ARTS 打卡——Weekly ①

日拱一卒,功不唐捐。

Algorithm——算法题

杨辉三角

问题描述:

给定一个非负整数 numRows,生成杨辉三角的前 numRows 行。

在杨辉三角中,每个数是它左上方和右上方的数的和。
description

解题思路:

  • 首先看杨辉三角的规律:
    1. 行数跟个数相等
    2. 每一行的总和等于2的n-1次方,n为当前行数
    3. 每行都是回文
    4. 每行第二个数(如果有的话),都是n-1,且n为当前行数
    5. 从第一行开始生成的话,奇数行中间那个数,就正好等于上一行中间两个数之和
    6. 首先生成当前航的前一半的数字,剩下的根据先前生成的倒序插入即可
  • 处理流程大致上就分为:
    • 计算并标记当前生成行的中位坐标,并标记当前行是否是奇数行(奇数行需要生成回文数列中的最大值)
    • 计算并生成当前行前半部分数据
    • 计算奇数行回文中间数值
    • 将前半部分数值倒序插入当前行中,不全数据

解答代码:

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class Solution {
public List<List<Integer>> generate(int numRows) {
List<List<Integer>> resultArray = new ArrayList<>();
List<Integer> subArray = null;
for (int i = 0; i < numRows; i++) {
subArray = new ArrayList<>();
int mid = (i + 1) / 2;
int mod = (i + 1) % 2;
if (mid < 1) {
subArray.add(1);
}
for (int j = 0; j < mid; j++) {
if (j == 0) {
subArray.add(1);
continue;
}
if (j == 1) {
subArray.add(i);
continue;
}
subArray.add(resultArray.get(i - 1).get(j) + resultArray.get(i - 1).get(j - 1));
}
if (mod == 1 && mid >= 1) {
subArray.add(resultArray.get(i - 1).get(mid) + resultArray.get(i - 1).get(mid - 1));
}
for (int k = mid; k > 0; k--) {
subArray.add(subArray.get(k - 1));
}
resultArray.add(subArray);
}
return resultArray;
}
}

Review——阅读一篇英文文章

看法:

  • HTTP/3 基于 Google 在2012年发布的 QUIC 协议,添加了多项功能,比原来基于TCP/IP协议的HTTP要快非常非常多,QUIC 协议基于 UDP 实现,无需3次握手,具有快速安全的特点
  • 支持情况:
    • Chrome: 87+
    • Edge: 87+
    • Firefox: 88+
    • Safari: 14+(需要在开启试验功能才能支持)

Tip——学习一个技巧

简单工厂(工厂方法的一种特例)

  • 先来看一段未使用工厂模式的代码
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public class RuleConfigSource {
public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) {
String ruleConfigFileExtension = getFileExtension(ruleConfigFilePath);
IRuleConfigParser parser = null;
if ("json".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {
parser = new JsonRuleConfigParser();
} else if ("xml".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {
parser = new XmlRuleConfigParser();
} else if ("yaml".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {
parser = new YamlRuleConfigParser();
} else if ("properties".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {
parser = new PropertiesRuleConfigParser();
} else {
throw new InvalidRuleConfigException(
"Rule config file format is not supported: " + ruleConfigFilePath);
}

String configText = "";
//从ruleConfigFilePath文件中读取配置文本到configText中
RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configText);
return ruleConfig;
}

private String getFileExtension(String filePath) {
//...解析文件名获取扩展名,比如rule.json,返回json
return "json";
}
}

为了让代码逻辑更加清晰,可读性更好,我们要善于将功能独立的代码封装成函数。

  • 我们可以将代码中设计 parser 创建的部分逻辑剥离出来,抽象成 createParser() 函数。
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public class RuleConfigSource {
public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) {
String ruleConfigFileExtension = getFileExtension(ruleConfigFilePath);
IRuleConfigParser parser = createParser(ruleConfigFileExtension);
if (parser == null) {
throw new InvalidRuleConfigException(
"Rule config file format is not supported: " + ruleConfigFilePath);
}

