java面試題：你知道什麼是循環依賴麼？ Spring是如何解決循環依賴的？

首先向大家介紹下什麼是循環依賴。

（學習影片分享：java影片教學）

所謂迴圈依賴就是A依賴B，同時B又依賴A，兩者之間的依賴關係形成了一個圓環，一般是由於不正確的編碼所導致。 Spring只能解決屬性循環依賴問題，不能解決建構函數循環依賴問題，因為這個問題無解。

接下來我們先寫一個Demo來示範Spring是如何處理屬性循環依賴問題的。

Talk is cheap. Show me the code

#第一步：定義一個類別ComponentA，其有一個私有屬性componentB。

package com.tech.ioc;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;

/**
 * @author 君战
 * **/
@Component
public class ComponentA {

	@Autowired
	private ComponentB componentB;

	public void say(){
		componentB.say();
	}

}

第二步：定義一個類別ComponentB，其依賴ComponentA。並定義一個say方法便於列印資料。

package com.tech.ioc;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;
/**
 * @author 君战
 * **/
@Component
public class ComponentB {

	@Autowired
	private ComponentA componentA;

	public void say(){
		System.out.println("componentA field " + componentA);
		System.out.println(this.getClass().getName() + " -----> say()");
	}

}

第三步：重點，寫一個類別-SimpleContainer，模仿Spring底層處理循環依賴。如果理解這個程式碼，再去看Spring處理循環依賴的邏輯就會很簡單。

package com.tech.ioc;

import java.beans.Introspector;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * 演示Spring中循环依赖是如何处理的，只是个简版，真实的Spring依赖处理远比这个复杂。
 * 但大体思路都相同。另外这个Demo很多情况都未考虑，例如线程安全问题，仅供参考。
 * @author 君战
 *
 * **/
public class SimpleContainer {

	/***
	 * 用于存放完全初始化好的Bean，Bean处于就绪状态
	 * 这个Map定义和Spring中一级缓存命名一致
	 * */
	private Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>();

	/***
	 * 用于存放刚创建出来的Bean，其属性还没有处理，因此存放在该缓存中的Bean还不可用。
	 * 这个Map定义和Spring中三级缓存命名一致
	 * */
	private final Map<String, Object> singletonFactories = new HashMap<>(16);


	public static void main(String[] args) {
		SimpleContainer container = new SimpleContainer();
		ComponentA componentA = container.getBean(ComponentA.class);
		componentA.say();
	}

	public <T> T getBean(Class<T> beanClass) {
		String beanName = this.getBeanName(beanClass);
		// 首先根据beanName从缓存中获取Bean实例
		Object bean = this.getSingleton(beanName);
		if (bean == null) {
			// 如果未获取到Bean实例，则创建Bean实例
			return createBean(beanClass, beanName);
		}
		return (T) bean;
	}
	/***
	 * 从一级缓存和二级缓存中根据beanName来获取Bean实例，可能为空
	 * */
	private Object getSingleton(String beanName) {
		// 首先尝试从一级缓存中获取
		Object instance = singletonObjects.get(beanName);
		if (instance == null) { // Spring 之所以能解决循环依赖问题，也是靠着这个三级缓存--singletonFactories
			instance = singletonFactories.get(beanName);
		}
		return instance;
	}

	/***
	 * 创建指定Class的实例，返回完全状态的Bean(属性可用)
	 *
	 * */
	private <T> T createBean(Class<T> beanClass, String beanName) {
		try {
			Constructor<T> constructor = beanClass.getDeclaredConstructor();
			T instance = constructor.newInstance();
			// 先将刚创建好的实例存放到三级缓存中，如果没有这一步，Spring 也无法解决三级缓存
			singletonFactories.put(beanName, instance);
			Field[] fields = beanClass.getDeclaredFields();
			for (Field field : fields) {
				Class<?> fieldType = field.getType();
				field.setAccessible(true); 
				// 精髓是这里又调用了getBean方法，例如正在处理ComponentA.componentB属性，
				// 执行到这里时就会去实例化ComponentB。因为在getBean方法首先去查缓存，
				// 而一级缓存和三级缓存中没有ComponentB实例数据，所以又会调用到当前方法，
				// 而在处理ComponentB.componentA属性时，又去调用getBean方法去缓存中查找，
				// 因为在前面我们将ComponentA实例放入到了三级缓存，因此可以找到。
				// 所以ComponentB的实例化结束，方法出栈，返回到实例化ComponentA的方法栈中，
				// 这时ComponentB已经初始化完成，因此ComponentA.componentB属性赋值成功！
				field.set(instance, this.getBean(fieldType));
			}
			// 最后再将初始化好的Bean设置到一级缓存中。
			singletonObjects.put(beanName, instance);
			return instance;
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
		throw new IllegalArgumentException();
	}

