SpringBean循环依赖

循环依赖的三种情况

首先，需要明确的是spring对循环依赖的处理有三种情况：

1. 构造器的循环依赖：这种依赖spring是处理不了的，直接抛出BeanCurrentlylnCreationException异常。
2. 单例模式下的setter循环依赖：通过“三级缓存”处理循环依赖。
3. 非单例循环依赖：无法处理。

解决单例模式下的setter循环依赖

接下来，我们具体看看spring是如何处理第二种循环依赖的。

Spring单例对象的初始化大略分为三步：

1. createBeanInstance：实例化，其实也就是调用对象的构造方法实例化对象；
2. populateBean：填充属性，这一步主要是多bean的依赖属性进行填充；
3. initializeBean：调用spring xml中的init 方法。

从上面讲述的单例bean初始化步骤我们可以知道，循环依赖主要发生在第一步、第二步。也就是构造器循环依赖和field循环依赖。 Spring为了解决单例的循环依赖问题，使用了三级缓存。

三级缓存的引入

Spring的三个级别的缓存声明如下（DefaultSingletonBeanRegistry类中）：

/** Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);
/** Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);
/** Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);
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这三级缓存的作用分别是：

在执行到doGetBean方法中，会调用getSingleton()方法来检查缓存中是否有这个bean单例，

我们进入getSingleton()方法，追踪源码发现，我们在创建bean的时候，会首先从cache中获取这个bean，这个缓存就是sigletonObjects（一级缓存）。

主要的调用方法是：

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
	Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    // isSingletonCurrentlyInCreation()判断当前单例bean是否正在创建中
	if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
		synchronized (this.singletonObjects) {
			singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
            // allowEarlyReference 是否允许从singletonFactories中通过getObject拿到对象
			if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
				ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
				if (singletonFactory != null) {
					singletonObject = singletonFactory.getObject();
                    // 从singletonFactories中移除，并放入earlySingletonObjects中。 
                    // 其实也就是从三级缓存移动到了二级缓存
					this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
					this.singletonFactories.remove(beanName);
				}
			}
		}
	}
	return singletonObject;
}
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从上面三级缓存的分析，我们可以知道，Spring解决循环依赖的诀窍就在于singletonFactories这个三级cache。

这个cache的类型是ObjectFactory，定义如下：

public interface ObjectFactory<T> { 
	T getObject() throws BeansException; 
}
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这个接口在AbstractBeanFactory里实现，并在核心方法doCreateBean（）引用下面的方法：

addSingletonFactory方法内部实现如下：

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
    synchronized (this.singletonObjects) {
        if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
            this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
            this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
            this.registeredSingletons.add(beanName);
        }
    }
}
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那么到这我们就能大概摸清三级缓存的作用了，进行三级缓存的这段代码发生在createBeanInstance之后，populateBean() 之前，也就是说单例对象此时已经被创建出来(调用了构造器)。

关键来了，也就是说，创建bean之后，初始化bean之前，这个bean对象（半成品）已经被生产出来了放在三级缓存里了，此时将这个对象提前曝光出来，让大家使用。

这样做有什么好处呢？下面我们带入解决一下现实中的循环依赖问题，就能更好的理解了。

解决循环依赖案例

让我们来分析一下“A的某个field或者setter依赖了B的实例对象，同时B的某个field或者setter依赖了A的实例对象”这种循环依赖的情况。

出现这种循环依赖的代码如下所示：

class A {        
    private B b;
    
    @Autowired
    public void setB(B b) {
        this.b = b;
    }
}
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class B {        
    private A a;
    
    @Autowired
    public void setA(A a) {
        this.a = a;
    }
}
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我们按照三级缓存的设置看看能不能解决循环依赖的问题：

A首先完成了初始化的第一步，并且将自己提前曝光到singletonFactories（三级缓存）中，此时进行初始化的第二步，发现自己依赖对象B，此时就尝试去get(B)，发现B还没有被create，所以走create流程，B在初始化第一步的时候发现自己依赖了对象A，于是尝试get(A)，尝试一级缓存singletonObjects(肯定没有，因为A还没初始化完全)，尝试二级缓存earlySingletonObjects（也没有），尝试三级缓存singletonFactories，由于A通过ObjectFactory将自己提前曝光了，所以B能够通过ObjectFactory.getObject拿到A对象(虽然A还没有初始化完全，但是总比没有好呀)，B拿到A对象后顺利完成了初始化阶段1、2、3，完全初始化之后将自己放入到一级缓存singletonObjects中。此时返回A中，A此时能拿到B的对象顺利完成自己的初始化阶段2、3，最终A也完成了初始化，进去了一级缓存singletonObjects中，而且更加幸运的是，由于B拿到了A的对象引用，所以B现在拿到的的A对象就是完成了初始化的A对象。