String configText = "";
//从ruleConfigFilePath文件中读取配置文本到configText中
RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configText);
return ruleConfig;
}

private String getFileExtension(String filePath) {
//...解析文件名获取扩展名,比如rule.json,返回json
return "json";
}

private IRuleConfigParser createParser(String configFormat) {
IRuleConfigParser parser = null;
if ("json".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
parser = new JsonRuleConfigParser();
} else if ("xml".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
parser = new XmlRuleConfigParser();
} else if ("yaml".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
parser = new YamlRuleConfigParser();
} else if ("properties".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
parser = new PropertiesRuleConfigParser();
}
return parser;
}
}
  • 为了让类的职责更加单一、代码更加清晰,我们还可以进一步将 createParser() 函数剥离到一个独立的类中,让这个类只负责对象的创建。
  • 而这个类就是我们所说的 简单工厂模式类
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public class RuleConfigSource {
public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) {
String ruleConfigFileExtension = getFileExtension(ruleConfigFilePath);
IRuleConfigParser parser = RuleConfigParserFactory.createParser(ruleConfigFileExtension);
if (parser == null) {
throw new InvalidRuleConfigException(
"Rule config file format is not supported: " + ruleConfigFilePath);
}

String configText = "";
//从ruleConfigFilePath文件中读取配置文本到configText中
RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configText);
return ruleConfig;
}

private String getFileExtension(String filePath) {
//...解析文件名获取扩展名,比如rule.json,返回json
return "json";
}
}

// 简单工厂模式类↓↓↓
public class RuleConfigParserFactory {
public static IRuleConfigParser createParser(String configFormat) {
IRuleConfigParser parser = null;
if ("json".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
parser = new JsonRuleConfigParser();
} else if ("xml".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
parser = new XmlRuleConfigParser();
} else if ("yaml".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
parser = new YamlRuleConfigParser();
} else if ("properties".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
parser = new PropertiesRuleConfigParser();
}
return parser;
}
}
  • 在上面的代码实现中,我们每次调用 RuleConfigParserFactorycreateParser() 的时候,都要创建一个新的 parser。
  • 实际上,如果 parser 可以服用,为了节省内存和对象创建的时间,我们可以将 parser 事先创建好缓存起来。
  • 当调用 createParser() 函数的时候,我们从缓存中取出 parser 对象直接使用。
  • 有点类似于,单利模式 和 简单工厂模式 的结合。作为简单工厂模式的第二种实现方式。
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public class RuleConfigParserFactory {
private static final Map<String, RuleConfigParser> cachedParsers = new HashMap<>();

static {
cachedParsers.put("json", new JsonRuleConfigParser());
cachedParsers.put("xml", new XmlRuleConfigParser());
cachedParsers.put("yaml", new YamlRuleConfigParser());
cachedParsers.put("properties", new PropertiesRuleConfigParser());
}

public static IRuleConfigParser createParser(String configFormat) {
if (configFormat == null || configFormat.isEmpty()) {
return null;//返回null还是IllegalArgumentException全凭你自己说了算
}
IRuleConfigParser parser = cachedParsers.get(configFormat.toLowerCase());
return parser;
}
}
  • 在简单工厂模式的代码实现中,有多处 if 分支判断逻辑,违背开闭原则,但权衡扩展性和可读性,这样的代码实现在大多数情况下是没有问题的。
  • 应用多态或设计模式来替代 if 分支判断逻辑,它虽然提高了代码的扩展性,更加符合开闭原则,但也增加了类的个数,牺牲了代码的可读性。

