Spring 如何解决循环依赖

spring

什么是循环依赖？

从字面上来理解就是A依赖B的同时B也依赖了A，就像下面这样

体现到代码层次就是这个样子

@Component
public class A {
    // A中注入了B
    @Autowired
    private B b;
}

@Component
public class B {
    // B中也注入了A
    @Autowired
    private A a;
}

// 自己依赖自己
@Component
public class A {
    // A中注入了A
    @Autowired
    private A a;
}

什么情况下循环依赖可以被处理？

在回答这个问题之前首先要明确一点，Spring解决循环依赖是有前置条件的

出现循环依赖的Bean必须要是单例
依赖注入的方式不能全是构造器注入的方式（很多博客上说，只能解决setter方法的循环依赖，这是错误的）

依赖情况	依赖注入方式	循环依赖是否被解决
AB相互依赖（循环依赖）	均采用setter方法注入	是
AB相互依赖（循环依赖）	均采用构造器注入	否
AB相互依赖（循环依赖）	A中注入B的方式为setter方法，B中注入A的方式为构造器	是
AB相互依赖（循环依赖）	B中注入A的方式为setter方法，A中注入B的方式为构造器	否

Spring是如何解决的循环依赖？

关于循环依赖的解决方式应该要分两种情况来讨论

简单的循环依赖（没有AOP）
结合了AOP的循环依赖

简单的循环依赖（没有AOP）

我们先来分析上面的第一个demo

首先，我们要知道Spring在创建Bean的时候默认是按照自然排序来进行创建的，所以第一步Spring会去创建A。

与此同时，我们应该知道，Spring在创建Bean的过程中分为三步

实例化，对应方法：AbstractAutowireCapableBeanFactory中的createBeanInstance方法
属性注入，对应方法：AbstractAutowireCapableBeanFactory的populateBean方法
初始化，对应方法：AbstractAutowireCapableBeanFactory的initializeBean

创建A的过程实际上就是调用getBean方法，这个方法有两层含义

创建一个新的Bean
从缓存中获取到已经被创建的对象

我们现在分析的是第一层含义

调用getSingleton(beanName)

首先调用getSingleton(a)方法，这个方法又会调用getSingleton(beanName, true)，在上图中省略了这一步

public Object getSingleton(String beanName) {
    return getSingleton(beanName, true);
}

getSingleton(beanName, true)这个方法实际上就是到缓存中尝试去获取Bean，整个缓存分为三级

一级缓存-singletonObjects是用来存放就绪状态的Bean。保存在该缓存中的Bean所实现Aware子接口的方法已经回调完毕，自定义初始化方法已经执行完毕，也经过BeanPostProcessor实现类的postProcessorBeforeInitialization、postProcessorAfterInitialization方法处理；
二级缓存-earlySingletonObjects是用来存放早期曝光的Bean，一般只有处于循环引用状态的Bean才会被保存在该缓存中。保存在该缓存中的Bean所实现Aware子接口的方法还未回调，自定义初始化方法未执行，也未经过BeanPostProcessor实现类的postProcessorBeforeInitialization、postProcessorAfterInitialization方法处理。如果启用了Spring AOP，并且处于切点表达式处理范围之内，那么会被增强，即创建其代理对象。

这里额外提一点，普通Bean被增强(JDK动态代理或CGLIB)的时机是在AbstractAutoProxyCreator实现的BeanPostProcessor的postProcessorAfterInitialization方法中，而处于循环引用状态的Bean被增强的时机是在AbstractAutoProxyCreator实现的SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的getEarlyBeanReference方法中。
三级缓存-singletonFactories是用来存放创建用于获取Bean的工厂类-ObjectFactory实例。在IoC容器中，所有刚被创建出来的Bean，默认都会保存到该缓存中。

Bean在这三个缓存之间的流转顺序为（存在循环引用）：

通过反射创建Bean实例。是单例Bean，并且IoC容器允许Bean之间循环引用，保存到三级缓存中。

当发生了循环引用时，从三级缓存中取出Bean对应的ObjectFactory实例，调用其getObject方法，来获取早期曝光Bean，从三级缓存中移除，保存到二级缓存中。
Bean初始化完成，生命周期的相关方法执行完毕，保存到一级缓存中，从二级缓存以及三级缓存中移除。

Bean在这三个缓存之间的流转顺序为（没有循环引用）：
通过反射创建Bean实例。是单例Bean，并且IoC容器允许Bean之间循环引用，保存到三级缓存中。
Bean初始化完成，生命周期的相关方法执行完毕，保存到一级缓存中，从二级缓存以及三级缓存中移除。

因为A是第一次被创建，所以不管哪个缓存中必然都是没有的，因此会进入getSingleton的另外一个重载方法getSingleton(beanName, singletonFactory)

调用getSingleton(beanName, singletonFactory)

这个方法就是用来创建Bean的，其源码如下：

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(beanName, "Bean name must not be null");
    synchronized (this.singletonObjects) {
        Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
        if (singletonObject == null) {

            // ....
            // 省略异常处理及日志
            // ....

