本文主要说明什么是Spring的循环依赖。哪些场景的循环依赖Spring可以解决。如何解决的。同时讲解了Spring的三级缓存。
参考上面的类图，Spring要初始化A类，但A类中有一个类型为B的属性，所以此时要去创建类型B。但是B类中又有一个A类型的属性，所以反过来又需要初始化A，但A此时又没有初始化完成。这就是循环依赖问题。
这个例子中说的是AB型循环依赖，还有ABC型。就是A中有B，B中有C，但C中又有A。
如果不考虑Spring，循环依赖其实并不是问题，因为对象之间相互依赖是很正常的事情。但在Spring中，一个对象并不是简单new出来就可以了，而是会经过一系列的Bean的生命周期。正式因为Beand生命周期的存在，才会出现循环依赖问题。所以建议大家可以先了解下Bean的生命周期。
首先并不是所有场景的循环依赖Spring都能解决的。Spring只能解决单例对象且set方法的循环依赖。构造器或者多例对象目前Spring无法解决。这种情况需要程序员自己避免或者向其他办法解决。
接下来正式介绍Spring解决循环依赖的机制，叫做三级缓存。
三级缓存说穿了，其实就是Spring中一个类的三个Map，
类名：DefaultSingletonBeanRegistry，源码参考如下：
public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {
/**
* 一级缓存
* 用于保存BeanName和创建bean实例之间的关系
*
* Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);
/**
* 三级缓存
* 用于保存BeanName和创建bean的工厂之间的关系
*
* Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);
/**
* 二级缓存
* 保存BeanName和创建bean实例之间的关系，与singletonFactories的不同之处在于，当一个单例bean被放到这里之后，那么当
* bean还在创建过程中，就可以通过getBean方法获取到，可以方便进行循环依赖的检测
*
* Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(16);
}
一级缓存（singletonObjects）中放的是已经初始化完成的bean对象。
二级缓存（earlySingletonObjects）比 singletonObjects 多了一个 early，表示存放的是实例化结束但还没初始化的bean对象。
三级缓存（singletonFactories）中存的是ObjectFactory，表示的是用来创建AOP代理对象的函数式接口。
如果不考虑AOP对象代理，其实只需要二级缓存足以解决问题。
我们先使用二级缓存来把解决流程演示一遍。
既然二级缓存就能解决循环依赖，那为什么考虑了AOP代理之后就必须使用三级缓存了呢？首先要了解的一个知识就是Spring的AOP代理对象的产生是在填充属性后进入到初始化阶段才进行的，是通过后置处理器BeanPostProcessor来实现。如果用二级缓存来解决，那么就要在属性填充的时候，就要将代理对象生成好，放入二级缓存了。那这样就与Spring的Bean生命周期相悖了。所以这种方式不好，于是就引入了三级缓存以及ObjectFactory对象。
引入了三级缓存之后的流程。
假设AB相互依赖，AC相互依赖。那么B实例化后，就该进行C的实例化，这时C就可以从二级缓存来获取A的实例引用了，就不需要再从三级缓存获取工厂让其生产实例。
即假设只有AB相互依赖，其他对象不依赖AB时，这里二级缓存是没用的，一级和三级缓存起作用。
接下来我们可以从Spring源码中印证上述想法的正确性。
AbstractBeanFactory.doGetBean()方法。第15行，先调用getSingleton方法去缓存中找。
/**
* 得到一个Bean实例的实例，
*
*/
protected <T> T doGetBean(
String name, @Nullable Class<T> requiredType, @Nullable Object[] args, boolean typeCheckOnly)
throws BeansException {
/** 提取对应的beanName，这里需要转换的原因在于，当bean对象实现FactoryBean接口之后就会变成&beanName，同时如果存在别名，也需要把别名进行转换 */
String beanName = transformedBeanName(name);
Object bean;
// Eagerly check singleton cache for manually registered singletons.
