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【源码+个人总结】Spring 的 三级缓存 解决 循环依赖

士弘毅 2024-06-11 12:00:02
简介【源码+个人总结】Spring 的 三级缓存 解决 循环依赖

Spring可以通过以下方法来避免循环依赖：

  1. 构造函数注入：使用构造函数注入来注入依赖项，这是一种比较安全的方式，因为在对象创建时就会注入依赖项，可以避免循环依赖。

  2. Setter方法注入：使用Setter方法注入依赖项，Spring会在对象创建后调用Setter方法来注入依赖项，这种方式也可以避免循环依赖。

  3. 使用@Lazy注解：使用@Lazy注解来延迟依赖项的注入，这样可以避免循环依赖。

  4. 使用@DependsOn注解：使用@DependsOn注解来指定bean创建的顺序，可以避免循环依赖。

  5. 使用 @Lookup 注解: 在这种情况下，Spring 容器会在每次调用 @Lookup 注解修饰的方法时，返回一个新的 bean 实例。这样，就可以确保两个 bean 之间没有直接的依赖关系。

  6. spring自带的三级缓存【使用代理】:  （默认）使用 AOP 代理来实现 bean 之间的依赖关系。在编译时就解决循环依赖问题。

三级缓存的作用是 Spring IoC 的难点，搞清楚它的原理和背后的原因非常有必要！

前言

spring bean 的 创建三步：
  1. 创建bean类的实例
  2. 注入属性
  3. bean对象的初始化

单例模式

        一般在单例模式中，会使用双重检查锁定（Double-Checked Locking）来保证线程安全。双重检查锁定是为了避免多个线程同时进入临界区，以及提高性能。具体来说：
  1. 第一个检查是为了保证只有少量线程能够进入临界区。这种方式可以减少锁的竞争，提高性能。
  2. 第二个检查是为了保证在多个线程中只有一个线程能够创建实例。
    这样可以避免(多个实例并行请求建立单例对象时，都卡在synchronized锁那里，当一个线程已经创建完实例后，)在实例已经存在的情况下，多个线程继续创建实例，从而浪费资源。
```
public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
```
        在上面的代码中，我们使用了双重检查锁定来确保只有一个实例被创建。首先，在第一个检查中，我们检查实例是否已经被创建。如果没有，我们进入同步块。在同步块中，我们再次检查实例是否已经被创建。如果没有，我们创建一个新的实例。由于我们使用了volatile关键字，这确保了在并发环境下的可见性和正确性。