	/**
	 * 将类名小写作为beanName，Spring底层实现和这个差不多，也是使用javaBeans的
	 * {@linkplain Introspector#decapitalize(String)}
	 **/
	private String getBeanName(Class<?> clazz) {
		String clazzName = clazz.getName();
		int index = clazzName.lastIndexOf(".");
		String className = clazzName.substring(index);
		return Introspector.decapitalize(className);
	}
}

如果各位同學已經閱讀並理解上面的程式碼，那麼接下來我們就進行真實的Spring處理循環依賴問題源碼分析，相信再閱讀起來就會很容易。

底層原始碼分析

分析從AbstractBeanFactory的doGetBean方法著手。可以看到在該方法先呼叫transformedBeanName(其實就是處理BeanName問題)，和我們自己寫的getBeanName方法作用是一樣的，但Spring考慮的遠比這個複雜，因為有FactoryBean、別名問題。

// AbstractBeanFactory#doGetBean
protected <T> T doGetBean(
			String name, @Nullable Class<T> requiredType, @Nullable Object[] args, boolean typeCheckOnly)
			throws BeansException {

		String beanName = transformedBeanName(name);
		Object bean;

		// ！！！重点是这里，首先从缓存中beanName来获取对应的Bean。
		Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
		if (sharedInstance != null && args == null) {
			// 执行到这里说明缓存中存在指定beanName的Bean实例，getObjectForBeanInstance是用来处理获取到的Bean是FactoryBean问题
			bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);
		else {
			try {
				// 删除与本次分析无关代码....
				// 如果是单例Bean，则通过调用createBean方法进行创建
				if (mbd.isSingleton()) {
					sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
						try {
							return createBean(beanName, mbd, args);
						} catch (BeansException ex) {
							destroySingleton(beanName);
							throw ex;
						}
					});
				
				}	
			catch (BeansException ex) {
				cleanupAfterBeanCreationFailure(beanName);
				throw ex;
			}
		}
		return (T) bean;
	}

getSingleton方法存在重載方法，這裡呼叫的是重載的getSingleton方法，注意這裡傳遞的boolean參數值為true，因為該值決定了是否允許曝光早期Bean。

// DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton
public Object getSingleton(String beanName) {
	return getSingleton(beanName, true);
}

// DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
		// 首先从一级缓存中获取
		Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
		if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
			// 如果一级缓存中未获取到，再从二级缓存中获取
			singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
			// 如果未从二级缓存中获取到并且allowEarlyReference值为true(前面传的为true)
			if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
				synchronized (this.singletonObjects) {
				   //Double Check 
					singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
					if (singletonObject == null) {
						singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
						if (singletonObject == null) {
							// 最后尝试去三级缓存中获取
							ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
							if (singletonFactory != null) {
								singletonObject = singletonFactory.getObject();
								// 保存到二级缓存
								this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
								// 从三级缓存中移除
								this.singletonFactories.remove(beanName);
							}
						}
					}
				}
			}
		}
		return singletonObject;
	}

（更多面試題請造訪：java面試題目及答案）

ok，看完Spring是如何從快取中取得Bean實例後，那再看看creatBean方法是如何建立Bean的

protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
		throws BeanCreationException {
	// 删除与本次分析无关的代码...
	try {// createBean方法底层是通过调用doCreateBean来完成Bean创建的。
		Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
		if (logger.isTraceEnabled()) {
			logger.trace("Finished creating instance of bean '" + beanName + "'");
		}
		return beanInstance;
	} catch (BeanCreationException | ImplicitlyAppearedSingletonException ex) {
		throw ex;
	} catch (Throwable ex) {
		throw new BeanCreationException(
				mbdToUse.getResourceDescription(), beanName, "Unexpected exception during bean creation", ex);
	}
}

// AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean
protected Object doCreateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
			throws BeanCreationException {

		BeanWrapper instanceWrapper = null;
		if (mbd.isSingleton()) {
			instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
		}
		if (instanceWrapper == null) {
			// 创建Bean实例
			instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
		}
		Object bean = instanceWrapper.getWrappedInstance();
		// 如果允许当前Bean早期曝光。只要Bean是单例的并且allowCircularReferences 属性为true(默认为true)
		boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
				isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
		if (earlySingletonExposure) {
			// 这里调用了addSingletonFactory方法将刚创建好的Bean保存到了三级缓存中。
			addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
		}

		// 删除与本次分析无关的代码.....
		Object exposedObject = bean;
		try {// Bean属性填充
			populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
			// 初始化Bean，熟知的Aware接口、InitializingBean接口.....都是在这里调用
			exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
		} catch (Throwable ex) {
			