/** 提前检查单例缓存中是否有手动注册的单例对象，跟循环依赖有关联 */
Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
// 如果bean的单例对象找到了，且没有创建bean实例时要使用的参数
if (sharedInstance != null && args == null) {
if (logger.isTraceEnabled()) {
if (isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
logger.trace("Returning eagerly cached instance of singleton bean '" + beanName +
"' that is not fully initialized yet - a consequence of a circular reference");
}
else {
logger.trace("Returning cached instance of singleton bean '" + beanName + "'");
}
}
// 返回对象的实例，当你实现了FactoryBean接口的对象，需要获取具体的对象的时候就需要此方法来进行获取了
bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);
}
else {
// Fail if we're already creating this bean instance:
// We're assumably within a circular reference.
// 当对象都是单例的时候会尝试解决循环依赖的问题，但是原型模式下如果存在循环依赖的情况，那么直接抛出异常
if (isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)) {
throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
}
// Check if bean definition exists in this factory.
// 如果bean定义不存在，就检查父工厂是否有
BeanFactory parentBeanFactory = getParentBeanFactory();
// 如果beanDefinitionMap中也就是在所有已经加载的类中不包含beanName，那么就尝试从父容器中获取
if (parentBeanFactory != null && !containsBeanDefinition(beanName)) {
// Not found -> check parent.
// 获取name对应的规范名称【全类名】，如果name前面有'&'，则会返回'&'+规范名称【全类名】
String nameToLookup = originalBeanName(name);
// 如果父工厂是AbstractBeanFactory的实例
if (parentBeanFactory instanceof AbstractBeanFactory) {
// 调用父工厂的doGetBean方法，就是该方法。【递归】
return ((AbstractBeanFactory) parentBeanFactory).doGetBean(
nameToLookup, requiredType, args, typeCheckOnly);
}
else if (args != null) {
// Delegation to parent with explicit args.
// 如果有创建bean实例时要使用的参数
// Delegation to parent with explicit args. 使用显示参数委派给父工厂
// 使用父工厂获取该bean对象,通bean全类名和创建bean实例时要使用的参数
return (T) parentBeanFactory.getBean(nameToLookup, args);
}
else if (requiredType != null) {
// No args -> delegate to standard getBean method.
// 没有创建bean实例时要使用的参数 -> 委托给标准的getBean方法。
// 使用父工厂获取该bean对象,通bean全类名和所需的bean类型
return parentBeanFactory.getBean(nameToLookup, requiredType);
}
else {
// 使用父工厂获取bean，通过bean全类名
return (T) parentBeanFactory.getBean(nameToLookup);
}
}
// 如果不是做类型检查，那么表示要创建bean，此处在集合中做一个记录
if (!typeCheckOnly) {
// 为beanName标记为已经创建（或将要创建）
markBeanAsCreated(beanName);
}
try {
// 此处做了BeanDefinition对象的转换，当我们从xml文件中加载beandefinition对象的时候，封装的对象是GenericBeanDefinition,
// 此处要做类型转换，如果是子类bean的话，会合并父类的相关属性
RootBeanDefinition mbd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
// 检查mbd的合法性，不合格会引发验证异常
checkMergedBeanDefinition(mbd, beanName, args);
// Guarantee initialization of beans that the current bean depends on.
// 如果存在依赖的bean的话，那么则优先实例化依赖的bean
String[] dependsOn = mbd.getDependsOn();
if (dependsOn != null) {
// 如果存在依赖，则需要递归实例化依赖的bean
for (String dep : dependsOn) {
// 如果beanName已注册依赖于dependentBeanName的关系
if (isDependent(beanName, dep)) {
throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
"Circular depends-on relationship between '" + beanName + "' and '" + dep + "'");
}
// 注册各个bean的依赖关系，方便进行销毁
registerDependentBean(dep, beanName);
try {
// 递归优先实例化被依赖的Bean
getBean(dep);
}
// 捕捉为找到BeanDefinition异常：'beanName'依赖于缺少的bean'dep'
catch (NoSuchBeanDefinitionException ex) {
throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
"'" + beanName + "' depends on missing bean '" + dep + "'", ex);
}
}
}
// Create bean instance.
// 创建bean的实例对象
if (mbd.isSingleton()) {
// 返回以beanName的(原始)单例对象，如果尚未注册，则使用singletonFactory创建并注册一个对象:
sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
try {
// 为给定的合并后BeanDefinition(和参数)创建一个bean实例
return createBean(beanName, mbd, args);
}
catch (BeansException ex) {
// Explicitly remove instance from singleton cache: It might have been put there
// eagerly by the creation process, to allow for circular reference resolution.
