源碼深度解析，Spring 如何解決循環(huán)依賴(lài)？
大家好，我是樓仔！
之前有粉絲問(wèn)我 “樓哥，你的文章怎么沒(méi)有研究源碼方面的呢？我對(duì)這塊還挺感興趣的”。
其實(shí)我不太喜歡研究源碼，熱衷理論和實(shí)操，不過(guò)后來(lái)想了想，我已經(jīng)寫(xiě)了很多系列文章，也可以出一個(gè)源碼系列，滿(mǎn)足不同粉絲的要求，那就拿 Spring 開(kāi)刀吧。
Spring 如何解決循環(huán)依賴(lài)，網(wǎng)上的資料很多，但是感覺(jué)寫(xiě)得好的極少，特別是源碼解讀方面，我就自己?jiǎn)为?dú)出一篇，這篇文章絕對(duì)肝！
不 BB，上文章目錄。
1. 基礎(chǔ)知識(shí)
1.1 什么是循環(huán)依賴(lài) ？
一個(gè)或多個(gè)對(duì)象之間存在直接或間接的依賴(lài)關(guān)系，這種依賴(lài)關(guān)系構(gòu)成一個(gè)環(huán)形調(diào)用，有下面 3 種方式。
我們看一個(gè)簡(jiǎn)單的 Demo，對(duì)標(biāo)“情況 2”。
@Service
public class Louzai1 {
@Autowired
private Louzai2 louzai2;
public void test1() {
}
}
@Service
public class Louzai2 {
@Autowired
private Louzai1 louzai1;
public void test2() {
}
}
這是一個(gè)經(jīng)典的循環(huán)依賴(lài)，它能正常運(yùn)行，后面我們會(huì)通過(guò)源碼的角度，解讀整體的執(zhí)行流程。
1.2 三級(jí)緩存
解讀源碼流程之前，spring 內(nèi)部的三級(jí)緩存邏輯必須了解，要不然后面看代碼會(huì)蒙圈。
- 第一級(jí)緩存：singletonObjects，用于保存實(shí)例化、注入、初始化完成的 bean 實(shí)例；
- 第二級(jí)緩存：earlySingletonObjects，用于保存實(shí)例化完成的 bean 實(shí)例；
- 第三級(jí)緩存：singletonFactories，用于保存 bean 創(chuàng)建工廠(chǎng)，以便后面有機(jī)會(huì)創(chuàng)建代理對(duì)象。
這是最核心，我們直接上源碼：
執(zhí)行邏輯：
- 先從“第一級(jí)緩存”找對(duì)象，有就返回，沒(méi)有就找“二級(jí)緩存”；
- 找“二級(jí)緩存”，有就返回，沒(méi)有就找“三級(jí)緩存”；
- 找“三級(jí)緩存”，找到了，就獲取對(duì)象，放到“二級(jí)緩存”，從“三級(jí)緩存”移除。
1.3 原理執(zhí)行流程
我把“情況 2”執(zhí)行的流程分解為下面 3 步，是不是和“套娃”很像 ？
整個(gè)執(zhí)行邏輯如下：
- 在第一層中，先去獲取 A 的 Bean，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有就準(zhǔn)備去創(chuàng)建一個(gè)，然后將 A 的代理工廠(chǎng)放入“三級(jí)緩存”（這個(gè) A 其實(shí)是一個(gè)半成品，還沒(méi)有對(duì)里面的屬性進(jìn)行注入），但是 A 依賴(lài) B 的創(chuàng)建，就必須先去創(chuàng)建 B；
- 在第二層中，準(zhǔn)備創(chuàng)建 B，發(fā)現(xiàn) B 又依賴(lài) A，需要先去創(chuàng)建 A；
- 在第三層中，去創(chuàng)建 A，因?yàn)榈谝粚右呀?jīng)創(chuàng)建了 A 的代理工廠(chǎng)，直接從“三級(jí)緩存”中拿到 A 的代理工廠(chǎng)，獲取 A 的代理對(duì)象，放入“二級(jí)緩存”，并清除“三級(jí)緩存”；
