图解 Spring 循环依赖,写得太好了!

上一篇 / 下一篇  2021-06-25 10:06:08

  Spring如何解决的循环依赖,是近两年流行起来的一道Java面试题。
  其实笔者本人对这类框架源码题还是持一定的怀疑态度的。
  如果笔者作为面试官,可能会问一些诸如“如果注入的属性为null,你会从哪几个方向去排查”这些场景题。
  那么既然写了这篇文章,闲话少说,发车看看Spring是如何解决的循环依赖,以及带大家看清循环依赖的本质是什么。
  正文
  通常来说,如果问Spring内部如何解决循环依赖,一定是单默认的单例Bean中,属性互相引用的场景。比如几个Bean之间的互相引用:
  甚至自己“循环”依赖自己:
  先说明前提:原型(Prototype)的场景是不支持循环依赖的,通常会走到AbstractBeanFactory类中下面的判断,抛出异常。
  if (isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)) {  
    throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);  
  } 
  原因很好理解,创建新的A时,发现要注入原型字段B,又创建新的B发现要注入原型字段A...
  这就套娃了, 你猜是先StackOverflow还是OutOfMemory?
  Spring怕你不好猜,就先抛出了BeanCurrentlyInCreationException
  基于构造器的循环依赖,就更不用说了,官方文档都摊牌了,你想让构造器注入支持循环依赖,是不存在的,不如把代码改了。
  那么默认单例的属性注入场景,Spring是如何支持循环依赖的?
  Spring解决循环依赖
  首先,Spring内部维护了三个Map,也就是我们通常说的三级缓存。
  笔者翻阅Spring文档倒是没有找到三级缓存的概念,可能也是本土为了方便理解的词汇。
  在Spring的DefaultSingletonBeanRegistry类中,你会赫然发现类上方挂着这三个Map:
  · singletonObjects 它是我们最熟悉的朋友,俗称“单例池”“容器”,缓存创建完成单例Bean的地方。
  · singletonFactories 映射创建Bean的原始工厂
  · earlySingletonObjects 映射Bean的早期引用,也就是说在这个Map里的Bean不是完整的,甚至还不能称之为“Bean”,只是一个Instance.
  后两个Map其实是“垫脚石”级别的,只是创建Bean的时候,用来借助了一下,创建完成就清掉了。
  所以笔者前文对“三级缓存”这个词有些迷惑,可能是因为注释都是以Cache of开头吧。
  为什么成为后两个Map为垫脚石,假设最终放在singletonObjects的Bean是你想要的一杯“凉白开”。
  那么Spring准备了两个杯子,即singletonFactories和earlySingletonObjects来回“倒腾”几番,把热水晾成“凉白开”放到singletonObjects中。
  闲话不说,都浓缩在图里。
  上面的是一张GIF,如果你没看到可能还没加载出来。三秒一帧,不是你电脑卡。
  笔者画了17张图简化表述了Spring的主要步骤,GIF上方即是刚才提到的三级缓存,下方展示是主要的几个方法。
  当然了,这个地步你肯定要结合Spring源码来看,要不肯定看不懂。
  如果你只是想大概了解,或者面试,可以先记住笔者上文提到的“三级缓存”,以及下文即将要说的本质。
  循环依赖的本质
  上文了解完Spring如何处理循环依赖之后,让我们跳出“阅读源码”的思维,假设让你实现一个有以下特点的功能,你会怎么做?
   · 将指定的一些类实例为单例
   · 类中的字段也都实例为单例
   · 支持循环依赖
  举个例子,假设有类A:
  public class A {  
      private B b;  
  }  
  // 类B:  
  public class B {  
      private A a;  
  } 
  说白了让你模仿Spring:假装A和B是被@Component修饰, 并且类中的字段假装是@Autowired修饰的,处理完放到Map中。其实非常简单,笔者写了一份粗糙的代码,可供参考:
  /**  
      * 放置创建好的bean Map  
      */ 
      private static Map<String, Object> cacheMap = new HashMap<>(2);  
     public static void main(String[] args) {  
         // 假装扫描出来的对象  
         Class[] classes = {A.class, B.class};  
         // 假装项目初始化实例化所有bean  
         for (Class aClass : classes) {  
             getBean(aClass);  
         }  
         // check  
         System.out.println(getBean(B.class).getA() == getBean(A.class));  
         System.out.println(getBean(A.class).getB() == getBean(B.class));  
     }  
     @SneakyThrows  
     private static <T> T getBean(Class<T> beanClass) {  
         // 本文用类名小写 简单代替bean的命名规则  
         String beanName = beanClass.getSimpleName().toLowerCase();  
         // 如果已经是一个bean,则直接返回  
         if (cacheMap.containsKey(beanName)) {  
             return (T) cacheMap.get(beanName);         } 
   
