总结:Spring创建Bean循环依赖问题与@Lazy注解使用详解

总结:Spring创建Bean循环依赖问题与@Lazy注解使用详解

  • 一·前提知识储备:
    • 1.Spring Bean生命周期机制(IOC)
    • 2.Spring依赖注入机制(DI)
      • (1)@Autowired注解标注属性set方法注入
      • (2)@Autowired注解标注属性注入
      • (3)@Autowired注解标注构造方法注入,也可用于存在多个构造方法时,手动指明Spring框架使用哪个构造方法创建Bean
    • 3.了解一定的JVM类加载原理机制
      • (1)第一次使用new关键字调用类构造方法创建对象时,会触发类加载机制,然后再执行类实例化机制
      • (2)每创建一个对象,就会触发类实例化机制一次,注意不是类加载机制
      • (3)先产生一个对象的内存地址,再调用类的 `clinit`方法(由编译器自动生成,用于初始化静态变量和执行静态初始化块的代码),最后才执行类的构造方法。
      • (4)因此一个对象的内存地址,可以在构造方法结束之前暴露出来。但Spring中所谓的提前暴露bean对象地址,都是指构造方法结束之后暴露,而不是构造方法结束之前暴露
    • 4.@Lazy注解使用:
      • (1)使用地方:类、方法、构造方法、方法参数、属性字段。必须标注在IOC容器管理的bean上才会生效,否则无效果
      • (2)功能作用:Springboot项目启动时,懒加载Bean。即只会分配对象地址并暴露在IOC容器里面,但不会立即执行该Bean的实例化操作(构造方法)
      • (3)标注在类上示例:延迟创建
      • (4)标注在方法上示例:延迟注入
      • (5)标注在构造方法参数上示例:延迟注入。直接标注在构造方法上面没效果,加在构造方法参数上才有效果
      • (6)标注在属性字段上示例:
  • 二·什么是Spring Bean循环依赖问题:
    • 1.类A中存在类B属性,类B中存在类C属性,类C中存在类A属性,等类似情况:
    • 2.类A中存在类A属性,等类似情况:
    • 3.Spring项目启动会报异常提示:
  • 三·如何解决Spring Bean循环依赖:
    • 方案一:尽量避免双向依赖(根本上解决):设计时尽量避免双向依赖,因为双向依赖很容易导致循环依赖的发生。(推荐)
    • 方案二:使用构造函数注入 + @Lazy注解:(推荐)
    • 方案三:使用字段属性注入 + application.yml配置:
    • 方案四:使用字段属性注入 + @Lazy注解:(推荐)
  • 四·Spring解决循环依赖的底层原理:概述
    • 1.三级缓存容器:
    • 2.为什么Bean 都已经实例化了,还需要一个生产 Bean 的ObjectFactory工厂呢?
    • 3.三级缓存容器工作流程示例:假设现在需要实例化两个对象:A、B
      • (1)不存在循环依赖、或者存在循环依赖但不存在AOP操作:
      • (2)存在循环依赖、存在AOP操作:
    • 4.为什么要再包装一层ObjectFactory对象存入三级缓存呢?说是为了解决Bean对象存在AOP代理情况,那么直接生成代理对象半成品Bean放入二级缓存中,这不就可以省略三级缓存了吗?所以这使用三级缓存的意义在哪里?
    • 5.使用构造器注入,造成的循环依赖,三级缓存机制无法自动解决:
    • 6.为什么构造器注入,配合@Lazy注解就能解决循环依赖问题呢?
    • 7·参考文献链接:

一·前提知识储备:

1.Spring Bean生命周期机制(IOC)

在这里插入图片描述
注意:bean实例化就是指调用构造方法创建bean的过程

参考详情文献:

https://blog.csdn.net/riemann_/article/details/118500805

2.Spring依赖注入机制(DI)

参考详情文献:
https://juejin.cn/post/6857406008877121550#heading-17

(1)@Autowired注解标注属性set方法注入

@Component
public class Dog {// 私有成员变量private Cat cat;// 使用@Autowired注解标注setter方法@Autowiredpublic void setCat(Cat cat) {this.cat = cat;}// 其他业务逻辑...
}