		}
		// 删除与本次分析无关的代码.....
		return exposedObject;
	}

先分析addSingletonFactory方法，因為在該方法中將Bean保存到了三級快取中。

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
	Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
	synchronized (this.singletonObjects) {
		// 如果一级缓存中不存在指定beanName的key
		if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
			// 将刚创建好的Bean实例保存到三级缓存中
			this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
			// 从二级缓存中移除。
			this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
			this.registeredSingletons.add(beanName);
		}
	}
}

處理Bean的依賴注入是由populateBean方法完成的，但整個執行鏈路太長了，這裡就不展開講了，只說下IoC容器在處理依賴時是如何一步一步調用到getBean方法的，這樣就跟我們自己寫的處理欄位注入的邏輯對上了。

protected void populateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable BeanWrapper bw) {
	// 删除与本次分析无关代码...
	PropertyDescriptor[] filteredPds = null;
	if (hasInstAwareBpps) {
		if (pvs == null) {
			pvs = mbd.getPropertyValues();
		}
		// 遍历所有已注册的BeanPostProcessor接口实现类，如果实现类是InstantiationAwareBeanPostProcessor接口类型的，调用其postProcessProperties方法。
		for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
			if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
				InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
				PropertyValues pvsToUse = ibp.postProcessProperties(pvs, bw.getWrappedInstance(), beanName);
				// 删除与本次分析无关代码...
				pvs = pvsToUse;
			}
		}
		// 删除与本次分析无关代码...
	}
	
}

在Spring 中，@Autowired註解是由AutowiredAnnotationBeanPostProcessor類別處理，而@Resource註解是由CommonAnnotationBeanPostProcessor類別處理，這兩個類別都實作了InstantiationAwareBeanPostProcessor介面，都是在覆寫方法的了依賴注入。這裡我們就分析@Autowired註解的處理。

// AutowiredAnnotationBeanPostProcessor#postProcessProperties
public PropertyValues postProcessProperties(PropertyValues pvs, Object bean, String beanName) {
		// 根据beanName以及bean的class去查找Bean的依赖元数据-InjectionMetadata 
		InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, bean.getClass(), pvs);
		try {// 调用inject方法
			metadata.inject(bean, beanName, pvs);
		} catch (BeanCreationException ex) {
			throw ex;
		} catch (Throwable ex) {
			throw new BeanCreationException(beanName, "Injection of autowired dependencies failed", ex);
		}
		return pvs;
	}

在InjectionMetadata的inject方法中，取得目前Bean所有需要處理的依賴元素(InjectedElement)，這是一個集合，遍歷該集合，呼叫每一個依賴注入元素的inject方法。

// InjectionMetadata#inject
public void inject(Object target, @Nullable String beanName, @Nullable PropertyValues pvs) throws Throwable {
	// 获取当前Bean所有的依赖注入元素(可能是方法，也可能是字段)
	Collection<InjectedElement> checkedElements = this.checkedElements;
	Collection<InjectedElement> elementsToIterate =
			(checkedElements != null ? checkedElements : this.injectedElements);
	if (!elementsToIterate.isEmpty()) {
		// 如果当前Bean的依赖注入项不为空，遍历该依赖注入元素
		for (InjectedElement element : elementsToIterate) {
			// 调用每一个依赖注入元素的inject方法。
			element.inject(target, beanName, pvs);
		}
	}
}

在AutowiredAnnotationBeanPostProcessor類別中定義了兩個內部類別-AutowiredFieldElement、AutowiredMethodElement繼承自InjectedElement，它們分別對應欄位注入和方法注入。

以大家常用的字段注入為例，在AutowiredFieldElement的inject方法中，首先判斷當前字段是否已經被處理過，如果已經被處理過直接走緩存，否則呼叫BeanFactory的resolveDependency方法來處理依賴。

// AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.AutowiredFieldElement#inject
protected void inject(Object bean, @Nullable String beanName, @Nullable PropertyValues pvs) throws Throwable {
		Field field = (Field) this.member;
		Object value;
		if (this.cached) {// 如果当前字段已经被处理过，直接从缓存中获取
			value = resolvedCachedArgument(beanName, this.cachedFieldValue);
		} else {
			// 构建依赖描述符
			DependencyDescriptor desc = new DependencyDescriptor(field, this.required);
			desc.setContainingClass(bean.getClass());
			Set<String> autowiredBeanNames = new LinkedHashSet<>(1);
			Assert.state(beanFactory != null, "No BeanFactory available");
			TypeConverter typeConverter = beanFactory.getTypeConverter();
			try {// 调用BeanFactory的resolveDependency来解析依赖
				value = beanFactory.resolveDependency(desc, beanName, autowiredBeanNames, typeConverter);
			} catch (BeansException ex) {
				throw new UnsatisfiedDependencyException(null, beanName, new InjectionPoint(field), ex);
			}
			// 删除与本次分析无关代码....
		}
		if (value != null) {
			// 通过反射来对属性进行赋值
			ReflectionUtils.makeAccessible(field);
			field.set(bean, value);
		}
	}
}

