Spring源码分析（十四）循环依赖1：思路分析

先普及一点AOP知识

@ComponentScan(value = "com.yth.application")
@EnableAspectJAutoProxy//开启AOP的注解
public class AppConfig {}

@Component
@Aspect//配置切面
public class MyAspect {
	//前置通知
    @Before("execution(public void com.yth.application.service.OrderService.test())")
    public void before(JoinPoint joinPoint) {
        System.out.println("aspect before");
    }
}

@Component
public class OrderService {
    public void test() {
        System.out.println("test");
    }
}

//启动类
public class Start {
    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        ((OrderService)context.getBean("orderService")).test();
    }
}
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上面是一个简单的DEMO，而AOP功能实现的入口其实是在Bean生命周期的初始化后，由一个BeanPostProcessor实现的：
org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#applyBeanPostProcessorsAfterInitialization

public Object applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(Object existingBean, String beanName)
        throws BeansException {

    Object result = existingBean;
    for (BeanPostProcessor processor : getBeanPostProcessors()) {
        Object current = processor.postProcessAfterInitialization(result, beanName);
        if (current == null) {
            return result;
        }
        result = current;
    }
    return result;
}
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开启AOP之后，BeanPostProcessors中会多一个AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator，专门实现AOP功能

如果bean被切面切中了，postProcessAfterInitialization就会返回该bean的代理对象：

什么是循环依赖？

很简单，就是A对象依赖了B对象，B对象依赖了A对象。
比如：

// A依赖了B
class A{
	public B b;
}

// B依赖了A
class B{
	public A a;
}
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那么循环依赖是个问题吗？
如果不考虑Spring，循环依赖并不是问题，因为对象之间相互依赖是很正常的事情。
比如：

A a = new A();
B b = new B();

a.b = b;
b.a = a;
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这样，A，B就依赖上了。

但是，在Spring中循环依赖就是一个问题了，为什么？
因为，在Spring中，一个对象并不是简单new出来了，而是会经过一系列的Bean的生命周期，就是因为Bean的生命周期所以才会出现循环依赖问题。当然，在Spring中，出现循环依赖的场景很多，有的场景Spring自动帮我们解决了，而有的场景则需要程序员来解决，下文详细来说。

要明白Spring中的循环依赖，得先明白Spring中Bean的生命周期。

Bean的生命周期

这里不会对Bean的生命周期进行详细的描述，只描述一下大概的过程。
Bean的生命周期指的就是：在Spring中，Bean是如何生成的？

被Spring管理的对象叫做Bean。Bean的生成步骤如下：

1. Spring扫描class得到BeanDefinition
2. 根据得到的BeanDefinition去生成bean
3. 首先根据class推断构造方法
4. 根据推断出来的构造方法，反射，得到一个对象（暂时叫做原始对象）
5. 填充原始对象中的属性（依赖注入）
6. 如果原始对象中的某个方法被AOP了，那么则需要根据原始对象生成一个代理对象
7. 把最终生成的代理对象放入单例池（源码中叫做singletonObjects）中，下次getBean时就直接从单例池拿即可

可以看到，对于Spring中的Bean的生成过程，步骤还是很多的，并且不仅仅只有上面的7步，还有很多，比如Aware回调、初始化等等，这里不详细讨论。

可以发现，在Spring中，构造一个Bean，包括了new这个步骤（第4步构造方法反射）。

得到一个原始对象后，Spring需要给对象中的属性进行依赖注入，那么这个注入过程是怎样的？

比如上文说的A类，A类中存在一个B类的b属性，所以，当A类生成了一个原始对象之后，就会去给b属性去赋值，此时就会根据b属性的类型和属性名去BeanFactory中去获取B类所对应的单例bean。如果此时BeanFactory中存在B对应的Bean，那么直接拿来赋值给b属性；如果此时BeanFactory中不存在B对应的Bean，则需要生成一个B对应的Bean，然后赋值给b属性。