- 回到第二層，現(xiàn)在有了 A 的代理對(duì)象，對(duì) A 的依賴(lài)完美解決（這里的 A 仍然是個(gè)半成品），B 初始化成功；
- 回到第一層，現(xiàn)在 B 初始化成功，完成 A 對(duì)象的屬性注入，然后再填充 A 的其它屬性，以及 A 的其它步驟（包括 AOP），完成對(duì) A 完整的初始化功能（這里的 A 才是完整的 Bean）。
- 將 A 放入“一級(jí)緩存”。
為什么要用 3 級(jí)緩存 ？我們先看源碼執(zhí)行流程，后面我會(huì)給出答案。
2. 源碼解讀
注意：Spring 的版本是 5.2.15.RELEASE，否則和我的代碼不一樣！！！
上面的知識(shí)，網(wǎng)上其實(shí)都有，下面才是我們的重頭戲，讓你跟著樓仔，走一遍代碼流程。
2.1 代碼入口
這里需要多跑幾次，把前面的 beanName 跳過(guò)去，只看 louzai1。
2.2 第一層
進(jìn)入 doGetBean()，從 getSingleton() 沒(méi)有找到對(duì)象，進(jìn)入創(chuàng)建 Bean 的邏輯。
進(jìn)入 doCreateBean() 后，調(diào)用 addSingletonFactory()。
往三級(jí)緩存 singletonFactories 塞入 louzai1 的工廠(chǎng)對(duì)象。
進(jìn)入到 populateBean()，執(zhí)行 postProcessProperties()，這里是一個(gè)策略模式，找到下圖的策略對(duì)象。
正式進(jìn)入該策略對(duì)應(yīng)的方法。
下面都是為了獲取 louzai1 的成員對(duì)象，然后進(jìn)行注入。
進(jìn)入 doResolveDependency()，找到 louzai1 依賴(lài)的對(duì)象名 louzai2
需要獲取 louzai2 的 bean，是 AbstractBeanFactory 的方法。
正式獲取 louzai2 的 bean。
到這里，第一層套娃基本結(jié)束，因?yàn)?louzai1 依賴(lài) louzai2，下面我們進(jìn)入第二層套娃。
2.3 第二層
獲取 louzai2 的 bean，從 doGetBean()，到 doResolveDependency()，和第一層的邏輯完全一樣，找到 louzai2 依賴(lài)的對(duì)象名 louzai1。
前面的流程全部省略，直接到 doResolveDependency()。
正式獲取 louzai1 的 bean。
到這里，第二層套娃結(jié)束，因?yàn)?louzai2 依賴(lài) louzai1，所以我們進(jìn)入第三層套娃。
2.4 第三層
獲取 louzai1 的 bean，在第一層和第二層中，我們每次都會(huì)從 getSingleton() 獲取對(duì)象，但是由于之前沒(méi)有初始化 louzai1 和 louzai2 的三級(jí)緩存，所以獲取對(duì)象為空。
敲重點(diǎn)！敲重點(diǎn)！！敲重點(diǎn)！！！
到了第三層，由于第三級(jí)緩存有 louzai1 數(shù)據(jù)，這里使用三級(jí)緩存中的工廠(chǎng)，為 louzai1 創(chuàng)建一個(gè)代理對(duì)象，塞入二級(jí)緩存。
這里就拿到了 louzai1 的代理對(duì)象，解決了 louzai2 的依賴(lài)關(guān)系，返回到第二層。
2.5 返回第二層
返回第二層后，louzai2 初始化結(jié)束，這里就結(jié)束了么？二級(jí)緩存的數(shù)據(jù)，啥時(shí)候會(huì)給到一級(jí)呢？
甭著急，看這里，還記得在 doGetBean() 中，我們會(huì)通過(guò) createBean() 創(chuàng)建一個(gè) louzai2 的 bean，當(dāng) louzai2 的 bean 創(chuàng)建成功后，我們會(huì)執(zhí)行 getSingleton()，它會(huì)對(duì) louzai2 的結(jié)果進(jìn)行處理。