工厂方法

  • 如果非要去除掉代码中的 if 分支逻辑,比较经典的方式就是利用多态。
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public interface IRuleConfigParserFactory {
IRuleConfigParser createParser();
}

public class JsonRuleConfigParserFactory implements IRuleConfigParserFactory {
@Override
public IRuleConfigParser createParser() {
return new JsonRuleConfigParser();
}
}

public class XmlRuleConfigParserFactory implements IRuleConfigParserFactory {
@Override
public IRuleConfigParser createParser() {
return new XmlRuleConfigParser();
}
}

public class YamlRuleConfigParserFactory implements IRuleConfigParserFactory {
@Override
public IRuleConfigParser createParser() {
return new YamlRuleConfigParser();
}
}

public class PropertiesRuleConfigParserFactory implements IRuleConfigParserFactory {
@Override
public IRuleConfigParser createParser() {
return new PropertiesRuleConfigParser();
}
}
  • 以上,就是工厂方法模式的典型代码实现方式。这样当我们新增一种 parser 的时候,只需要新增一个实现了 IRuleConfigPArserFactory 接口的 Factory 类即可。

  • 所以,工厂方法比起简单工厂模式更加符合开闭原则。

  • 但是这里面存在一个问题,就是上层使用类,又会变为初版那样工厂对象的创建逻辑耦合进了 load() 函数

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public class RuleConfigSource {
public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) {
String ruleConfigFileExtension = getFileExtension(ruleConfigFilePath);

IRuleConfigParserFactory parserFactory = null;
if ("json".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {
parserFactory = new JsonRuleConfigParserFactory();
} else if ("xml".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {
parserFactory = new XmlRuleConfigParserFactory();
} else if ("yaml".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {
parserFactory = new YamlRuleConfigParserFactory();
} else if ("properties".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {
parserFactory = new PropertiesRuleConfigParserFactory();
} else {
throw new InvalidRuleConfigException("Rule config file format is not supported: " + ruleConfigFilePath);
}
IRuleConfigParser parser = parserFactory.createParser();

String configText = "";
//从ruleConfigFilePath文件中读取配置文本到configText中
RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configText);
return ruleConfig;
}

private String getFileExtension(String filePath) {
//...解析文件名获取扩展名,比如rule.json,返回json
return "json";
}
}
  • 解决方法:我们可以为工厂类再创建一个简单工厂,也就是工厂的工厂,用来创建工厂类对象。
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// RuleConfigParserFactoryMap 类是创建工厂对象的工厂类,getParserFactory() 返回的是缓存好的单例工厂对象。
public class RuleConfigSource {
public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) {
String ruleConfigFileExtension = getFileExtension(ruleConfigFilePath);

IRuleConfigParserFactory parserFactory = RuleConfigParserFactoryMap.getParserFactory(ruleConfigFileExtension);
if (parserFactory == null) {
throw new InvalidRuleConfigException("Rule config file format is not supported: " + ruleConfigFilePath);
}
IRuleConfigParser parser = parserFactory.createParser();

String configText = "";
//从ruleConfigFilePath文件中读取配置文本到configText中
RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configText);
return ruleConfig;
}

private String getFileExtension(String filePath) {
//...解析文件名获取扩展名,比如rule.json,返回json
return "json";
}
}

//因为工厂类只包含方法,不包含成员变量,完全可以复用,
//不需要每次都创建新的工厂类对象,所以,简单工厂模式的第二种实现思路更加合适。
public class RuleConfigParserFactoryMap { //工厂的工厂
private static final Map<String, IRuleConfigParserFactory> cachedFactories = new HashMap<>();

static {
cachedFactories.put("json", new JsonRuleConfigParserFactory());
cachedFactories.put("xml", new XmlRuleConfigParserFactory());
cachedFactories.put("yaml", new YamlRuleConfigParserFactory());
cachedFactories.put("properties", new PropertiesRuleConfigParserFactory());
}

public static IRuleConfigParserFactory getParserFactory(String type) {
if (type == null || type.isEmpty()) {
return null;
}
IRuleConfigParserFactory parserFactory = cachedFactories.get(type.toLowerCase());
return parserFactory;
}
}

问题:什么时候该用工厂方法模式,而非简单工厂模式?