问题就出现在第二种情况，如果此时B类在BeanFactory中还没有生成对应的Bean，那么就需要去生成，就会经过B的Bean的生命周期。

那么在创建B类的Bean的过程中，如果B类中存在一个A类的a属性，那么在创建B的Bean的过程中就需要A类对应的Bean，但是，触发B类Bean的创建的条件是A类Bean在创建过程中的依赖注入，所以这里就出现了循环依赖：

A Bean创建–>依赖了B属性–>触发B Bean创建—>B依赖了A属性—>需要A Bean（但A Bean还在创建过程中）

从而导致ABean创建不出来，BBean也创建不出来。

这是循环依赖的场景，但是上文说了，在Spring中，通过某些机制帮开发者解决了部分循环依赖的问题，这个机制就是三级缓存。

三级缓存

三级缓存是通用的叫法。
一级缓存为：singletonObjects
二级缓存为：earlySingletonObjects
三级缓存为：singletonFactories

先稍微解释一下这三个缓存的作用，后面详细分析：

• singletonObjects：缓存的是已经经历了完整生命周期的bean对象。
• earlySingletonObjects：比singletonObjects多了一个early，表示缓存的是早期的bean对象。早期是什么意思？表示Bean的生命周期还没走完就把这个Bean放入了earlySingletonObjects。
• singletonFactories：缓存的是ObjectFactory，表示对象工厂，表示用来创建早期bean对象的工厂。

思路分析

@Component
public class AService {
    @Autowired
    private BService bService;
}

@Component
public class BService {
    @Autowired
    private AService aService;
}
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解决方案：缓存

• 把实例化阶段得到的对象称为“原始对象”，与AOP情况得到的代理对象做区分
• 源码中用的就是三级缓存singletonFactories，不过我们这里先把它理解成key是BeanName，Value是原始对象的Map

B在注入A的这一刻，拿到的是A的原始对象，此时A还没有经过属性填充、初始化等。
等B走完后续流程成为一个完全B，返回给A注入后，A还会继续走完后续流程，最终也成为一个完全A
此时对于B来说，注入的A，与A最终放入单例池的是同一个对象。
等价于：

A a = new A();

B b = new B();
b.a = a;

a.b = b;
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但是还有AOP代理的情况：

AOP是在初始化后这个阶段生成代理对象的，假设A需要进行AOP
那A经过初始化后就会生成了一个代理对象，此时最终放入单例池中的是A的代理对象
但是B注入A时拿到的是原始对象。

怎么解决？在对象A实例化后，提前判断是否需要AOP，如果需要AOP就提前生成代理对象存到Map缓存里即可

这样其实就已经能解决了。

但是！！

1. 在实例化之后，依赖注入之前，提前AOP生成代理对象，是不符合Bean生命周期的设计的，正常流程的AOP应该在初始化后进行的。
2. 而要解决循环依赖的话，不可能不考虑AOP，考虑AOP的话，就只能提前AOP

综上两点，得出方案：所以只有当A出现了循环依赖的情况下，才需要提前进行AOP

那如何判断出现了循环依赖？只能在2.2这一步中才能发现

• Bean刚创建的时候用一个Set（源码中叫singletonsCurrentlyInCreation）记录当前创建中的BeanName，表示当前Bean正在创建中（等当前Bean走完全部Bean生命周期流程后再从Set删除当前Bean名称，代表创建完成了，不是创建中状态了）
• 当B要填充A时，先从单例池找没有，在根据这个Set就能知道A还在创建中，此时说明A发生了循环依赖

出现了循环依赖以后，再判断是否需要AOP

• 需要则提前AOP得到代理对象，赋值给属性
• 不需要则直接返回原始对象，赋值给属性

再考虑一个场景，假设A注入B、C两个属性（B、C都要注入A）
当C创建过程中注入A时，会再次发现A出现循环依赖，并需要AOP
但此时就不能再生成新的代理对象了，而是需要拿之前B创建过程中生成过的
所以在生成代理对象后也需要搞个map缓存起来（源码中叫二级缓存earlySingletonObjects）
即发现循环依赖以后，先从二级缓存中取，没有再生成，从而保证单例