            // 在单例对象创建前先做一个标记
            // 将beanName放入到singletonsCurrentlyInCreation这个集合中
            // 标志着这个单例Bean正在创建
            // 如果同一个单例Bean多次被创建，这里会抛出异常
            beforeSingletonCreation(beanName);
            boolean newSingleton = false;
            boolean recordSuppressedExceptions = (this.suppressedExceptions == null);
            if (recordSuppressedExceptions) {
                this.suppressedExceptions = new LinkedHashSet<>();
            }
            try {
                // 上游传入的lambda在这里会被执行，调用createBean方法创建一个Bean后返回
                singletonObject = singletonFactory.getObject();
                newSingleton = true;
            }
            // ...
            // 省略catch异常处理
            // ...
            finally {
                if (recordSuppressedExceptions) {
                    this.suppressedExceptions = null;
                }
                // 创建完成后将对应的beanName从singletonsCurrentlyInCreation移除
                afterSingletonCreation(beanName);
            }
            if (newSingleton) {
                // 添加到一级缓存singletonObjects中
                addSingleton(beanName, singletonObject);
            }
        }
        return singletonObject;
    }
}

上面的代码我们主要抓住一点，通过createBean方法返回的Bean最终被放到了一级缓存，也就是单例池中。

那么到这里我们可以得出一个结论：一级缓存中存储的是已经完全创建好了的单例Bean

调用addSingletonFactory方法

在完成Bean的实例化后，属性注入之前Spring将Bean包装成一个工厂添加进了三级缓存中，对应源码如下：

// 这里传入的参数也是一个lambda表达式，() -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean)
protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
    synchronized (this.singletonObjects) {
        if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
            // 添加到三级缓存中
            this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
            this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
            this.registeredSingletons.add(beanName);
        }
    }
}

这里只是添加了一个工厂，通过这个工厂（ObjectFactory）的getObject方法可以得到一个对象，而这个对象实际上就是通过getEarlyBeanReference这个方法创建的。那么，什么时候会去调用这个工厂的getObject方法呢？这个时候就要到创建B的流程了。

当A完成了实例化并添加进了三级缓存后，就要开始为A进行属性注入了，在注入时发现A依赖了B，那么这个时候Spring又会去getBean(b)，然后反射调用setter方法完成属性注入。

因为B需要注入A，所以在创建B的时候，又会去调用getBean(a)，这个时候就又回到之前的流程了，但是不同的是，之前的getBean是为了创建Bean，而此时再调用getBean不是为了创建了，而是要从缓存中获取，因为之前A在实例化后已经将其放入了三级缓存singletonFactories中，所以此时getBean(a)的流程就是这样子了

从这里我们可以看出，注入到B中的A是通过getEarlyBeanReference方法提前暴露出去的一个对象，还不是一个完整的Bean，那么getEarlyBeanReference到底干了啥了，我们看下它的源码

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;
}

它实际上就是调用了后置处理器的getEarlyBeanReference，而真正实现了这个方法的后置处理器只有一个，就是通过@EnableAspectJAutoProxy注解导入的AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator。也就是说如果在不考虑AOP的情况下，上面的代码等价于：

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
    Object exposedObject = bean;
    return exposedObject;
}

也就是说这个工厂啥都没干，直接将实例化阶段创建的对象返回了！不考虑AOP的情况下三级缓存似乎没有什么太大用处。

我们需要将整个创建A这个Bean的流程走完：

从上图中我们可以看到，虽然在创建B时会提前给B注入了一个还未初始化的A对象，但是在创建A的流程中一直使用的是注入到B中的A对象的引用，之后会根据这个引用对A进行初始化。所以B引用了一个地址并不会出现什么问题。

结合了AOP的循环依赖

之前我们已经说过了，在普通的循环依赖的情况下，三级缓存没有任何作用。三级缓存实际上跟Spring中的AOP相关，我们再来看一看getEarlyBeanReference的代码：

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;
}

如果在开启AOP的情况下，那么就是调用到AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator的getEarlyBeanReference方法，对应的源码如下：

public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
    Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
    this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
    // 如果需要代理，返回一个代理对象，不需要代理，直接返回当前传入的这个bean对象
    return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

回到上面的例子，我们对A进行了AOP代理的话，那么此时getEarlyBeanReference将返回一个代理后的对象，而不是实例化阶段创建的对象，这样就意味着B中注入的A将是一个代理对象而不是A的实例化阶段创建后的对象。

在给B注入的时候为什么要注入一个代理对象？当我们对A进行了AOP代理时，说明我们希望从容器中获取到的就是A代理后的对象而不是A本身，因此把A当作依赖进行注入时也要注入它的代理对象。

明明初始化的时候是A对象，那么Spring是在哪里将代理对象放入到容器中的呢？

在完成初始化后，Spring又调用了一次getSingleton方法，这一次传入的参数又不一样了，false可以理解为禁用三级缓存，前面图中已经提到过了，在为B中注入A时已经将三级缓存中的工厂取出，并从工厂中获取到了一个对象放入到了二级缓存中，所以这里的这个getSingleton方法做的时间就是从二级缓存中获取到这个代理后的A对象。exposedObject == bean可以认为是必定成立的，除非你非要在初始化阶段的后置处理器中替换掉正常流程中的Bean，例如增加一个后置处理器：