  • 基于单一职责的设计思想,当创建对象逻辑比较复杂,不只是简单的 new 一下就可以,而是要组合其他类对象,做各种初始化操作的时候,我们推荐使用工厂方法模式,将复杂的创建逻辑拆分到多个工厂类中,让每个工厂类都不至于过于复杂。
  • 而使用简单工厂模式,将所有的创建逻辑都放到一个工厂类中,会导致这个工厂类变得很复杂。
  • 如果对象不可复用,那工厂每次都要返回不同的对象:
    • 使用简单工厂模式实现,包含 if 分支逻辑的实现方式。
    • 避免 if-else 分支逻辑,就推荐使用工厂方法模式。

抽象工厂

  • 场景:
    • 在简单工厂和工厂方法模式中,解析器只根据配置文件格式来分类,但是,如果类有两种分类方式,比如,我们既可以按照配置文件格式来分类,也可以按照解析的对象来分类。
    • 针对这种特殊的场景,如果还是继续用工厂方法来实现的话,我们需要针对每个 parser 都编写一个工厂类。如果未来还需要增加针对业务配置的解析器,那就要再对应地增加工厂类。
  • 过多的类会让系统难维护。
  • 解决方式:
    • 抽象工厂针对这种特殊的场景诞生。我们可以让一个工厂负责创建过个不同类型的对象,而不是只创建一种 parser 对象。
    • 这样可以有效地减少工厂类的个数。
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public interface IConfigParserFactory {
IRuleConfigParser createRuleParser();
ISystemConfigParser createSystemParser();
//此处可以扩展新的parser类型,比如IBizConfigParser
}

public class JsonConfigParserFactory implements IConfigParserFactory {
@Override
public IRuleConfigParser createRuleParser() {
return new JsonRuleConfigParser();
}

@Override
public ISystemConfigParser createSystemParser() {
return new JsonSystemConfigParser();
}
}

public class XmlConfigParserFactory implements IConfigParserFactory {
@Override
public IRuleConfigParser createRuleParser() {
return new XmlRuleConfigParser();
}

@Override
public ISystemConfigParser createSystemParser() {
return new XmlSystemConfigParser();
}
}

// 省略YamlConfigParserFactory和PropertiesConfigParserFactory代码

应用工厂模式最本质的参考标准:

  1. 封装变化:创建逻辑有可能变化,封装成工厂类之后,创建逻辑的变更对调用者透明;
  2. 代码复用:创建代码抽离到独立的工厂类之后可以复用;
  3. 隔离复杂性:封装复杂的创建逻辑,调用者无需了解如何创建对象;
  4. 控制复杂度:将创建代码抽离出来,让原本的函数或类职责更单一,代码更简洁;

为什么没事不要随便用工厂模式创建对象

工厂模式和依赖注入容器

区别

  1. 工厂模式中,一个工厂类只负责某个类对象或者某一组相关类对象(继承自同一抽象类或者接口的子类)的创建;
  2. DI 容器负责的是整个应用中所有类对象的创建;
  3. DI 容器还需要负责配置类的解析、对象声明周期的管理;

