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 B。
5.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.将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 B）
11.执行A初始化方法，A对象彻底创建完成
12.将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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