(2)@Autowired注解标注属性注入

@Component
public class Dog {@Autowiredprivate Cat cat;
}

(3)@Autowired注解标注构造方法注入,也可用于存在多个构造方法时,手动指明Spring框架使用哪个构造方法创建Bean

@Component
public class Dog {private Cat cat;@Autowiredpublic Dog(Cat cat) {this.cat = cat;}
}

3.了解一定的JVM类加载原理机制

参考详情文献:
https://blog.csdn.net/weixin_48033662/article/details/135246047

(1)第一次使用new关键字调用类构造方法创建对象时,会触发类加载机制,然后再执行类实例化机制

(2)每创建一个对象,就会触发类实例化机制一次,注意不是类加载机制

(3)先产生一个对象的内存地址,再调用类的 clinit方法(由编译器自动生成,用于初始化静态变量和执行静态初始化块的代码),最后才执行类的构造方法。

(4)因此一个对象的内存地址,可以在构造方法结束之前暴露出来。但Spring中所谓的提前暴露bean对象地址,都是指构造方法结束之后暴露,而不是构造方法结束之前暴露

示例代码如下:

public class Example {private String value;private Example next;public Example(String value) {// 开启新线程并让其尝试访问this.valuenew Thread(() -> {//将当前对象内存地址,赋给next属性,提前暴露当前对象地址System.out.println("异步线程next:" + next);System.out.println("新线程:" + this.value);}).start();//将当前对象内存地址,赋给next属性,提前暴露当前对象地址next = this;System.out.println("主线程next:" + next);// 睡眠一段时间模拟初始化耗时操作try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}this.value = value;System.out.println("构造方法内部:value已初始化为 " + this.value);}public static void main(String[] args) {Example example = new Example("Hello, World!");// 此时example引用已经可以获取,但value字段还未初始化System.out.println("example:" + example);}
}

4.@Lazy注解使用:

(1)使用地方:类、方法、构造方法、方法参数、属性字段。必须标注在IOC容器管理的bean上才会生效,否则无效果

@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD, ElementType.CONSTRUCTOR, ElementType.PARAMETER, ElementType.FIELD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface Lazy {/*** Whether lazy initialization should occur.*/boolean value() default true;}

(2)功能作用:Springboot项目启动时,懒加载Bean。即只会分配对象地址并暴露在IOC容器里面,但不会立即执行该Bean的实例化操作(构造方法)

注意:
(1)简述:虽然会创建该类的一个对象,但是不会执行该对象的构造方法
(2)没有标注该注解或者进行特定配置时,Springboot项目启动时,会默认将扫描范围内的所有Bean进行实例化操作(既创建该类对象,又执行该对象的构造方法)

(3)标注在类上示例:延迟创建

@Lazy
@Component
public class Cat {private String name;private int age;public Cat() {System.out.println("Cat无参构造方法执行");}
}

(4)标注在方法上示例:延迟注入

注意:@Lazy注解 + @Configuration注解同时标注在类上,会作用所有@Bean注册的类实例

@Configuration
public class IocConfig {@Lazy@Beanpublic Dog dog(){return new Dog();}
}

(5)标注在构造方法参数上示例:延迟注入。直接标注在构造方法上面没效果,加在构造方法参数上才有效果

@Component
public class Cat {private Dog dog;@Autowiredpublic Cat(@Lazy Dog dog) {this.dog = dog;}
}

(6)标注在属性字段上示例:

@Component
public class Cat {@Lazy@Autowiredprivate Dog dog;
}

二·什么是Spring Bean循环依赖问题:

1.类A中存在类B属性,类B中存在类C属性,类C中存在类A属性,等类似情况:

在这里插入图片描述
示例代码:
类A

@Component
public class A {@Autowiredprivate B b;
}

类B:

@Component
public class B {@Autowiredprivate C c;
}

类C:

