象，B对象依赖C对象，C对象依赖A对象”；类似以下代码：

publicclassA{
privateBb;
}

publicclassB{
privateAa;
}

常规情况下，会出现以下情况：

通过构建函数创建A对象（A对象是半成品，还没注入属性和调用init方法）。

A对象需要注入B对象，发现对象池（缓存）里还没有B对象（对象在创建并且注入属性和初始化完成之后，会放入对象缓存里）。

通过构建函数创建B对象（B对象是半成品，还没注入属性和调用init方法）。

B对象需要注入A对象，发现对象池里还没有A对象。

创建A对象，循环以上步骤。

三级缓存

Spring解决循环依赖的核心思想在于提前曝光：

通过构建函数创建A对象（A对象是半成品，还没注入属性和调用init方法）。

A对象需要注入B对象，发现缓存里还没有B对象，将半成品对象A放入半成品缓存。

通过构建函数创建B对象（B对象是半成品，还没注入属性和调用init方法）。

B对象需要注入A对象，从半成品缓存里取到半成品对象A。

B对象继续注入其他属性和初始化，之后将完成品B对象放入完成品缓存。

A对象继续注入属性，从完成品缓存中取到完成品B对象并注入。

A对象继续注入其他属性和初始化，之后将完成品A对象放入完成品缓存。

其中缓存有三级：

/**Cacheofsingletonobjects:beannametobeaninstance.*/
privatefinalMapsingletonObjects=newConcurrentHashMap<>(256);

/**Cacheofearlysingletonobjects:beannametobeaninstance.*/
privatefinalMapearlySingletonObjects=newHashMap<>(16);

/**Cacheofsingletonfactories:beannametoObjectFactory.*/
privatefinalMap>singletonFactories=newHashMap<>(16);

缓存	说明
singletonObjects	第一级缓存，存放可用的成品Bean。
earlySingletonObjects	第二级缓存，存放半成品的Bean，半成品的Bean是已创建对象，但是未注入属性和初始化。用以解决循环依赖。
singletonFactories	第三级缓存，存的是Bean工厂对象，用来生成半成品的Bean并放入到二级缓存中。用以解决循环依赖。

要了解原理，最好的方法就是阅读源码，从创建Bean的方法AbstractAutowireCapableBeanFactor.doCreateBean入手。

1.在构造Bean对象之后，将对象提前曝光到缓存中，这时候曝光的对象仅仅是构造完成，还没注入属性和初始化。

publicabstractclassAbstractAutowireCapableBeanFactoryextendsAbstractBeanFactory
implementsAutowireCapableBeanFactory{
protectedObjectdoCreateBean(finalStringbeanName,finalRootBeanDefinitionmbd,final@NullableObject[]args)
throwsBeanCreationException{
……
//是否提前曝光
booleanearlySingletonExposure=(mbd.isSingleton()&&this.allowCircularReferences&&
isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if(earlySingletonExposure){
if(logger.isTraceEnabled()){
logger.trace("Eagerlycachingbean'"+beanName+
"'toallowforresolvingpotentialcircularreferences");
}
addSingletonFactory(beanName,()->getEarlyBeanReference(beanName,mbd,bean));
}
……
}
}

2.提前曝光的对象被放入Map>singletonFactories缓存中，这里并不是直接将Bean放入缓存，而是包装成ObjectFactory对象再放入。

publicclassDefaultSingletonBeanRegistryextendsSimpleAliasRegistryimplementsSingletonBeanRegistry{
protectedvoidaddSingletonFactory(StringbeanName,ObjectFactorysingletonFactory){
Assert.notNull(singletonFactory,"Singletonfactorymustnotbenull");
synchronized(this.singletonObjects){
//一级缓存
if(!this.singletonObjects.containsKey(beanName)){
//三级缓存
this.singletonFactories.put(beanName,singletonFactory);
//二级缓存
this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
this.registeredSingletons.add(beanName);
}
}
}
}
publicinterfaceObjectFactory{
TgetObject()throwsBeansException;
}

3.为什么要包装一层ObjectFactory对象？

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：

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。

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。

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MapearlySingletonObjects。

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

publicabstractclassAbstractAutowireCapableBeanFactoryextendsAbstractBeanFactory
implementsAutowireCapableBeanFactory{

protectedObjectgetEarlyBeanReference(StringbeanName,RootBeanDefinitionmbd,Objectbean){
ObjectexposedObject=bean;
if(!mbd.isSynthetic()&&hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()){
for(BeanPostProcessorbp:getBeanPostProcessors()){
if(bpinstanceofSmartInstantiationAwareBeanPostProcessor){
SmartInstantiationAwareBeanPostProcessoribp=(SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor)bp;
exposedObject=ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject,beanName);
}
}
}
returnexposedObject;
}
}

为了防止对象在后面的初始化（init）时重复代理，在创建代理时，earlyProxyReferences缓存会记录已代理的对象。

publicabstractclassAbstractAutoProxyCreatorextendsProxyProcessorSupport
implementsSmartInstantiationAwareBeanPostProcessor,BeanFactoryAware{
privatefinalMapearlyProxyReferences=newConcurrentHashMap<>(16);

@Override
publicObjectgetEarlyBeanReference(Objectbean,StringbeanName){
ObjectcacheKey=getCacheKey(bean.getClass(),beanName);
this.earlyProxyReferences.put(cacheKey,bean);
returnwrapIfNecessary(bean,beanName,cacheKey);
}
}