@Component
public class MyPostProcessor implements BeanPostProcessor {
    @Override
    public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        if (beanName.equals("a")) {
            return new A();
        }
        return bean;
    }
}

不过，请不要做这种骚操作，徒增烦恼！

三级缓存为什么要使用工厂而不是直接使用引用？换而言之，为什么需要这个三级缓存，直接通过二级缓存暴露一个引用不行吗？

这个工厂的目的在于延迟对实例化阶段生成的对象的代理，只有真正发生循环依赖的时候，才去提前生成代理对象，否则只会创建一个工厂并将其放入到三级缓存中，但是不会去通过这个工厂去真正创建对象

我们思考一种简单的情况，就以单独创建A为例，假设AB之间现在没有依赖关系，但是A被代理了，这个时候当A完成实例化后还是会进入下面这段代码：

// A是单例的，mbd.isSingleton()条件满足
// allowCircularReferences：这个变量代表是否允许循环依赖，默认是开启的，条件也满足
// isSingletonCurrentlyInCreation：正在在创建A，也满足
// 所以earlySingletonExposure=true
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                                  isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
// 还是会进入到这段代码中
if (earlySingletonExposure) {
    // 还是会通过三级缓存提前暴露一个工厂对象
    addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}

即使没有循环依赖，也会将其添加到三级缓存中，而且是不得不添加到三级缓存中，因为到目前为止Spring也不能确定这个Bean有没有跟别的Bean出现循环依赖。

假设我们在这里直接使用二级缓存的话，那么意味着所有的Bean在这一步都要完成AOP代理。这样做有必要吗？

不仅没有必要，而且违背了Spring在结合AOP跟Bean的生命周期的设计！Spring结合AOP跟Bean的生命周期本身就是通过AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator这个后置处理器来完成的，在这个后置处理的postProcessAfterInitialization方法中对初始化后的Bean完成AOP代理。如果出现了循环依赖，那没有办法，只有给Bean先创建代理，但是没有出现循环依赖的情况下，设计之初就是让Bean在生命周期的最后一步完成代理而不是在实例化后就立马完成代理。

三级缓存真的提高了效率了吗？

没有进行AOP的Bean间的循环依赖
从上文分析可以看出，这种情况下三级缓存根本没用！所以不会存在什么提高了效率的说法
进行了AOP的Bean间的循环依赖
就以我们上的A、B为例，其中A被AOP代理，我们先分析下使用了三级缓存的情况下，A、B的创建流程

假设不使用三级缓存，直接在二级缓存中

上面两个流程的唯一区别在于为A对象创建代理的时机不同，在使用了三级缓存的情况下为A创建代理的时机是在B中需要注入A的时候，而不使用三级缓存的话在A实例化后就需要马上为A创建代理然后放入到二级缓存中去。对于整个A、B的创建过程而言，消耗的时间是一样的.

综上，不管是哪种情况，三级缓存提高了效率这种说法都是错误的！

总结

面试官：”Spring是如何解决的循环依赖？“

答：Spring通过三级缓存解决了循环依赖，其中一级缓存为单例池（singletonObjects）,二级缓存为早期曝光对象earlySingletonObjects，三级缓存为早期曝光对象工厂（singletonFactories）。当A、B两个类发生循环引用时，在A完成实例化后，就使用实例化后的对象去创建一个对象工厂，并添加到三级缓存中，如果A被AOP代理，那么通过这个工厂获取到的就是A代理后的对象，如果A没有被AOP代理，那么这个工厂获取到的就是A实例化的对象。当A进行属性注入时，会去创建B，同时B又依赖了A，所以创建B的同时又会去调用getBean(a)来获取需要的依赖，此时的getBean(a)会从缓存中获取，第一步，先获取到三级缓存中的工厂；第二步，调用对象工工厂的getObject方法来获取到对应的对象，得到这个对象后将其注入到B中。紧接着B会走完它的生命周期流程，包括初始化、后置处理器等。当B创建完后，会将B再注入到A中，此时A再完成它的整个生命周期。至此，循环依赖结束！

面试官：”为什么要使用三级缓存呢？二级缓存能解决循环依赖吗？“

答：如果要使用二级缓存解决循环依赖，意味着所有Bean在实例化后就要完成AOP代理，这样违背了Spring设计的原则，Spring在设计之初就是通过AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator这个后置处理器来在Bean生命周期的最后一步来完成AOP代理，而不是在实例化后就立马进行AOP代理。

参考
面试必杀技，讲一讲Spring中的循环依赖

 关于Spring中的一级缓存、二级缓存、三级缓存那些事

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循环依赖

Spring 如何解决循环依赖

https://www.cychee.cn/archives/springru-he-jie-jue-xun-huan-yi-lai

作者

小蓝同学

发布于

2022-02-25

更新于

2022-04-01

许可协议

CC BY 4.0