@Component
public class C {@Autowiredprivate A a;
}

2.类A中存在类A属性,等类似情况:

在这里插入图片描述
示例代码:

@Component
public class A {@Autowiredprivate A a;
}

3.Spring项目启动会报异常提示:

在这里插入图片描述

三·如何解决Spring Bean循环依赖:

方案一:尽量避免双向依赖(根本上解决):设计时尽量避免双向依赖,因为双向依赖很容易导致循环依赖的发生。(推荐)

方案二:使用构造函数注入 + @Lazy注解:(推荐)

(1)当有两个类互相依赖时,只要在任意一个类的构造方法上,将另一方参数标注@Lazy注解即可打破循环引用;当然两个类构造方法互相都加也行

(2)若很多个类才构成循环依赖,则建议直接将每个类的构造方法上对方参数都标注@Lazy注解;否则你就一个个去分析循环依赖,然后再单个加@Lazy注解吧

注意:构造函数注入是解决循环依赖问题的最佳方式之一,因为它能够保证Bean在实例化时所有依赖已经注入。

示例代码:

@Component
public class Cat {private Dog dog;/*** 构造方法注入属性对象时,被标注@Lazy注解的参数对象,并不会直接触发Dog类的实例化操作,* 而是会先放入一个dog的代理对象在这里,当后面该dog的代理对象被第一次调用时,才会触发Dog的实例化操作,* 但是生成的实例化对象并不会替换原本的代理对象,只会将实例化对象注入代理对象里面。* (代理对象在其内部维护对实际实例的引用,在后续每次调用时,代理对象都会将请求转发给已经实例化的原生对象,并返回原生对象的方法执行结果)* @param dog*/@Autowiredpublic Cat(@Lazy Dog dog) {//注意这里不能在构造方法里面调用dog对象,一旦调用就会立即触发Dog的实例化操作this.dog = dog;}
}
@Component
public class Dog {private Cat cat;//只要保证一方加了@Lazy注解就行@Autowiredpublic Dog(@Lazy Cat cat) {this.cat = cat;}
}

方案三:使用字段属性注入 + application.yml配置:

application.yml配置如下:

#允许Spring循环引用配置,默认是关闭的
spring:main:allow-circular-references: true

(1)开启后Springboot会主动尝试利用三级缓存机制来打破循环引用。如果实在打破不了,就会抛循环引用异常让用户自己解决(可以配合@Lazy注解解决)

(2)一般使用@Autowired注入属性的循环依赖,都可以被Springboot主动打破

(3)Spring无法解决单纯由构造器注入导致的循环依赖,因为Java语言本身的特性决定了构造器调用必须在一个实例化阶段完成,无法通过延后注入的方式打破循环(可以配合@Lazy注解解决)

(4)非单例bean造成的循环引用,Spring也无法自动解决

代码示例:

@Component
public class Cat {@Autowiredprivate Dog dog;//手动指明使用哪个构造方法创建bean@Autowiredpublic Cat() {System.out.println("Cat无参构造方法执行");}
}
@Component
public class Dog {@Autowiredprivate Cat cat;@Autowiredpublic Dog() {System.out.println("Dog无参构造方法执行");}
}

方案四:使用字段属性注入 + @Lazy注解:(推荐)

(1)当有两个类互相依赖时,只要在任意一个类中另一方的属性字段上标注@Lazy注解,即可打破循环引用;当然两个类相都加也行

(2)若很多个类才构成循环依赖,则建议直接将每个类的另一方属性字段都标注@Lazy注解;否则你就一个个去分析循环依赖,然后再单个加@Lazy注解吧

代码示例:

@Component
public class Cat {@Lazy@Autowiredprivate Dog dog;@Autowiredpublic Cat() {System.out.println("Cat无参构造方法执行");}
}
@Component
public class Dog {@Lazy@Autowiredprivate Cat cat;@Autowiredpublic Dog() {System.out.println("Dog无参构造方法执行");}
}

