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图解 Spring 循环依赖,写得太好了!

简介: 图解 Spring 循环依赖,写得太好了!
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前言


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:

image.png

甚至自己“循环”依赖自己:

image.png

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。

image.png

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<?> fieldClass = 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

image.png

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。

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