4.注入属性和初始化

提前曝光之后：

通过populateBean方法注入属性，在注入其他Bean对象时，会先去缓存里取，如果缓存没有，就创建该对象并注入。

通过initializeBean方法初始化对象，包含创建代理。

publicabstractclassAbstractAutowireCapableBeanFactoryextendsAbstractBeanFactory
implementsAutowireCapableBeanFactory{
protectedObjectdoCreateBean(finalStringbeanName,finalRootBeanDefinitionmbd,final@NullableObject[]args)
throwsBeanCreationException{
……
//Initializethebeaninstance.
ObjectexposedObject=bean;
try{
populateBean(beanName,mbd,instanceWrapper);
exposedObject=initializeBean(beanName,exposedObject,mbd);
}
catch(Throwableex){
if(exinstanceofBeanCreationException&&beanName.equals(((BeanCreationException)ex).getBeanName())){
throw(BeanCreationException)ex;
}
else{
thrownewBeanCreationException(
mbd.getResourceDescription(),beanName,"Initializationofbeanfailed",ex);
}
}
……
}
}
//获取要注入的对象
publicclassDefaultSingletonBeanRegistryextendsSimpleAliasRegistryimplementsSingletonBeanRegistry{
protectedObjectgetSingleton(StringbeanName,booleanallowEarlyReference){
//一级缓存
ObjectsingletonObject=this.singletonObjects.get(beanName);
if(singletonObject==null&&isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)){
synchronized(this.singletonObjects){
//二级缓存
singletonObject=this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if(singletonObject==null&&allowEarlyReference){
//三级缓存
ObjectFactorysingletonFactory=this.singletonFactories.get(beanName);
if(singletonFactory!=null){
singletonObject=singletonFactory.getObject();
this.earlySingletonObjects.put(beanName,singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
returnsingletonObject;
}
}

5.放入已完成创建的单例缓存

在经历了以下步骤之后，最终通过addSingleton方法将最终生成的可用的Bean放入到单例缓存里。

AbstractBeanFactory.doGetBean->
DefaultSingletonBeanRegistry.getSingleton->
AbstractAutowireCapableBeanFactory.createBean->
AbstractAutowireCapableBeanFactory.doCreateBean->
DefaultSingletonBeanRegistry.addSingleton
publicclassDefaultSingletonBeanRegistryextendsSimpleAliasRegistryimplementsSingletonBeanRegistry{

/**Cacheofsingletonobjects:beannametobeaninstance.*/
privatefinalMapsingletonObjects=newConcurrentHashMap<>(256);

/**Cacheofsingletonfactories:beannametoObjectFactory.*/
privatefinalMap>singletonFactories=newHashMap<>(16);

/**Cacheofearlysingletonobjects:beannametobeaninstance.*/
privatefinalMapearlySingletonObjects=newHashMap<>(16);

protectedvoidaddSingleton(StringbeanName,ObjectsingletonObject){
synchronized(this.singletonObjects){
this.singletonObjects.put(beanName,singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);
this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
this.registeredSingletons.add(beanName);
}
}
}

二级缓存

上面第三步《为什么要包装一层ObjectFactory对象？》里讲到有两种选择：

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。

Sping选择了第二种，如果是第一种，就会有以下不同的处理逻辑：

在提前曝光半成品时，直接执行getEarlyBeanReference创建到代理，并放入到缓存earlySingletonObjects中。

有了上一步，那就不需要通过ObjectFactory来延迟执行getEarlyBeanReference，也就不需要singletonFactories这一级缓存。

这种处理方式可行吗？

这里做个试验，对AbstractAutowireCapableBeanFactory做个小改造，在放入三级缓存之后立刻取出并放入二级缓存，这样三级缓存的作用就完全被忽略掉，就相当于只有二级缓存。

publicabstractclassAbstractAutowireCapableBeanFactoryextendsAbstractBeanFactory
implementsAutowireCapableBeanFactory{
protectedObjectdoCreateBean(finalStringbeanName,finalRootBeanDefinitionmbd,final@NullableObject[]args)
throwsBeanCreationException{
……
//是否提前曝光
booleanearlySingletonExposure=(mbd.isSingleton()&&this.allowCircularReferences&&
isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if(earlySingletonExposure){
if(logger.isTraceEnabled()){
logger.trace("Eagerlycachingbean'"+beanName+
"'toallowforresolvingpotentialcircularreferences");
}
addSingletonFactory(beanName,()->getEarlyBeanReference(beanName,mbd,bean));
//立刻从三级缓存取出放入二级缓存
getSingleton(beanName,true);
}
……
}
}

测试结果是可以的，并且从源码上分析可以得出两种方式性能是一样的，并不会影响到Sping启动速度。那为什么Sping不选择二级缓存方式，而是要额外加一层缓存？

如果要使用二级缓存解决循环依赖，意味着Bean在构造完后就创建代理对象，这样违背了Spring设计原则。

Spring结合AOP跟Bean的生命周期，是在Bean创建完全之后通过AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator这个后置处理器来完成的，在这个后置处理的postProcessAfterInitialization方法中对初始化后的Bean完成AOP代理。

如果出现了循环依赖，那没有办法，只有给Bean先创建代理，但是没有出现循环依赖的情况下，设计之初就是让Bean在生命周期的最后一步完成代理而不是在实例化后就立马完成代理。

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持毛票票。如有错误或未考虑完全的地方，望不吝赐教。

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