四·Spring解决循环依赖的底层原理:概述

1.三级缓存容器:

public class DefaultSingletonBeanRegistry ... {//1、最终单例Bean容器,里面bean都已经完成了实例化、属性注入、初始化,称之为"一级缓存"Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap(256);//2、早期Bean单例池,缓存半成品对象(完成了实例化,但未完成属性注入、未执行初始化 init 方法),且当前对象已经被其他对象引用了,称之为"二级缓存"Map<String, Object> earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap(16);//3、单例Bean的工厂池,缓存半成品对象(完成了实例化,但未完成属性注入、未执行初始化 init 方法),对象未被引用,使用时在通过工厂创建Bean,称之为"三级缓存"Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap(16);
}

2.为什么Bean 都已经实例化了,还需要一个生产 Bean 的ObjectFactory工厂呢?

这跟循环依赖期间存在AOP操作有关:

(1)若不存在循环依赖、或者存在循环依赖但没有AOP操作时,ObjectFactory的getObject()方法返回的是,原本bean实例对象

(2)若存在循环依赖且存在AOP操作时,ObjectFactory的getObject()方法返回的是,原本bean实例的代理对象(提前创建代理对象,原本Spring的设计模式是bean实例化、属性注入、初始化之后,再创建代理对象的,但这种特殊情况为了解决循环依赖,只能提前创建。因此Spring框架在极端情况下,可能出现bean后置处理器方法在属性注入、初始化方法前执行,但问题也能解决)

3.三级缓存容器工作流程示例:假设现在需要实例化两个对象:A、B

(1)不存在循环依赖、或者存在循环依赖但不存在AOP操作:

1.先从一级、二级、三级缓存容器找对象A,发现没有
2.执行A的构造方法进行实例化,但未执行属性注入、初始化操作(@PostConstruct),A 只是一个半成品。
3.将早期的A暴露出去,放到三级缓存容器singletonFactories中,bean对象会被ObjectFactory包装起来
4.A进行属性注入,发现没有依赖其他未创建的对象
5.A进行初始化操作(@PostConstruct),完成bean创建工作
6.然后会调用addSingleton方法,将自己丢到一级缓存中,并将自己从二级、三级缓存中移除(实际只有三级缓存容器有对象)
7.再按照上述步骤创建B对象,从步骤1开始
......

(2)存在循环依赖、存在AOP操作:

1.先从一级、二级、三级缓存容器找对象A,发现没有
2.实例化A,此时 A 还未完成属性填充和初始化方法(@PostConstruct)的执行,A 只是一个半成品。
3.提前暴露A引用,为 A 创建一个 Bean 工厂,并放入到  singletonFactories 中。
4.属性注入A,发现 A 需要注入 B 对象,但是一级、二级、三级缓存均为发现对象 B5.实例化B,此时 B 还未完成属性填充和初始化方法(@PostConstruct)的执行,B 只是一个半成品。
6.提前暴露B引用,为 B 创建一个 Bean 工厂,并放入到  singletonFactories 中。
7.属性注入B,发现 B 需要注入 A 对象,此时在一级、二级未发现对象 A,但是在三级缓存中发现了对象 A,从三级缓存中得到对象 A,
并将对象 A 放入二级缓存中,同时删除三级缓存中的对象 A。(注意,此时的 A 还是一个半成品,并没有完成属性填充和执行初始化方法),
然后将对象 A 注入到对象 B 中,对象 B 完成属性填充
8.执行B初始化方法,B对象彻底创建完成。
9.B对象放入到一级缓存中,同时删除三级缓存中的对象 B。(此时对象 B 已经是一个成品)
10.对象 A 得到对象 B,将对象 B 注入到对象 A 中,对象 A 完成属性填充。(对象 A 得到的是一个完整的对象 B11.执行A初始化方法,A对象彻底创建完成
12.A对象放入到一级缓存中,同时删除二级缓存中的对象 A。(此时对象 A 已经是一个成品)

4.为什么要再包装一层ObjectFactory对象存入三级缓存呢?说是为了解决Bean对象存在AOP代理情况,那么直接生成代理对象半成品Bean放入二级缓存中,这不就可以省略三级缓存了吗?所以这使用三级缓存的意义在哪里?