通过earlySingletonObjects保证拿到的是同一个代理对象。

另外发生循环依赖的时候，就算不需要AOP，也会将原始对象放到二级缓存earlySingletonObjects中

• singletonObjects：单例池，放的是经过完整生命周期的Bean
• earlySingletonObjects：早期单例池，存的对象还没有经过完整的生命周期（可能是原始对象，可能是代理对象，存在的意义是保证单例）

经过分析，其实已经出现三个Map了，只有singletonFactories与Spring中的有点不一样：
在Spring中，三级缓存singletonFactories不仅缓存了原始对象，还缓存了 “是否需要AOP，需要AOP则返回代理对象，不需要则返回原始对象” 这段逻辑，通过将原始对象封装到ObjectFactory类的对象中（lambda表达式）实现的。

gerEarlyBeanReference包含了AOP判断的逻辑，bean就是原始对象
对于lambda表达式来说就是实现并new了一个ObjectFactory对象

那这段AOP判断逻辑具体是怎么实现，由谁实现的呢？
我们知道AOP的功能实现是AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator这个类提供的，就是根据它来判断是否需要AOP，且由它生成AOP的代理对象的，它是一个BeanPostProcessor，正常逻辑是初始化后生成代理对象的。

而AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator除了是一个BeanPostProcessor，也是一个SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor！提供了提前获取Bean引用的接口，此接口当发生循环依赖的时候会被调用，从而生成代理对象。

看下具体实现：

再重新梳理一下逻辑：

三级缓存拿到的lambda表达式（ObjectFactory）执行以后，得到的对象可能是代理对象，也有可能是原始对象，但都是一个半成品（没有经过完整的Bean生命周期），会放入二级缓存

假设还有一个C在B完全初始化之后也要注入A，此时通过二级缓存就能拿到，保证单例

总结：

• singletonObjects：一级缓存，单例池，存最终经过完整生命周期的Bean
• earlySingletonObjects：二级缓存，早期单例池，存半成品，未经过完整生命周期的Bean，可能是原始对象，也有可能是代理对象，存在的意义就是保证在循环依赖的情况下最终拿到的都是同一个对象（保证单例）
• singletonFactories：三级缓存，单例工厂，工厂中有对原始对象的引用，真正打破循环依赖的map（打破循环依赖）

打破循环依赖的核心是三级缓存，而二级缓存存的是三级缓存生成的内容，为了保证单例。

总结

先来分析为什么缓存能解决循环依赖。
上文分析得到，之所以产生循环依赖的问题，主要是：
A创建时—>需要B---->B去创建—>需要A，从而产生了循环

那么如何打破这个循环，加个中间人（缓存）

A的Bean在创建过程中，在进行依赖注入之前，先把A的原始Bean放入缓存（提早暴露，只要放到缓存了，其他Bean需要时就可以从缓存中拿了），放入缓存后，再进行依赖注入，此时A的Bean依赖了B的Bean，如果B的Bean不存在，则需要创建B的Bean，而创建B的Bean的过程和A一样，也是先创建一个B的原始对象，然后把B的原始对象提早暴露出来放入缓存中，然后在对B的原始对象进行依赖注入A，此时能从缓存中拿到A的原始对象（虽然是A的原始对象，还不是最终的Bean），B的原始对象依赖注入完了之后，B的生命周期结束，那么A的生命周期也能结束。

因为整个过程中，都只有一个A原始对象，所以对于B而言，就算在属性注入时，注入的是A原始对象，也没有关系，因为A原始对象在后续的生命周期中在堆中没有发生变化。

从上面这个分析过程中可以得出，只需要一个缓存就能解决循环依赖了，那么为什么Spring中还需要singletonFactories呢？

这是难点，基于上面的场景想一个问题：如果A的原始对象注入给B的属性之后，A的原始对象进行了AOP产生了一个代理对象，此时就会出现，对于A而言，它的Bean对象其实应该是AOP之后的代理对象，而B的a属性对应的并不是AOP之后的代理对象，这就产生了冲突，B依赖的A和最终的A不是同一个对象。