         // 将对象本身实例化  
         Object object = beanClass.getDeclaredConstructor().newInstance();  
         // 放入缓存  
         cacheMap.put(beanName, object);  
         // 把所有字段当成需要注入的bean,创建并注入到当前bean中  
         Field[] fields = object.getClass().getDeclaredFields();  
         for (Field field : fields) {  
             field.setAccessible(true); 
             // 获取需要注入字段的class  
             Class<?> fieldfieldClass = field.getType();  
             String fieldBeanName = fieldClass.getSimpleName().toLowerCase();  
             // 如果需要注入的bean,已经在缓存Map中,那么把缓存Map中的值注入到该field即可  
             // 如果缓存没有 继续创建  
             field.set(object, cacheMap.containsKey(fieldBeanName)  
                     ? cacheMap.get(fieldBeanName) : getBean(fieldClass));  
         }  
         // 属性填充完成,返回  
         return (T) object;  
     } 
  这段代码的效果,其实就是处理了循环依赖,并且处理完成后,cacheMap中放的就是完整的“Bean”了。
  这就是“循环依赖”的本质,而不是“Spring如何解决循环依赖”。
  之所以要举这个例子,是发现一小部分盆友陷入了“阅读源码的泥潭”,而忘记了问题的本质。
  为了看源码而看源码,结果一直看不懂,却忘了本质是什么。如果真看不懂,不如先写出基础版本,逆推Spring为什么要这么实现,可能效果会更好。
  what?问题的本质居然是two sum!
  看完笔者刚才的代码有没有似曾相识?没错,和two sum的解题是类似的。不知道two sum是什么梗的,笔者和你介绍一下:two sum是刷题网站leetcode序号为1的题,也就是大多人的算法入门的第一题。常常被人调侃,有算法面的公司,被面试官钦定了,合的来。那就来一道two sum走走过场。问题内容是:给定一个数组,给定一个数字。返回数组中可以相加得到指定数字的两个索引。比如:给定nums = [2, 7, 11, 15], target = 9 那么要返回 [0, 1],因为2 + 7 = 9这道题的优解是,一次遍历+HashMap:
  class Solution {  
      public int[] twoSum(int[] nums, int target) {  
          Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();  
          for (int i = 0; i < nums.length; i++) { 
               int complement = target - nums[i];  
              if (map.containsKey(complement)) {  
                  return new int[] { map.get(complement), i };  
              }  
              map.put(nums[i], i);  
          } 
          throw new IllegalArgumentException("No two sum solution");  
      }  
  } 
  先去Map中找需要的数字,没有就将当前的数字保存在Map中,如果找到需要的数字,则一起返回。
  和笔者上面的代码是不是一样?
  先去缓存里找Bean,没有则实例化当前的Bean放到Map,如果有需要依赖当前Bean的,就能从Map取到。
  结尾
  如果你是上文笔者提到的“陷入阅读源码的泥潭”的读者,上文应该可以帮助到你。
  可能还有盆友有疑问,为什么一道“two-sum”,Spring处理的如此复杂?
  这个想想Spring支持多少功能就知道了,各种实例方式..各种注入方式..各种Bean的加载,校验..各种callback,aop处理等等..
  Spring可不只有依赖注入,同样Java也不仅是Spring。如果我们陷入了某个“牛角尖”,不妨跳出来看看,可能会更佳清晰哦。

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