  • (1)正常情况下(没有循环依赖):

  • (1-1)Spring都是在完全创建好Bean之后,才创建对应的代理对象

  • (2)为了处理循环依赖,Spring有三种选择:

  • (2-1)不管有没有循环依赖,直接将半成品bean对象放入二级缓存,用于解决循环依赖问题。(会导致无法注入AOP代理对象,只能是原生bean实例对象

  • (2-2)不管有没有循环依赖,都提前创建好代理对象,并将代理对象放入二级缓存,出现循环依赖时,其他对象直接就可以取到代理对象并注入。(会导致无法注入原生bean实例对象,只能是AOP代理对象

  • (2-3)加一个中间层,只有出现循环依赖且存在AOP操作时,才会提前生成代理对象,其他情况下都是返回原生bean实例对象。(这样就极大可能保证Spring按照原本AOP代理设计模式进行创建bean,且又能解决循环依赖问题

注意:虽然加一个中间层,看似极大的兼顾了两种情况。但Spring框架在极端情况下,还是可能出现bean后置处理器方法在属性注入、初始化方法前执行,但该问题也能通过合理手段解决

5.使用构造器注入,造成的循环依赖,三级缓存机制无法自动解决:

因为构造器循环依赖是发生在bean实例化阶段,此时连bean的构造方法都没执行完,早期对象都无法创建出来。因此也无法放到三级缓存。三级缓存只能是在bean实例化之后,才能起到作用

6.为什么构造器注入,配合@Lazy注解就能解决循环依赖问题呢?

(1)示例代码:

@Component
public class Cat {private Dog dog;/*** 构造方法注入属性对象时,被标注@Lazy注解的参数对象,并不会直接触发Dog类的实例化操作,* 而是会先放入一个dog的代理对象在这里,当后面该dog的代理对象被第一次调用时,才会触发Dog的实例化操作,* 但是生成的实例化对象并不会替换原本的代理对象,只会将实例化对象注入代理对象里面。* (代理对象在其内部维护对实际实例的引用,在后续每次调用时,代理对象都会将请求转发给已经实例化的原生对象,并返回原生对象的方法执行结果)* @param dog*/@Autowiredpublic Cat(@Lazy Dog dog) {//注意这里不能在构造方法里面调用dog对象,一旦调用就会立即触发Dog的实例化操作this.dog = dog;}
}

(2)使用构造器注入 + @Lazy注解,解决循环依赖的工作流程示例:一句话,@Lazy 注解是通过建立一个中间代理层,来破解循环依赖的

1.从一、二、三级缓存总找不到cat对象,开始实例化cat对象
2.由于Cat构造器参数dog上标注了@Lazy注解,因此Spring执行构造方法时,会创建一个代理对象赋给dog属性
3.cat对象成功创建实例对象,放入三级缓存里面
4.cat对象再执行属性注入、初始化操作,完成最终bean创建
5.cat对象最后放入单例池里面(一级缓存),删除二、三级缓存里面的cat对象
6.当cat对象的dog属性被第一次调用时(dog此时是代理对象),会触发Dog类的实例化操作,生成实例化对象dog2
7.dog2对象再执行属性注入、初始化方法,完成最终bean创建,放入单例池(一级缓存)
8.Spring最后再将dog2对象注入到cat对象的dog属性的代理对象里面
(生成的实例化对象并不会替换原本的代理对象,只会将实例化对象注入代理对象里面。代理对象在其内部维护对实际实例的引用,
在后续每次调用时,代理对象都会将请求转发给已经实例化的原生对象,并返回原生对象的方法执行结果)

7·参考文献链接:

Spring 解决循环依赖必须要三级缓存吗?
Spring循环依赖解决方案
Spring使用三级缓存解决循环依赖?
spring中怎么解决循环依赖的问题
Spring系列第28篇:Bean循环依赖详解

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