// Also remove any beans that received a temporary reference to the bean.
// 显示地从单例缓存中删除实例：它可能是由创建过程急切地放在那里，以允许循环引用解析。还要删除
// 接收到该Bean临时引用的任何Bean
// 销毁给定的bean。如果找到相应的一次性Bean实例，则委托给destoryBean
destroySingleton(beanName);
// 重新抛出ex
throw ex;
}
});
// 从beanInstance中获取公开的Bean对象，主要处理beanInstance是FactoryBean对象的情况，如果不是
// FactoryBean会直接返回beanInstance实例
bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
}
// 原型模式的bean对象创建
else if (mbd.isPrototype()) {
// It's a prototype -> create a new instance.
// 它是一个原型 -> 创建一个新实例
// 定义prototype实例
Object prototypeInstance = null;
try {
// 创建Prototype对象前的准备工作，默认实现将beanName添加到prototypesCurrentlyInCreation中
beforePrototypeCreation(beanName);
// 为mbd(和参数)创建一个bean实例
prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
}
finally {
// 创建完prototype实例后的回调，默认是将beanName从prototypesCurrentlyInCreation移除
afterPrototypeCreation(beanName);
}
// 从beanInstance中获取公开的Bean对象，主要处理beanInstance是FactoryBean对象的情况，如果不是
// FactoryBean会直接返回beanInstance实例
bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
}
else {
// 指定的scope上实例化bean
String scopeName = mbd.getScope();
if (!StringUtils.hasLength(scopeName)) {
throw new IllegalStateException("No scope name defined for bean ´" + beanName + "'");
}
// 从scopes中获取scopeName对于的Scope对象
Scope scope = this.scopes.get(scopeName);
// 如果scope为null
if (scope == null) {
// 抛出非法状态异常：没有名为'scopeName'的scope注册
throw new IllegalStateException("No Scope registered for scope name '" + scopeName + "'");
}
try {
// 从scope中获取beanName对应的实例对象
Object scopedInstance = scope.get(beanName, () -> {
// 创建Prototype对象前的准备工作，默认实现 将beanName添加到prototypesCurrentlyInCreation中
beforePrototypeCreation(beanName);
try {
// 为mbd(和参数)创建一个bean实例
return createBean(beanName, mbd, args);
}
finally {
// 创建完prototype实例后的回调，默认是将beanName从prototypesCurrentlyInCreation移除
afterPrototypeCreation(beanName);
}
});
// 从beanInstance中获取公开的Bean对象，主要处理beanInstance是FactoryBean对象的情况，如果不是
// FactoryBean会直接返回beanInstance实例
bean = getObjectForBeanInstance(scopedInstance, name, beanName, mbd);
}
catch (IllegalStateException ex) {
// 捕捉非法状态异常
// 抛出Bean创建异常：作用域 'scopeName' 对于当前线程是不活动的；如果您打算从单个实例引用它，请考虑为此
// beanDefinition一个作用域代理
throw new BeanCreationException(beanName,
"Scope '" + scopeName + "' is not active for the current thread; consider " +
"defining a scoped proxy for this bean if you intend to refer to it from a singleton",
ex);
}
}
}
catch (BeansException ex) {
// 捕捉获取Bean对象抛出的Bean异常
// 在Bean创建失败后，对缓存的元数据执行适当的清理
cleanupAfterBeanCreationFailure(beanName);
// 重新抛出ex
throw ex;
}
}
// Check if required type matches the type of the actual bean instance.
