淘宝实例：循环引用导致的问题与解决方案

lsekfe

前言
　　在公司的测试平台上，对新写的RPC接口进行测试，但是发现返回的是无法转换POJO的异常：

最初以为只是业务代码写得有问题，结果发现问题并没有那么简单！

　　排查思路
　　业务代码问题
　　第一时间认为是自己业务代码的问题，于是使用公司开源的arthas工具初步确认接口返回的结果异常。然而事情并不如我所料，arthas显示我的接口多次调用均正确地返回了结果。摘取两次显示的结果片段：



这个结果是出乎我意料的，于是我使用idea远程调试以进一步确认，结果也正常返回。因此可以断定不是业务代码出现问题。

　　RPC框架问题
　　既然不是业务代码出现问题，那是否可能是我服务端使用的RPC框架出现了问题呢？并且仔细观察测试平台显示的异常信息，可以看到异常是在hsf(公司的RPC框架)中抛出的，异常信息也是POJO对象转化异常，因此我大胆猜测是服务端RPC框架的序列化出现了问题。

于是根据异常信息，我在异常抛出的位置打下了断点进行调试，结果再次出乎我的意料——断点处并没有进入并抛异常。因此排除服务端序列化问题。

　　测试平台服务端问题
　　既然不是我服务端的序列化问题，那会不会是测试平台服务器这边的序列化问题呢？测试平台的服务器需要将远程调用结果以json的形式穿给前端进行展示，而我们使用的RPC框架序列化协议是hessain2，因此在测试平台服务器在得到接口返回值后，还需要将其序列化为json给前端展示。
　　通过询问RPC框架开发人员，得知测试平台的json序列化目前采用的jackson，故在本地使用jackson对结果进行序列化，结果抛出异常：

原因是返回的类内部存在循环引用，导致jackson序列化时栈溢出。
　　为了进一步确认采用hessain2序列化协议在服务间调用没有问题，我在另一个服务中远程调用本文测试接口，发现结果是正常的。
　　至此，异常问题基本定位，产生的罪魁祸首在于返回结果中存在循环引用！

　　解决方案
　　由于后续我们也需要对这个接口的返回值透出至前端展示，并且目前该类修改成本很大，它包含非常多领域的数据，可以说基本不可能修改，所以需要探寻其它的json序列化方案处理该复杂类以透出到前端展示。

　　Gson
　　在使用Gson的过程中，暴露了这个复杂类的另一个问题——类中存在某成员与其父类成员同名，导致Gson抛出IllegalArgumentException异常，而目前该类是无法修改的，因此排除Gson方案。

　　fastjson
　　另一个就是常用的就是公司开源的fastjson了，最初直接使用toJSONString接口进行序列化，结果抛出了空指针异常。为了一探究竟，开始扒一扒它的源码。
　　阅读com.alibaba.fastjson.serializer.JavaBeanSerializer代码可以看到：

　fastjson通过getter获取成员并进行序列化，而这里的getter阅读com.alibaba.fastjson.util.TypeUtils.computeGetters代码：

可以看到getter是根据getXxx方法得到，因此，它会调用getXxx方法，而我们的类中存在与成员无关的get方法，同时该方法并没有做好异常处理，因此在调用该方法时抛出了空指针异常。
　　为了解决这个问题，fastjson在1.2.7之后支持SerializerFeature.IgnoreNonFieldGetter参数，直接在toJSONString接口中添加即可。
　　至此，序列化结果顺利透出，问题得到解决。对于我们这种复杂返回类型，也暴露了json序列化容易踩的坑，未来需要序列化的对象尽量遵循几个原则：
　　避免循环依赖；
　　子类不与父类定义相同名称的成员；
　　避免定义非成员变量的getter/setter方法。

　　循环引用解决原理
　　循环引用造成问题的场景主要可以分为序列化和对象创建两种，假定类A对象引用类B对象，类B对象引用类A对象：
　　序列化A对象的时候，同时又会序列化B对象，序列化B对象的时候，又会反过来序列化A对象，如果采用递归实现，最终会导致堆栈溢出，如果采用循环实现，则会导致死循环；
　　创建A对象的时候，需要装载B对象，而B对象又反过来需要装载A，最终导致对象创建失败。
　　为了解决循环引用带来的上述问题，本质上需要将循环引用中的其中一个对象缓存起来，以避免重复地序列化或创建。具体案例如下：

　　fastjson/hessian
　　前文提到的jackson和Gson是不支持存在循环引用对象的序列化的，fastjson/hessain则是解决序列化场景循环引用的典型。阅读com.alibaba.fastjson.serializer.JavaBeanSerializer代码可以看到：

它有专门针对循环引用的方法，这里实际是对对象进行了缓存，如果引用的对象在缓存中，则不进一步进行序列化，而是以ref符号代替，规则如下：

hessian实际也是采用的相同的方式解决循环引用问题的，阅读com.caucho.hessian.io.AbstractSerializer即可看到：

这里采用的方式是一样的，每次序列化前先判断是否在缓存中即可。

　　Spring
　　Spring是自动创建对象场景的典型，它采用三级缓存的方式解决循环引用对象的创建。
　　一级缓存：已经完全创建好的对象的缓存； 二级缓存：正在创建中，某些成员还未装载的对象的缓存； 三级缓存：存放创建对象方法的缓存(即存放工厂，而非对象的缓存)。
　　假定类A对象引用类B对象，类B对象引用类A对象，在创建类A对象的过程中，需要装载B对象，这时首先会在一级缓存中寻找B对象，若没有，则在二级缓存在找，若依然没有，则会从三级缓存找到创建B的方法，并创建一个"裸"bean(未装载成员对象的bean)，放进二级缓存，然后将这个对象装载给A对象，同时还会将三级缓存中创建B的方法移除，防止重复创建，最后将A对象放入一级缓存。创建B对象时，直接在一级缓存中即可找到A对象进行装载，最后再将自己放入一级缓存中。
　　实际整个过程中，二级缓存承担的是解决循环引用问题的角色，个人理解三级缓存主要是为了实现上的优雅而存在的，没有也不影响循环引用问题的解决。

　　总结
　　从开发侧和工具侧两个方面做一些总结：
　　开发侧：json序列化是很容易踩坑的，未来需要序列化的对象尽量做到避免循环依赖、子类不与父类定义相同名称的成员、避免定义非成员变量的getter/setter方法。
　　工具侧：如果涉及到序列化和对象创建工具的开发，那么需要考虑循环引用问题的解决，主要方法即将循环引用中的其中一个对象缓存起来，以避免重复地序列化或创建。