我們進(jìn)入 getSingleton()，會(huì)看到下面這個(gè)方法。
這里就是處理 louzai2 的 一、二級(jí)緩存的邏輯，將二級(jí)緩存清除，放入一級(jí)緩存。
2.6 返回第一層
同 2.5，louzai1 初始化完畢后，會(huì)把 louzai1 的二級(jí)緩存清除，將對(duì)象放入一級(jí)緩存。
到這里，所有的流程結(jié)束，我們返回 louzai1 對(duì)象。
3. 原理深度解讀
3.1 什么要有 3 級(jí)緩存 ？
這是一道非常經(jīng)典的面試題，前面已經(jīng)告訴大家詳細(xì)的執(zhí)行流程，包括源碼解讀，但是沒(méi)有告訴大家為什么要用 3 級(jí)緩存？
這里是重點(diǎn)！敲黑板！！！
我們先說(shuō)“一級(jí)緩存”的作用，變量命名為 singletonObjects，結(jié)構(gòu)是 Map<String, Object>，它就是一個(gè)單例池，將初始化好的對(duì)象放到里面，給其它線(xiàn)程使用，如果沒(méi)有第一級(jí)緩存，程序不能保證 Spring 的單例屬性。
“二級(jí)緩存”先放放，我們直接看“三級(jí)緩存”的作用，變量命名為 singletonFactories，結(jié)構(gòu)是 Map<String, ObjectFactory<?>>，Map 的 Value 是一個(gè)對(duì)象的代理工廠(chǎng)，所以“三級(jí)緩存”的作用，其實(shí)就是用來(lái)存放對(duì)象的代理工廠(chǎng)。
那這個(gè)對(duì)象的代理工廠(chǎng)有什么作用呢，我先給出答案，它的主要作用是存放半成品的單例 Bean，目的是為了“打破循環(huán)”，可能大家還是不太懂，這里我再稍微解釋一下。
我們回到文章開(kāi)頭的例子，創(chuàng)建 A 對(duì)象時(shí)，會(huì)把實(shí)例化的 A 對(duì)象存入“三級(jí)緩存”，這個(gè) A 其實(shí)是個(gè)半成品，因?yàn)闆](méi)有完成 A 的依賴(lài)屬性 B 的注入，所以后面當(dāng)初始化 B 時(shí)，B 又要去找 A，這時(shí)就需要從“三級(jí)緩存”中拿到這個(gè)半成品的 A（這里描述，其實(shí)也不完全準(zhǔn)確，因?yàn)椴皇侵苯幽茫瑸榱俗尨蠹液美斫猓揖拖冗@樣描述），打破循環(huán)。
那我再問(wèn)一個(gè)問(wèn)題，為什么“三級(jí)緩存”不直接存半成品的 A，而是要存一個(gè)代理工廠(chǎng)呢 ？答案是因?yàn)?AOP。
在解釋這個(gè)問(wèn)題前，我們看一下這個(gè)代理工廠(chǎng)的源碼，讓大家有一個(gè)更清晰的認(rèn)識(shí)。
直接找到創(chuàng)建 A 對(duì)象時(shí)，把實(shí)例化的 A 對(duì)象存入“三級(jí)緩存”的代碼，直接用前面的兩幅截圖。
下面我們主要看這個(gè)對(duì)象工廠(chǎng)是如何得到的，進(jìn)入 getEarlyBeanReference() 方法。
最后一幅圖太重要了，我們知道這個(gè)對(duì)象工廠(chǎng)的作用：
- 如果 A 有 AOP，就創(chuàng)建一個(gè)代理對(duì)象；
- 如果 A 沒(méi)有 AOP，就返回原對(duì)象。
那“二級(jí)緩存”的作用就清楚了，就是用來(lái)存放對(duì)象工廠(chǎng)生成的對(duì)象，這個(gè)對(duì)象可能是原對(duì)象，也可能是個(gè)代理對(duì)象。
我再問(wèn)一個(gè)問(wèn)題，為什么要這樣設(shè)計(jì)呢？把二級(jí)緩存干掉不行么 ？我們繼續(xù)往下看。
3.2 能干掉第 2 級(jí)緩存么 ？
@Service
