高频面试题：解决Spring框架中的循环依赖问题

news2024/11/15 4:14:25

引言：什么是Spring框架与循环依赖？

在Spring框架中，循环依赖是指两个或多个bean相互依赖对方以完成自己的初始化。这种依赖关系形成了一个闭环，导致无法顺利完成依赖注入。比如，如果Bean A在其构造函数中需要Bean B，而Bean B同样在其构造函数中需要Bean A，Spring容器在初始化这两个Bean时就会陷入困境，因为它无法确定应该先初始化哪一个Bean。

循环依赖不仅会导致应用程序启动失败，还可能导致运行时异常，因此理解并解决此问题对于保障Spring应用的健壮性至关重要。

循环依赖的常见表现和影响

在Spring中，如果A Bean依赖B Bean，而B Bean同时依赖A Bean，就形成了一个循环依赖。这种情况在使用构造函数注入时尤为明显，因为每个Bean在构造时就需要依赖的Bean完全实例化。

循环依赖不仅影响应用启动，还可能隐藏代码设计上的问题，比如过度耦合。例如，在一个电商应用中，订单管理（OrderManager）依赖库存服务（InventoryService），而库存服务又依赖订单管理来处理库存锁定，这种设计就可能引发循环依赖问题。

解决循环依赖的方法和技巧

构造函数注入 vs. Setter注入

构造函数注入：由于在构造函数注入时，需要在构造器调用前解析所有依赖，这种方法不支持循环依赖。
Setter注入：通过Setter注入依赖，可以在对象创建之后，完成属性的赋值，从而支持循环依赖的解决。

以下是一个简单的Spring Boot应用示例，展示如何使用Setter注入来解决循环依赖：

@SpringBootApplication
public class CircularDependencyApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(CircularDependencyApplication.class, args);
    }

    @Bean
    public ClassA classA() {
        return new ClassA();
    }

    @Bean
    public ClassB classB() {
        return new ClassB();
    }
}

@Component
class ClassA {
    @Autowired
    private ClassB classB;

    public void setClassB(ClassB classB) {
        this.classB = classB;
    }
}

@Component
class ClassB {
    @Autowired
    private ClassA classA;

    public void setClassA(ClassA classA) {
        this.classA = classA;
    }
}

使用@Lazy注解

@Lazy注解延迟Bean的加载时机。例如，在其中一个Bean的依赖中加入@Lazy，Spring将在首次使用这个Bean时才创建和注入，从而打破循环依赖。

@Component
public class ClassA {
    private final ClassB classB;

    @Autowired
    public ClassA(@Lazy ClassB classB) {
        this.classB = classB;
    }
}

@Component
public class ClassB {
    private final ClassA classA;

    @Autowired
    public ClassB(ClassA classA) {
        this.classA = classA;
    }
}

三级缓存的概念及其原理

三级缓存是Spring用来解决循环依赖的一个机制。在Spring的bean生命周期中，容器通过使用三个缓存来管理bean的实例化过程，这些缓存分别是：

一级缓存（singletonObjects）：存放完全初始化好的bean。
二级缓存（earlySingletonObjects）：存放原始的bean实例（尚未填充属性）。
三级缓存（singletonFactories）：存放用于生成bean的工厂对象。

当Spring容器创建一个bean时，它会首先检查一级缓存，如果没有找到，它将创建一个新的bean实例，并将一个工厂对象放入三级缓存中。这个工厂对象负责生成和配置bean。如果在bean的初始化过程中需要依赖另一个bean（比如B依赖A），Spring容器会再次走这个创建过程。

如果A也需要B来完成其初始化，此时B的实例化可能还未完成，但通过三级缓存中的工厂对象，可以提前暴露一个原始的B实例给A使用，从而避免死锁。一旦B初始化完成，它就会从三级缓存移动到二级缓存，最终到达一级缓存。

三级缓存创建Bean的详细过程

步骤 1: 创建 Bean A

当 Spring 容器开始创建 Bean A 时，首先检查 Bean A 是否已经存在于一级缓存中。如果不存在，Spring 容器开始创建 Bean A 的实例。
在 Bean A 的完整属性注入和初始化之前，Spring 容器将一个用于创建 Bean A 的工厂对象放入三级缓存中。

步骤 2: Bean A 需要 Bean B

在 Bean A 的初始化过程中，发现需要注入 Bean B。
Spring 容器此时开始创建 Bean B。与创建 Bean A 的过程类似，Spring 首先检查一级缓存。如果 Bean B 也不存在，容器继续进行创建。

步骤 3: 创建 Bean B

在创建 Bean B 的过程中，容器同样将一个生成 Bean B 的工厂对象放入三级缓存中。
如果 Bean B 的初始化同样需要依赖 Bean A，此时 Bean A 尚未完全初始化完成，因此不能从一级缓存中获取。

步骤 4: 循环依赖检测与解决

Bean B 在初始化过程中请求 Bean A。Spring 容器检查一级缓存未发现 Bean A，然后检查三级缓存。
从三级缓存中找到生成 Bean A 的工厂对象，通过这个工厂对象提前暴露一个还未完全初始化的 Bean A 的引用，并将这个早期引用移至二级缓存。
Bean B 完成对 Bean A 的引用注入后，继续自己的初始化过程。一旦 Bean B 初始化完成，Bean B 的实例会被移至一级缓存，并从二级和三级缓存中清除。

步骤 5: 完成 Bean A 的初始化

一旦 Bean B 完全初始化并存放在一级缓存中，Spring 容器回到 Bean A 的初始化过程。此时 Bean A 可以解析其对 Bean B 的依赖，因为 Bean B 已经在一级缓存中可用。
Bean A 完成所有依赖注入后，它的初始化也完成，然后它被移至一级缓存。

通过这种方式，Spring 的三级缓存机制有效地处理了循环依赖，允许两个互相依赖的 Bean 可以被正确地初始化和注入，避免了在依赖注入过程中发生的死锁或者缺失依赖的问题。这个机制是 Spring 容器高效处理复杂依赖关系的关键所在。下面提供一张示意图，帮助大家更好的理解三级缓存的初始化过程。
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