AOP就是通过一个BeanPostProcessor来实现的，这个BeanPostProcessor就是AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator，它的父类是AbstractAutoProxyCreator，而在Spring中AOP利用的要么是JDK动态代理，要么CGLib的动态代理，所以如果给一个类中的某个方法设置了切面，那么这个类最终就需要生成一个代理对象。

一般过程就是：A类—>生成一个普通对象–>属性注入–>基于切面生成一个代理对象–>把代理对象放入singletonObjects单例池中。

而AOP可以说是Spring中除开IOC的另外一大功能，而循环依赖又是属于IOC范畴的，所以这两大功能想要并存，Spring需要特殊处理。

如何处理的，就是利用了第三级缓存singletonFactories。

首先，singletonFactories中存的是某个beanName对应的ObjectFactory，在bean的生命周期中，生成完原始对象之后，就会构造一个ObjectFactory存入singletonFactories中。这个ObjectFactory是一个函数式接口，所以支持Lambda表达式：() -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean)

注意，这个对象工厂中是包含“原始对象”的。

上面的Lambda表达式就是一个ObjectFactory，执行该Lambda表达式就会去执行getEarlyBeanReference方法，而该方法如下：

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
	Object exposedObject = bean;
	if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
		for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
			if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {
				SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
				exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
			}
		}
	}
	return exposedObject;
}
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该方法会去执行SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor中的getEarlyBeanReference方法，而这个接口下的实现类中只有两个类实现了这个方法，一个是AbstractAutoProxyCreator，一个是InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter，它的实现如下：

// InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {
	return bean;
}
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// AbstractAutoProxyCreator
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
	Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
	this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
	return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}
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在整个Spring中，默认就只有AbstractAutoProxyCreator真正意义上实现了getEarlyBeanReference方法，而该类就是用来进行AOP的。上文提到的AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator的父类就是AbstractAutoProxyCreator。

那么getEarlyBeanReference方法到底在干什么？
首先得到一个cachekey，cachekey就是beanName。
然后把beanName和bean（这是原始对象）存入earlyProxyReferences中
调用wrapIfNecessary进行AOP，得到一个代理对象。

那么，什么时候会调用getEarlyBeanReference方法呢？回到循环依赖的场景中

左边文字：
这个ObjectFactory就是上文说的labmda表达式，中间有getEarlyBeanReference方法，注意存入singletonFactories时并不会执行lambda表达式，也就是不会执行getEarlyBeanReference方法

右边文字：
从singletonFactories根据beanName得到一个ObjectFactory，然后执行ObjectFactory，也就是执行getEarlyBeanReference方法，此时会得到一个A原始对象经过AOP之后的代理对象，然后把该代理对象放入earlySingletonObjects中，注意此时并没有把代理对象放入singletonObjects中，那什么时候放入到singletonObjects中呢？

我们这个时候得来理解一下earlySingletonObjects的作用，此时，我们只得到了A原始对象的代理对象，这个对象还不完整，因为A原始对象还没有进行属性填充，所以此时不能直接把A的代理对象放入singletonObjects中，所以只能把代理对象放入earlySingletonObjects，假设现在有其他对象依赖了A，那么则可以从earlySingletonObjects中得到A原始对象的代理对象了，并且是A的同一个代理对象。

当B创建完了之后，A继续进行生命周期，而A在完成属性注入后，会按照它本身的逻辑去进行AOP，而此时我们知道A原始对象已经经历过了AOP，所以对于A本身而言，不会再去进行AOP了，那么怎么判断一个对象是否经历过了AOP呢？会利用上文提到的earlyProxyReferences，在AbstractAutoProxyCreator的postProcessAfterInitialization方法中，会去判断当前beanName是否在earlyProxyReferences，如果在则表示已经提前进行过AOP了，无需再次进行AOP。

对于A而言，进行了AOP的判断后，以及BeanPostProcessor的执行之后，就需要把A对应的对象放入singletonObjects中了，但是我们知道，应该是要把A的代理对象放入singletonObjects中，所以此时需要从earlySingletonObjects中得到代理对象，然后入singletonObjects中。

整个循环依赖解决完毕。