深入剖析Spring框架：循环依赖的解决机制

你好，我是柳岸花开。

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。

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。

三级缓存

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中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中缓存的是ObjectFactory，表示对象工厂，表示用来创建早期bean对象的工厂。

解决循环依赖思路分析

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)

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;
}
1

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;
}
1

// 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);
}
1

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

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。

总结

至此，总结一下三级缓存：

1. singletonObjects：缓存经过了 完整生命周期的bean
2. earlySingletonObjects：缓存 未经过完整生命周期的bean，如果某个bean出现了循环依赖，就会 提前把这个暂时未经过完整生命周期的bean放入earlySingletonObjects中，这个bean如果要经过AOP，那么就会把代理对象放入earlySingletonObjects中，否则就是把原始对象放入earlySingletonObjects，但是不管怎么样，就是代理对象，代理对象所代理的原始对象也是没有经过完整生命周期的，所以放入earlySingletonObjects我们就可以统一认为是 未经过完整生命周期的bean。
3. singletonFactories：缓存的是一个ObjectFactory，也就是一个Lambda表达式。在每个Bean的生成过程中，经过 实例化得到一个原始对象后，都会提前基于原始对象暴露一个Lambda表达式，并保存到三级缓存中，这个Lambda表达式 可能用到，也可能用不到，如果当前Bean没有出现循环依赖，那么这个Lambda表达式没用，当前bean按照自己的生命周期正常执行，执行完后直接把当前bean放入singletonObjects中，如果当前bean在依赖注入时发现出现了循环依赖（当前正在创建的bean被其他bean依赖了），则从三级缓存中拿到Lambda表达式，并执行Lambda表达式得到一个对象，并把得到的对象放入二级缓存（(如果当前Bean需要AOP，那么执行lambda表达式，得到就是对应的代理对象，如果无需AOP，则直接得到一个原始对象)）。
4. 其实还要一个缓存，就是 earlyProxyReferences，它用来记录某个原始对象是否进行过AOP了。

为什么需要二级缓存？

• 一级缓存和二级缓存相比： 二级缓存只要是为了分离成熟Bean和纯净Bean(未注入属性)的存放， 防止多线程中在Bean还未创建完成时读取到的Bean时不完整的。所以也是为了保证我们getBean是完整最终的Bean，不会出现不完整的情况。
• 一二三级缓存下二级缓存的意义： 二级缓存为了存储 三级缓存的创建出来的早期Bean， 为了避免三级缓存重复执行。

为什么需要三级缓存？

我们都知道Bean的aop动态代理创建时在初始化之后，但是循环依赖的Bean如果使用了AOP。 那无法等到解决完循环依赖再创建动态代理， 因为这个时候已经注入属性。 所以如果循环依赖的Bean使用了aop. 需要提前创建aop。

但是需要思考的是动态代理在哪创建？ 在实例化后直接创建？ 但是我们正常的Bean是在初始化创建啊。 所以可以加个判断如果是循环依赖就实例化后调用，没有循环依赖就正常在初始化后调用。

二级缓存确实完全可以解决循环依赖的任何情况，包括扩展能力（因为也可以在这里调用BeanPostProcessor, 当然AOP也是基于BeanPostProcessor）。 那要三级缓存干嘛？ 我们只能这样解释： Spring的方法职责都比较单例，一个方法通常只做一件事， getBean就是获取bean 但是调用创建动态代BeanPostProcessor 是属于create的过程中的， 如果在这里明显代码比较耦合，阅读性也不太好。 所以为了解耦、方法职责单一、方便后期维护， 将调用创建动态代BeanPostProcessor 放在createBean中是最合适不过了， 但是我们判断当前是否循环依赖还是要写在getSingleton里面啊，这怎么办

三级缓存 存一个函数接口， 函数接口实现 创建动态代理调用BeanPostProcessor 。 为了避免重复创建， 调用把返回的动态代理对象或者原实例存储在二级缓存， 三个缓存完美解决解耦、扩展、性能、代码阅读性。

为什么Spring不能解决构造器的循环依赖？

从流程图应该不难看出来，在Bean调用构造器实例化之前，一二三级缓存并没有Bean的任何相关信息，在实例化之后才放入三级缓存中，因此当getBean的时候缓存并没有命中，这样就抛出了循环依赖的异常了。

为什么多例Bean不能解决循环依赖？

我们自己手写了解决循环依赖的代码，可以看到，核心是利用一个map，来解决这个问题的，这个map就相当于缓存。

为什么可以这么做，因为我们的bean是单例的，而且是字段注入（setter注入）的，单例意味着只需要创建一次对象，后面就可以从缓存中取出来，字段注入，意味着我们无需调用构造方法进行注入。

• 如果是原型bean，那么就意味着每次都要去创建对象，无法利用缓存；
• 如果是构造方法注入，那么就意味着需要调用构造方法注入，也无法利用缓存。