Spring解決循環(huán)依賴的思路竟然來自于一道算法題

前言

「Spring」如何解決的循環(huán)依賴，是近兩年流行起來的一道 Java 面試題。我今年也面試過很多自稱“高級”的 Java 工程師，對循環(huán)依賴的回答多數(shù)都不是很理想，今天我們一起來學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)它。

當(dāng)然，我作為面試官，如果你回答不出來循環(huán)以來，我可能會問一些諸如“如果注入的屬性為「null」，你會從哪幾個方向去排查”這些「場景題」等等。

正文

通常來說，如果問 Spring 內(nèi)部如何解決循環(huán)依賴，一定是單默認(rèn)的「單例」Bean中，屬性互相引用的場景。

比如幾個 Bean 之間的互相引用：

甚至自己“循環(huán)”依賴自己：

先說明前提：「原型」(Prototype)的場景是「不支持」循環(huán)依賴的，通常會走到AbstractBeanFactory類中下面的判斷，拋出異常。

if (isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)) {  
  throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);  
}  

原因很好理解，創(chuàng)建「新的A」時，發(fā)現(xiàn)要注入「原型字段B」，又創(chuàng)建「新的B」發(fā)現(xiàn)要注入「原型字段A」...

這就套娃了, 你猜是先「StackOverflow」還是「OutOfMemory」？

Spring 怕你不好猜，就先拋出了「BeanCurrentlyInCreationException」

基于構(gòu)造器的循環(huán)依賴，就更不用說了，官方文檔：https://docs.spring.io/spring/docs/current/spring-framework-reference/core.html#beans-dependency-resolution都攤牌了，你想讓構(gòu)造器注入支持循環(huán)依賴，是不存在的，不如把代碼改了。

那么默認(rèn)單例的屬性注入場景，「Spring」是如何支持循環(huán)依賴的？

「Spring」解決循環(huán)依賴

首先，Spring 內(nèi)部維護(hù)了三個「Map」，也就是我們通常說的「三級緩存」。

筆者翻閱 Spring 文檔倒是沒有找到三級緩存的概念，可能也是本土為了方便理解的詞匯。

在 Spring 的DefaultSingletonBeanRegistry類中，你會赫然發(fā)現(xiàn)類上方掛著這三個 Map：

• singletonObjects 它是我們最熟悉的朋友，俗稱“「單例池」”“「容器」”，緩存創(chuàng)建完成單例 Bean 的地方。

• singletonFactories 映射創(chuàng)建 Bean 的原始工廠

• earlySingletonObjects 映射 Bean 的「早期」引用，也就是說在這個 Map 里的 Bean 不是完整的，甚至還不能稱之為“「Bean」”，只是一個「Instance」.

后兩個 Map 其實(shí)是“「墊腳石」”級別的，只是創(chuàng)建 Bean 的時候，用來借助了一下，創(chuàng)建完成就清掉了。

所以筆者前文對“三級緩存”這個詞有些迷惑，可能是因?yàn)樽⑨尪际且?Cache of 開頭吧。

為什么成為后兩個 Map 為「墊腳石」，假設(shè)最終放在「singletonObjects」的 Bean 是你想要的一杯“涼白開”。

那么 Spring 準(zhǔn)備了兩個杯子，即singletonFactories和earlySingletonObjects來回“倒騰”幾番，把熱水晾成“涼白開”放到「singletonObjects」中。

閑話不說，都濃縮在圖里。

上面的是一張 GIF，如果你沒看到可能還沒加載出來。三秒一幀，不是你電腦卡。

我一共畫了 17 張圖「簡化表述」了 Spring 的主要步驟，GIF 上方即是剛才提到的三級緩存，下方展示是「主要」的幾個方法。

當(dāng)然了，這個地步你肯定要結(jié)合Spring源碼：https://github.com/spring-projects/spring-framework來看，要不肯定看不懂。

如果你只是想大概了解，或者面試，可以先記住筆者上文提到的“「三級緩存」”，以及下文即將要說的本質(zhì)。

循環(huán)依賴的本質(zhì)

上文了解完 Spring 如何處理循環(huán)依賴之后，讓我們跳出“「閱讀源碼」”的思維，假設(shè)讓你實(shí)現(xiàn)一個有以下特點(diǎn)的功能，你會怎么做？

• 將指定的一些類實(shí)例為單例
• 類中的字段也都實(shí)例為單例
• 支持循環(huán)依賴

舉個例子，假設(shè)有類 A：

public class A {  
    private B b;  
}  

類 B：

public class B {  
    private A a;  
}  

說白了讓你「模仿Spring」：「假裝A」和「B」是被 @Component 修飾，
并且類中的字段「假裝」是 @Autowired 修飾的，處理完放到 Map 中。