上述分析的简化流程图如下所示：

深入探究原理

虽然我们解读了三级缓存的简单作用，但是里面大有深奥，一起来从一级缓存探究一下吧

一级缓存作用

首先我们模拟一级缓存作用，它保证单例对象仅被创建一次

• 第一次走 getBean("a") 流程后，最后会将成品 a 放入 singletonObjects 一级缓存
• 后续再走 getBean("a") 流程时，先从一级缓存中找，这时已经有成品 a，就无需再次创建

一级缓存发生循环依赖

但是一级缓存无法解决循环依赖问题，分析如下

• 无论是获取 bean a 还是获取 bean b，走的方法都是同一个 getBean 方法，假设先走 getBean("a")
• 当 a 的实例对象创建，接下来执行 a.setB() 时，需要走 getBean("b") 流程，红色箭头 1
• 当 b 的实例对象创建，接下来执行 b.setA() 时，又回到了 getBean("a") 的流程，红色箭头 2
• 但此时 singletonObjects 一级缓存内没有成品的 a，陷入了死循环

加一个二级缓存尝试解决循环依赖

上面一级缓存根本无法解决循环依赖问题，那么我们再加一个缓存这次看看能不能解决。

解决思路如下：

• 再增加一个 singletonFactories 缓存

  在这次尝试里叫（第）二级缓存，在最后的Spring中，这个是三级缓存

• 在依赖注入前，即 a.setB() 以及 b.setA() 将 a 及 b 的半成品对象（未完成依赖注入和初始化）放入此缓存

• 执行依赖注入时，先看看 singletonFactories 缓存中是否有半成品的对象，如果有拿来注入，顺利走完流程

对于上面的图

• a = new A() 执行之后就会把这个半成品的 a 放入 singletonFactories 缓存，即 factories.put(a)
• 接下来执行 a.setB()，走入 getBean("b") 流程，红色箭头 3
• 这回再执行到 b.setA() 时，需要一个 a 对象，有没有呢？有！
• factories.get() 在 singletonFactories 缓存中就可以找到，红色箭头 4 和 5
• b 的流程能够顺利走完，将 b 成品放入 singletonObject 一级缓存，返回到 a 的依赖注入流程，红色箭头 6

二级缓存无法处理创建代理的场景

二级缓存无法正确处理循环依赖并且包含有代理创建的场景，分析如下

• spring 默认要求，在 a.init 完成之后才能创建代理 pa = proxy(a)
• 由于 a 的代理创建时机靠后，在执行 factories.put(a) 向 singletonFactories 中放入的还是原始对象
• 接下来箭头 3、4、5 这几步 b 对象拿到和注入的都是原始对象
  

三级缓存解决上述所有问题

上面有代理对象情况更加复杂，所以这时候，spring引入了三级缓存，增加了一个缓存singletonObjects（在最后spring中，这个叫二级缓存，这只是第三次引入的）

简单分析上述场景的话，只需要将代理的创建时机放在依赖注入之前即可，但 spring 仍然希望代理的创建时机在 init 之后，只有出现循环依赖时，才会将代理的创建时机提前。所以解决思路稍显复杂：

• 图中 factories.put(fa) 放入的既不是原始对象，也不是代理对象而是工厂对象 fa
• 当检查出发生循环依赖时，fa 的产品就是代理 pa，没有发生循环依赖，fa 的产品是原始对象 a
• 假设出现了循环依赖，拿到了 singletonFactories 中的工厂对象，通过在依赖注入前获得了 pa，红色箭头 5
• 这回 b.setA() 注入的就是代理对象，保证了正确性，红色箭头 7
• 还需要把 pa 存入新加的 earlySingletonObjects 缓存，红色箭头 6
• a.init 完成后，无需二次创建代理，从哪儿找到 pa 呢？earlySingletonObjects 已经缓存，蓝色箭头 9

当成品对象产生，放入 singletonObject 后，singletonFactories 和 earlySingletonObjects 就中的对象就没有用处，清除即可