public class A {
@Autowired
private B b;
@Autowired
private C c;
public void test1() {
}
}
@Service
public class B {
@Autowired
private A a;
public void test2() {
}
}
@Service
public class C {
@Autowired
private A a;
public void test3() {
}
}
根據(jù)上面的套娃邏輯，A 需要找 B 和 C，但是 B 需要找 A，C 也需要找 A。
假如 A 需要進(jìn)行 AOP，因?yàn)榇韺?duì)象每次都是生成不同的對(duì)象，如果干掉第二級(jí)緩存，只有第一、三級(jí)緩存：
- B 找到 A 時(shí)，直接通過(guò)三級(jí)緩存的工廠(chǎng)的代理對(duì)象，生成對(duì)象 A1。
- C 找到 A 時(shí)，直接通過(guò)三級(jí)緩存的工廠(chǎng)的代理對(duì)象，生成對(duì)象 A2。
看到問(wèn)題沒(méi)？你通過(guò) A 的工廠(chǎng)的代理對(duì)象，生成了兩個(gè)不同的對(duì)象 A1 和 A2，所以為了避免這種問(wèn)題的出現(xiàn)，我們搞個(gè)二級(jí)緩存，把 A1 存下來(lái)，下次再獲取時(shí)，直接從二級(jí)緩存獲取，無(wú)需再生成新的代理對(duì)象。
所以“二級(jí)緩存”的目的是為了避免因?yàn)?AOP 創(chuàng)建多個(gè)對(duì)象，其中存儲(chǔ)的是半成品的 AOP 的單例 bean。
如果沒(méi)有 AOP 的話(huà)，我們其實(shí)只要 1、3 級(jí)緩存，就可以滿(mǎn)足要求。
4. 寫(xiě)在最后
我們?cè)倩仡櫼幌?3 級(jí)緩存的作用：
- 一級(jí)緩存：為“Spring 的單例屬性”而生，就是個(gè)單例池，用來(lái)存放已經(jīng)初始化完成的單例 Bean；
- 二級(jí)緩存：為“解決 AOP”而生，存放的是半成品的 AOP 的單例 Bean；
- 三級(jí)緩存：為“打破循環(huán)”而生，存放的是生成半成品單例 Bean 的工廠(chǎng)方法。
如果你能理解上面我說(shuō)的三條，恭喜你，你對(duì) Spring 的循環(huán)依賴(lài)?yán)斫獾梅浅Ｍ笍兀?/p>
關(guān)于循環(huán)依賴(lài)的知識(shí)，其實(shí)還有，因?yàn)槠颍揖筒辉賹?xiě)了，這篇文章的重點(diǎn)，一方面是告訴大家循環(huán)依賴(lài)的核心原理，另一方面是讓大家自己去 debug 代碼，跑跑流程，挺有意思的。
可能有同學(xué)會(huì)問(wèn) “樓哥，你之前是不是經(jīng)常看源碼，然后這個(gè)流程，你是不是 debug 了很久？”
我之前其實(shí)沒(méi)怎么看過(guò)開(kāi)源代碼，這個(gè)流程，前期理論知識(shí)看了 2.5 個(gè)小時(shí)，然后 debug 4.5 小時(shí)，就基本全部走通了，最難的地方，就是三層套娃，稍微有些繞。
這里也簡(jiǎn)單說(shuō)一下我看源碼的心得：
- 需要掌握基本的設(shè)計(jì)模式；
- 看源碼前，最好能找一些理論知識(shí)先看看；
- 學(xué)會(huì)讀英文注釋?zhuān)粫?huì)的話(huà)就百度翻譯；
- debug 時(shí)，要克制自己，不要陷入無(wú)用的細(xì)節(jié)，這個(gè)最重要。
其中最難的是第 4 步，因?yàn)楹芏嗤瑢W(xué)看 Spring 源碼，每看一個(gè)方法，就想多研究研究，這樣很容易被繞進(jìn)去了，這個(gè)要學(xué)會(huì)克制，有大局觀(guān)，并能分辨哪里是核心邏輯，至于如何分辨，可以在網(wǎng)上先找些資料，如果沒(méi)有的話(huà)，就只能多看代碼了。