DI 容器的核心功能

1. 配置解析
  • 背景:
    • 在工厂模式中,工厂类要创建哪个类对象是事先确定好的,并且是写死在工厂类代码中的。作为一个通用的框架来说, 框架代码跟应用代码应该是高度解耦的,DI 容器事先并不知道应用会创建哪些对象 ,不可能把某个应用要创建的对象写死在框架代码中。
    • 所以,我们需要通过一种形式,让应用告知 DI 容器要创建哪些对象。
  • 做法:
    • 将需要由 DI 容器来创建的类对象和创建类对象的必要信息,放到配置文件中。
    • 容器读取配置文件,根据配置文件提供的信息来创建对象。
  • 举例:
    • Spring 容器的配置文件,定义 beans 的依赖关系以及位置
2. 对象创建
  • 背景:
    • 在 DI 容器中国,如果我们给每个类都创建一个工厂列,那项目中类的个数会成倍增加,这回增加代码的维护成本;
  • 做法:
    • 将所有类对象的创建放到一个工厂类中完成。
  • 举例:
    • Spring 容器中的 BeansFactory。
3. 对象声明周期管理
  • 背景:
    • 简单工厂模式有两种实现方式:一种是每次都返回新创建的对象,另一种是每次都返回同一个事先创建好的对象,也就是所谓的单例对象。
  • 做法:
    • 在 Spring 框架中,我们可以通过配置 scope 属性,来区分这两种不同类型的对象。scope=prototype 表示返回新创建的对象,scope=singleton 表示返回单例对象,默认返回单例;
    • Spring 框架中,可以配置对象是否支持懒加载。如果 lazy-init=true,对象在真正被使用到的时候才被创建;如果 lazy-init=false,对象在应用启动的时候就事先创建好。
    • 配置对象的 init-methoddestroy-method 方法,如: init-method=loadProperties()destroy-method=updateConfigFile()
      • 在 DI 容器在创建好对象之后,会主动调用 init-method 属性指定的方法来初始化对象。
      • 在对象被最终销毁之前,DI 容器会主动调用 destroy-method 属性指定的方法来做一些清理工作,比如释放数据库连接池、关闭文件。

实现一个简单的 DI 容器

  • 核心逻辑:
    • 配置文件解析
    • 根据配置文件通过 反射 语法来创建对象

1. 最小原型设计

  • 在最小原型设置中,配置文件中支持的配置语法仅限配置 beans>bean.id.class.scope.lazy-init>constructor-arg.type.value.ref
  • 使用示例:
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public class Demo {
public static void main(String[] args) {
ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext(
"beans.xml");
RateLimiter rateLimiter = (RateLimiter) applicationContext.getBean("rateLimiter");
rateLimiter.test();
//...
}
}

2. 提供执行入口

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public interface ApplicationContext {
Object getBean(String beanId);
}

public class ClassPathXmlApplicationContext implements ApplicationContext {
private BeansFactory beansFactory;
private BeanConfigParser beanConfigParser;

public ClassPathXmlApplicationContext(String configLocation) {
this.beansFactory = new BeansFactory();
this.beanConfigParser = new XmlBeanConfigParser();
loadBeanDefinitions(configLocation);
}

private void loadBeanDefinitions(String configLocation) {
InputStream in = null;
try {
in = this.getClass().getResourceAsStream("/" + configLocation);
if (in == null) {
throw new RuntimeException("Can not find config file: " + configLocation);
}
List<BeanDefinition> beanDefinitions = beanConfigParser.parse(in);
beansFactory.addBeanDefinitions(beanDefinitions);
} finally {
if (in != null) {
try {
in.close();
} catch (IOException e) {
// TODO: log error
}
}
}
}

@Override
public Object getBean(String beanId) {
return beansFactory.getBean(beanId);
}
}
  • ClassPathXmlApplicationContext 负责组装 BeansFactory 和 BeanConfigParser 两个类;
  • 执行流程:
    • 从 classpath 中加载 XML 格式的配置文件,通过 BeanCofigParser 解析为统一的 BeanDefinition 格式;
    • 然后,BeansFactory 根据 BeanDefinition 来创建对象;

3. 配置文件解析

  • 配置文件解析主要包含 BeanConfigParser 接口和 XmlBeanConfigParser 实现类,负责将配置文件解析为 BeanDefinition 结构,以便 BeansFactory 根据这个结构来创建对象。
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public interface BeanConfigParser {
List<BeanDefinition> parse(InputStream inputStream);
List<BeanDefinition> parse(String configContent);
}

public class XmlBeanConfigParser implements BeanConfigParser {

@Override
public List<BeanDefinition> parse(InputStream inputStream) {
String content = null;
// TODO:...
return parse(content);
}

@Override
public List<BeanDefinition> parse(String configContent) {
List<BeanDefinition> beanDefinitions = new ArrayList<>();
// TODO:...
return beanDefinitions;
}