// 检查requiredType是否与实际Bean实例的类型匹配
// 如果requiredType不为null&&bean不是requiredType的实例
if (requiredType != null && !requiredType.isInstance(bean)) {
try {
// 获取此BeanFactory使用的类型转换器，将bean转换为requiredType
T convertedBean = getTypeConverter().convertIfNecessary(bean, requiredType);
// 如果convertedBean为null
if (convertedBean == null) {
// 抛出Bean不是必要类型的异常
throw new BeanNotOfRequiredTypeException(name, requiredType, bean.getClass());
}
// 返回convertedBean
return convertedBean;
}
catch (TypeMismatchException ex) {
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Failed to convert bean '" + name + "' to required type '" +
ClassUtils.getQualifiedName(requiredType) + "'", ex);
}
throw new BeanNotOfRequiredTypeException(name, requiredType, bean.getClass());
}
}
// 将bean返回出去
return (T) bean;
}
DefaultSingletonBeanRegistry.getSingleton()方法。从三级缓存中找到对象之后还会调用ObjectFactory的getObject()方法得到单例对象。放到二级缓存中，同时从三级缓存中移除。
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
// Quick check for existing instance without full singleton lock
// 从单例对象缓存（一级缓存）中获取beanName对应的单例对象
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
// 如果单例对象缓存中没有，并且该beanName对应的单例bean正在创建中
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
// 从早期单例对象缓存（二级缓存）中获取单例对象（之所称成为早期单例对象，是因为earlySingletonObjects里的对象的都是通过提前曝光的ObjectFactory创建出来的，还未进行属性填充等操作）
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
// 如果在早期单例对象缓存中也没有，并且允许创建早期单例对象引用
if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
// 如果为空，则锁定全局变量并进行处理
synchronized (this.singletonObjects) {
// Consistent creation of early reference within full singleton lock
singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null) {
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null) {
// 当某些方法需要提前初始化的时候则会调用addSingletonFactory方法将对应的ObjectFactory初始化策略存储在singletonFactories
ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
if (singletonFactory != null) {
// 如果存在单例对象工厂，则通过工厂创建一个单例对象
singletonObject = singletonFactory.getObject();
// 记录在缓存中，二级缓存和三级缓存的对象不能同时存在
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
// 从三级缓存中移除
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
}
}
return singletonObject;
}
AbstractAutowireCapableBeanFactory.doCreateBean()方法.对于符合循环依赖条件的bean，会往三级缓存中放入一个lambda表达式返回的ObjectFactory对象
// ... 省略非关键代码
// 判断当前bean是否需要提前曝光：单例&允许循环依赖&当前bean正在创建中，检测循环依赖
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Eagerly caching bean '" + beanName +
"' to allow for resolving potential circular references");
}
// 为避免后期循环依赖，可以在bean初始化完成前将创建实例的ObjectFactory加入工厂
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
synchronized (this.singletonObjects) {
if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
//实例化后的对象先添加到三级缓存中，三级缓存对应beanName的是一个lambda表达式(能够触发创建代理对象的机制)
this.singletonFactories.put(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
this.registeredSingletons.add(beanName);
}
}
}
// Initialize the bean instance.
// 初始化bean实例
Object exposedObject = bean;
try {
// 对bean的属性进行填充，将各个属性值注入，其中，可能存在依赖于其他bean的属性，则会递归初始化依赖的bean
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
// 执行初始化逻辑
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
}
catch (Throwable ex) {
if (ex instanceof BeanCreationException && beanName.equals(((BeanCreationException) ex).getBeanName())) {
throw (BeanCreationException) ex;
}
else {
throw new BeanCreationException(
mbd.getResourceDescription(), beanName, "Initialization of bean failed", ex);
}
}
AbstractBeanFactory的doGetBean()方法中。运行createBean方法后，会调用getSingleton方法。
// 创建bean的实例对象
if (mbd.isSingleton()) {
// 返回以beanName的(原始)单例对象，如果尚未注册，则使用singletonFactory创建并注册一个对象:
sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
try {
// 为给定的合并后BeanDefinition(和参数)创建一个bean实例
return createBean(beanName, mbd, args);
}
catch (BeansException ex) {
// Explicitly remove instance from singleton cache: It might have been put there
// eagerly by the creation process, to allow for circular reference resolution.
// Also remove any beans that received a temporary reference to the bean.