在DefaultListableBeanFactory實作的resolveDependency方法，最後還是呼叫doResolveDependency方法來完成依賴解析的功能。在Spring原始碼中，如果存在do什麼方法，那麼該方法才是真正工作的方法。

// DefaultListableBeanFactory#resolveDependency
public Object resolveDependency(DependencyDescriptor descriptor, @Nullable String requestingBeanName,
			@Nullable Set<String> autowiredBeanNames, @Nullable TypeConverter typeConverter) throws BeansException {
		// .....
		// 如果在字段(方法)上添加了@Lazy注解，那么在这里将不会真正的去解析依赖
		Object result = getAutowireCandidateResolver().getLazyResolutionProxyIfNecessary(
				descriptor, requestingBeanName);
		if (result == null) {
			// 如果未添加@Lazy注解，那么则调用doResolveDependency方法来解析依赖
			result = doResolveDependency(descriptor, requestingBeanName, autowiredBeanNames, typeConverter);
		}
		return result;
}

// DefaultListableBeanFactory#doResolveDependency
public Object doResolveDependency(DependencyDescriptor descriptor, @Nullable String beanName,
			@Nullable Set<String> autowiredBeanNames, @Nullable TypeConverter typeConverter) throws BeansException {

	//.....
	try {
		// 根据名称以及类型查找合适的依赖
		Map<String, Object> matchingBeans = findAutowireCandidates(beanName, type, descriptor);
		if (matchingBeans.isEmpty()) {// 如果未找到相关依赖
			if (isRequired(descriptor)) { // 如果该依赖是必须的(例如@Autowired的required属性)，直接抛出异常
				raiseNoMatchingBeanFound(type, descriptor.getResolvableType(), descriptor);
			}
			return null;
		}

		String autowiredBeanName;
		Object instanceCandidate;
		// 如果查找到的依赖多于一个，例如某个接口存在多个实现类，并且多个实现类都注册到IoC容器中。
		if (matchingBeans.size() > 1) {// 决定使用哪一个实现类，@Primary等方式都是在这里完成
			autowiredBeanName = determineAutowireCandidate(matchingBeans, descriptor);
			if (autowiredBeanName == null) {
				if (isRequired(descriptor) || !indicatesMultipleBeans(type)) {
					return descriptor.resolveNotUnique(descriptor.getResolvableType(), matchingBeans);
				} else { 
					return null;
				}
			}
			instanceCandidate = matchingBeans.get(autowiredBeanName);
		} else {
			// We have exactly one match.
			Map.Entry<String, Object> entry = matchingBeans.entrySet().iterator().next();
			autowiredBeanName = entry.getKey();
			instanceCandidate = entry.getValue();
		}

		if (autowiredBeanNames != null) {
			autowiredBeanNames.add(autowiredBeanName);
		}
		// 如果查找到的依赖是某个类的Class(通常如此)，而不是实例，
		//调用描述符的方法来根据类型resolveCandidate方法来获取该类型的实例。
		if (instanceCandidate instanceof Class) {
			instanceCandidate = descriptor.resolveCandidate(autowiredBeanName, type, this);
		}
		//...
}

在依賴描述符的resolveCandidate方法中，是透過呼叫BeanFactory 的getBean方法來完成所依賴Bean實例的取得。

// DependencyDescriptor#resolveCandidate
public Object resolveCandidate(String beanName, Class<?> requiredType, BeanFactory beanFactory)
			throws BeansException {

	return beanFactory.getBean(beanName);
}

而在getBean方法實作中，依然是透過呼叫doGetBean方法來完成。這也和我們自己寫的依賴處理基本一致，只不過我們自己寫的比較簡單，而Spring要考慮和處理的場景複雜，因此程式碼比較繁雜，但大體思路都是一樣的。

// AbstractBeanFactory#getBean
public Object getBean(String name) throws BeansException {
	return doGetBean(name, null, null, false);
}

重點是前面我們寫的處理循環依賴的Demo，如果理解那個程式碼，再看Spring的循環依賴處理，就會發現很簡單。

總結：

循環依賴就是指兩個Bean之間存在相互引用關係，例如A依賴B，B又依賴A，但Spring只能解決屬性循環依賴，不能解決建構函數循環依賴，這種場景也無法解決。

Spring解決循環依賴的關鍵就是在處理Bean的屬性依賴時，先將Bean存到三級快取中，當存在循環依賴時，從三級快取取得到相關Bean，然後從三在層級快取中移除，存入二級快取中，最後初始化完畢後存入到一級快取中。

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以上是java面試題：你知道什麼是循環依賴麼？ Spring是如何解決循環依賴的？的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！