}

public class BeanDefinition {
private String id;
private String className;
private List<ConstructorArg> constructorArgs = new ArrayList<>();
private Scope scope = Scope.SINGLETON;
private boolean lazyInit = false;
// 省略必要的getter/setter/constructors

public boolean isSingleton() {
return scope.equals(Scope.SINGLETON);
}


public static enum Scope {
SINGLETON,
PROTOTYPE
}

public static class ConstructorArg {
private boolean isRef;
private Class type;
private Object arg;
// 省略必要的getter/setter/constructors
}
}

4. 核心工厂类设计

  • BeansFactory 根据从配置文件解析得到的 BeanDefinition 来创建对象。
  • 如果对象的 scope 属性是 singleton,那对象创建之后会缓存在 singletonObjects 这样一个 map 中,下次再请求此对象的时候,直接从 map 中取出返回,不需要重新创建。
  • 如果对象的 scope 属性是 prototype,那每次请求对象,BeansFactory 都会创建一个新的对象返回。
  • BeansFactory 创建对象用到的主要技术点是 Java 中的反射语法。
  • 代码示例:
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public class BeansFactory {
private ConcurrentHashMap<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>();
private ConcurrentHashMap<String, BeanDefinition> beanDefinitions = new ConcurrentHashMap<>();

public void addBeanDefinitions(List<BeanDefinition> beanDefinitionList) {
for (BeanDefinition beanDefinition : beanDefinitionList) {
this.beanDefinitions.putIfAbsent(beanDefinition.getId(), beanDefinition);
}

for (BeanDefinition beanDefinition : beanDefinitionList) {
if (beanDefinition.isLazyInit() == false && beanDefinition.isSingleton()) {
createBean(beanDefinition);
}
}
}

public Object getBean(String beanId) {
BeanDefinition beanDefinition = beanDefinitions.get(beanId);
if (beanDefinition == null) {
throw new NoSuchBeanDefinitionException("Bean is not defined: " + beanId);
}
return createBean(beanDefinition);
}

@VisibleForTesting
protected Object createBean(BeanDefinition beanDefinition) {
if (beanDefinition.isSingleton() && singletonObjects.contains(beanDefinition.getId())) {
return singletonObjects.get(beanDefinition.getId());
}

Object bean = null;
try {
Class beanClass = Class.forName(beanDefinition.getClassName());
List<BeanDefinition.ConstructorArg> args = beanDefinition.getConstructorArgs();
if (args.isEmpty()) {
bean = beanClass.newInstance();
} else {
Class[] argClasses = new Class[args.size()];
Object[] argObjects = new Object[args.size()];
for (int i = 0; i < args.size(); ++i) {
BeanDefinition.ConstructorArg arg = args.get(i);
if (!arg.getIsRef()) {
argClasses[i] = arg.getType();
argObjects[i] = arg.getArg();
} else {
BeanDefinition refBeanDefinition = beanDefinitions.get(arg.getArg());
if (refBeanDefinition == null) {
throw new NoSuchBeanDefinitionException("Bean is not defined: " + arg.getArg());
}
argClasses[i] = Class.forName(refBeanDefinition.getClassName());
argObjects[i] = createBean(refBeanDefinition);
}
}
bean = beanClass.getConstructor(argClasses).newInstance(argObjects);
}
} catch (ClassNotFoundException | IllegalAccessException
| InstantiationException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) {
throw new BeanCreationFailureException("", e);
}

if (bean != null && beanDefinition.isSingleton()) {
singletonObjects.putIfAbsent(beanDefinition.getId(), bean);
return singletonObjects.get(beanDefinition.getId());
}
return bean;
}
}

思考题

BeansFactory 类中的 createBean() 函数是一个递归函数。当构造函数的参数是 ref 类型时,会递归地创建 ref 属性指向的对象。如果我们在配置文件中错误地配置了对象之间的依赖关系,导致存在循环依赖,那 BeansFactory 的 createBean() 函数是否会出现堆栈溢出?又该如何解决这个问题呢?

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