// 显示地从单例缓存中删除实例：它可能是由创建过程急切地放在那里，以允许循环引用解析。还要删除
// 接收到该Bean临时引用的任何Bean
// 销毁给定的bean。如果找到相应的一次性Bean实例，则委托给destoryBean
destroySingleton(beanName);
// 重新抛出ex
throw ex;
}
});
// 从beanInstance中获取公开的Bean对象，主要处理beanInstance是FactoryBean对象的情况，如果不是
// FactoryBean会直接返回beanInstance实例
bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
}
这里的getSingleton方法和上面的不一样，如果从一级缓存没有找到，那么会调用addSingleton()方法将其加入到一级缓存中。
public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
// 如果beanName为null，抛出异常
Assert.notNull(beanName, "Bean name must not be null");
// 使用单例对象的高速缓存Map作为锁，保证线程同步
synchronized (this.singletonObjects) {
// 从单例对象的高速缓存Map中获取beanName对应的单例对象
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
// 如果单例对象获取不到
if (singletonObject == null) {
// 如果当前在destorySingletons中
if (this.singletonsCurrentlyInDestruction) {
throw new BeanCreationNotAllowedException(beanName,
"Singleton bean creation not allowed while singletons of this factory are in destruction " +
"(Do not request a bean from a BeanFactory in a destroy method implementation!)");
}
// 如果当前日志级别时调试
if (logger.isDebugEnabled()) {
logger.debug("Creating shared instance of singleton bean '" + beanName + "'");
}
// 创建单例之前的回调,默认实现将单例注册为当前正在创建中
beforeSingletonCreation(beanName);
// 表示生成了新的单例对象的标记，默认为false，表示没有生成新的单例对象
boolean newSingleton = false;
// 有抑制异常记录标记,没有时为true,否则为false
boolean recordSuppressedExceptions = (this.suppressedExceptions == null);
// 如果没有抑制异常记录
if (recordSuppressedExceptions) {
// 对抑制的异常列表进行实例化(LinkedHashSet)
this.suppressedExceptions = new LinkedHashSet<>();
}
try {
// 从单例工厂中获取对象
singletonObject = singletonFactory.getObject();
// 生成了新的单例对象的标记为true，表示生成了新的单例对象
newSingleton = true;
}
catch (IllegalStateException ex) {
// Has the singleton object implicitly appeared in the meantime ->
// if yes, proceed with it since the exception indicates that state.
// 同时，单例对象是否隐式出现 -> 如果是，请继续操作，因为异常表明该状态
// 尝试从单例对象的高速缓存Map中获取beanName的单例对象
singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
// 如果获取失败，抛出异常
if (singletonObject == null) {
throw ex;
}
}
// 捕捉Bean创建异常
catch (BeanCreationException ex) {
// 如果没有抑制异常记录
if (recordSuppressedExceptions) {
// 遍历抑制的异常列表
for (Exception suppressedException : this.suppressedExceptions) {
// 将抑制的异常对象添加到 bean创建异常 中，这样做的，就是相当于 '因XXX异常导致了Bean创建异常‘ 的说法
ex.addRelatedCause(suppressedException);
}
}
// 抛出异常
throw ex;
}
finally {
// 如果没有抑制异常记录
if (recordSuppressedExceptions) {
// 将抑制的异常列表置为null，因为suppressedExceptions是对应单个bean的异常记录，置为null
// 可防止异常信息的混乱
this.suppressedExceptions = null;
}
// 创建单例后的回调,默认实现将单例标记为不在创建中
afterSingletonCreation(beanName);
}
// 生成了新的单例对象
if (newSingleton) {
// 将beanName和singletonObject的映射关系添加到该工厂的单例缓存中:
addSingleton(beanName, singletonObject);
}
}
// 返回该单例对象
return singletonObject;
}
}
/**
* 将beanName和singletonObject的映射关系添加到该工厂的单例缓存中
*
* Add the given singleton object to the singleton cache of this factory.
* To be called for eager registration of singletons.
* @param beanName the name of the bean
* @param singletonObject the singleton object
*/
protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
synchronized (this.singletonObjects) {
// 将映射关系添加到单例对象的高速缓存（一级缓存）中
this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
// 移除beanName在单例工厂缓存中的数据（三级缓存）
this.singletonFactories.remove(beanName);
// 移除beanName在早期单例对象的高速缓存的数据（二级缓存）
this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
// 将beanName添加到已注册的单例集中
this.registeredSingletons.add(beanName);
}
}