源码

        spring中bean 的创建是由 AbstractBeanFactory#getBean() 触发的。

循环依赖过程分析

AbstractBeanFactory#getBean()  -->  AbstractBeanFactory#doGetBean()  --> DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton()
在触发 bean 的加载时，会先从缓存中获取 bean，也就是会调用 DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton() 方法。
        跟一下 AbstractBeanFactory#getBean(java.lang.String) 的源码，会发现它会调用 DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton()
：
源码一    DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton() 
从三级缓存中获取单例对象
        默认的单例bean注册器  DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton()  
~~~
// 参数allowEarlyReference：允许早期引用 【默认是true】：
protected Object getSingleton(String beanName,  boolean allowEarlyReference) {
    // 从一级缓存中 快速检查有没有 完全初始化的现有实例  
    Object singletonObject = this. singletonObjects.get(beanName);
    //  类似于单例模式的双锁校验。  一级缓存 中没有 beanName, 且 beanName 正在创建中
    if ( singletonObject  == null && this.isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
             synchronized (this. singletonObject) {
                  //现在 二级缓存中查
                  singletonObject = this. earlySingletonObjects.get(beanName);
                 // 判断 等于null才处理，避免多个竞争锁的线程都走一遍创建
                 //（加判定后，都去读二级缓存就可以了)，且允许早期引用时才继续
                  if ( singletonObject  == null  &&  allowEarlyReference) {
                        // 先去三级缓存中 查询 ，三级缓存有时才创建！
                        ObjectFactory<?> singletonFactory = this. singletonFactories.get(beanName);
                        if ( singletonFactory != null) {
                            // 获取引用对象存于三级缓存中， 再存入 earlySingletonObjects,并返回此对
                            //象。 对应三级缓存中删除相应工厂类
                            singletonObject = singletonFactory.getObject();
                            this. earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                            this. singletonFactories.remove(beanName);
                        }
                }
        }
    }
    return  singletonObject;
}
~~~
以上就是三级缓存的代码。其中：
  • singletonObjects ** 一级缓存： 
cache of singleton objects: bean name to bean instance. 
     用于存放已经完全初始化好的 bean
  • earlySingletonObjects ** 二级缓存：
 cache of early singleton objects: bean name to bean instance.  
用于存放 bean 的早期引用 （只实例化类，还没初始化的对象)( 已经创建，尚未完全初始化的单例对象）（循环依赖时才会存放并使用）
  • singletonFactories ** 三级缓存： 
cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory.   
     用于存放三级缓存 ObjectFactory 获取到的工厂对象（都会存放，循环依赖时才会使用）
     批注   
        与 单例模式 同理，在产生循环依赖的问题时， 在二级缓存查询前就外就开始加了 synchronized的重量级锁 锁住了 singletonObject 对象，
当在并发的情况下，其他要 创建 bean /类的实例化  的线程都得处于等待的过程。
当一个线程创建完后，其他线程 判断 等于null才处理，避免多个竞争锁的线程都走一遍创建（加判定后，都去读二级缓存就可以。
这样确保只有一个线程 去走第三缓存并创建bean！
        第三缓存，乍一看并没有什么特殊的意义，因为锁内的第二缓存已经线程安全的！可以用局部变量代替第三缓存（反正第三缓存用后即删了）。硬说与线程安全有和关联的话，可能是 和 三级缓存 singletonFactories 的注入/赋值有什么关联了，但此方法中并没有三级缓存的插入。三级缓存的插入在 同类下的方法中  DefaultSingletonBeanRegistry#addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory)进行插入的。说明得确保先有对应的工厂类才会去处理并创建bean实例对象。
        个人感觉 此处已经与 线程安全没有啥关系了，和spring的设计思路和思想有关吧~
        此方法中没有三级缓存 singletonFactories 的数据来源，即数值的插入！数据来源在 同类  DefaultSingletonBeanRegistry 下的方法中 addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) 
：
源码二    DefaultSingletonBeanRegistry#  addSingletonFactory ()
        现在开始找找 三级缓存 singletonFactories  的数据来源  ！！
/**
    如有必要 添加给定的单例工厂以构建指定的单例。 要求对单例进行急切注册，例如能够解析循环引用。
    参数singletonFactory 是 beanName和单例bean的工厂。
*/
这个类的调用在 AbstractAutowireCapableBeanFactory# doCreateBean()中
：
源码三   AbstractAutowireCapableBeanFactory #  doCreateBean ()
        在bean类的 实例化之前，就已经开始准备 bean提前引用的对象 了
 // 中间代码忽略。。。。。。。
在 AbstractAutowireCapableBeanFactory# doCreateBean() 中可见:
  1.  实例化bean类  createBeanInstance(beanName, mbd, args);
  2. 。。。。。。
  3. 第三级缓存的数值来源准备， 调用了方法： getEarlyBeanReference():  【源码四 见详情】
  4. populateBaen 装填属性
  5.  获取 单例对象 getSingleton （查 一二三级缓存）
  6. hasDependentBean(beanName)  查询是否有依赖的bean并处理
  7. 。。。。。
  8. 初始化 bean 实例/对象
源码四   AbstractAutowireCapableBeanFactory # getEarlyBeanReference ()
工厂类预先生成代理
getEarlyBeanReference方法，* 获取指定 bean 的早期引用，通常用于解析循环引用。
/**
* Obtain a reference for early access to the specified bean, typically for the purpose of resolving a circular reference.
   获取引用以便提前访问指定的 Bean，通常用于解析循环引用。
* @param beanName – Bean 的名称（用于错误处理目的）。 the name of the bean (for error handling purposes)
* @param mbd – Bean 的合并 Bean 定义 . the merged bean definition for the bean
* @param bean - – 原始 Bean 实例 。 the raw bean instance
* return ：要公开为 Bean 引用的对象。 the object to expose as bean reference
*/
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;
                exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
             }
          }
       }
       return exposedObject;
}
这个工厂的作用就是判断这个对象是否需要代理，如果否 直接返回，如果需要 则创建代理对象 并返回。

这里还有个知识点：

                                        Spring AOP : 自动代理创建机制 (APC)
        一个APC其实是一个SmartInstantiationAwareBean PostProcessor ,  它会介入每个bean的 类实例化 和 对象的初始 化 ，检测bean的特征。如果该bean符合某些特征，比如有拦截器需要应用到该bean，那么该APC就会为它自动创建一个代理对象，使用相应的拦截器包裹住该bean。

循环依赖 流程图

        在有循环依赖的情况下：（A --> B --> A 的场景）

        A 第一次加载时，会将 A 对应的 ObjectFactory 放到三级缓存中；

        当 B 创建完实例后，进行 populateBean 填充依赖时，会通过 getBean(A) 来获取 bean A，这时会使用 A 对应的三级缓存 ObjectFactory 来获取 bean A 的早期引用。

总结

问题 ： spring为什么要用三级缓存？二级缓存不能实现么 ？ 
上述： 一级缓存 存 已经完全初始化的bean单例的对象，
           二级缓存 存 类已实例化还初始化的不完全对象，
           三级缓存 存的是创建类实例的工厂类对象（这一级缓存的时间还早于装填属性，在检测到循环依赖之前。）
        在二级缓存没有时，再去获取这个工厂类对象，并将结果存于二级缓存也是可行的！但是：
        正常的代理的对象初始化后期调用生成的，是基于后置处理器PostProcessor的，若提早的代理就违背了Bean定义的生命周期。所以spring在一个三级缓存放置一个工厂，如果产生循环依赖 ，那么就会调用这个工厂提早的得到代理的对象。
       
风语者！平时喜欢研究各种技术，目前在从事后端开发工作，热爱生活、热爱工作。

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