其實(shí)非常簡單，筆者寫了一份粗糙的代碼，可供參考：

/**  
     * 放置創(chuàng)建好的bean Map  
     */  
    private static Map<String, Object> cacheMap = new HashMap<>(2);

    public static void main(String[] args) {  
        // 假裝掃描出來的對象  
        Class[] classes = {A.class, B.class};  
        // 假裝項(xiàng)目初始化實(shí)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) {  
        // 本文用類名小寫 簡單代替bean的命名規(guī)則  
        String beanName = beanClass.getSimpleName().toLowerCase();  
        // 如果已經(jīng)是一個bean，則直接返回  
        if (cacheMap.containsKey(beanName)) {  
            return (T) cacheMap.get(beanName);  
        }  
        // 將對象本身實(shí)例化  
        Object object = beanClass.getDeclaredConstructor().newInstance();  
        // 放入緩存  
        cacheMap.put(beanName, object);  
        // 把所有字段當(dāng)成需要注入的bean，創(chuàng)建并注入到當(dāng)前bean中  
        Field[] fields = object.getClass().getDeclaredFields();  
        for (Field field : fields) {  
            field.setAccessible(true);  
            // 獲取需要注入字段的class  
            Class<?> fieldClass = field.getType();  
            String fieldBeanName = fieldClass.getSimpleName().toLowerCase();  
            // 如果需要注入的bean，已經(jīng)在緩存Map中，那么把緩存Map中的值注入到該field即可  
            // 如果緩存沒有 繼續(xù)創(chuàng)建  
            field.set(object, cacheMap.containsKey(fieldBeanName)  
                    ? cacheMap.get(fieldBeanName) : getBean(fieldClass));  
        }  
        // 屬性填充完成，返回  
        return (T) object;  
    }

這段代碼的效果，其實(shí)就是處理了循環(huán)依賴，并且處理完成后，cacheMap 中放的就是完整的“「Bean」”了

這就是“「循環(huán)依賴」”的本質(zhì)，而不是“Spring如何解決循環(huán)依賴”。

之所以要舉這個例子，是發(fā)現(xiàn)一小部分盆友陷入了“「閱讀源碼的泥潭」”，而忘記了問題的本質(zhì)。

為了看源碼而看源碼，結(jié)果一直看不懂，卻忘了本質(zhì)是什么。

如果真看不懂，不如先寫出基礎(chǔ)版本，逆推 Spring 為什么要這么實(shí)現(xiàn)，可能效果會更好。

what？問題的本質(zhì)居然是two sum！

看完筆者剛才的代碼有沒有似曾相識？沒錯，和「two sum」的解題是類似的。

不知道「two sum」是什么梗的，筆者和你介紹一下：

「two sum」是刷題網(wǎng)站leetcode：https://leetcode-cn.com/problems/two-sum/，序號為 1 的題，也就是大多人的算法入門的第一題。

常常被人調(diào)侃，有「算法面」的公司，被面試官欽定了，合的來。那就來一道「two sum」走走過場。

問題內(nèi)容是：給定「一個數(shù)組」，給定「一個數(shù)字」。返回數(shù)組中可以「相加得到指定數(shù)字」的兩個「索引」。

比如：給定nums = [2, 7, 11, 15], target = 9
那么要返回 [0, 1]，因?yàn)?code style="margin-right: 2px;margin-left: 2px;font-family: "Operator Mono", Consolas, Monaco, Menlo, monospace;word-break: break-all;color: rgb(53, 148, 247);background: rgba(59, 170, 250, 0.1);padding-right: 2px;padding-left: 2px;border-radius: 2px;height: 21px;line-height: 22px;">2 + 7 = 9

這道題的優(yōu)解是，一次遍歷 + 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「需要的數(shù)字」，沒有就將「當(dāng)前的數(shù)字」保存在 Map 中，如果找到「需要的數(shù)字」，則一起返回。

和筆者上面的代碼是不是一樣？

先去緩存里找「Bean」，沒有則「實(shí)例化當(dāng)前的 Bean」放到 Map，如果有需要「依賴」當(dāng)前 Bean 的，就能從 Map 取到。

結(jié)尾

如果你是上文筆者提到的“「陷入閱讀源碼的泥潭」”的讀者，上文應(yīng)該可以幫助到你。

可能還有盆友有疑問，為什么一道“「two-sum」”，Spring 處理的如此復(fù)雜？
這個想想 Spring 支持多少功能就知道了，各種實(shí)例方式..各種注入方式..各種 Bean 的加載，校驗(yàn)..各種「callback」，aop 處理等等..

Spring 可不只有「依賴注入」，同樣 Java 也不僅是「Spring」。如果我們陷入了某個“牛角尖”，不妨跳出來看看，可能會更佳清晰哦。