详解Spring的循环依赖问题、三级缓存解决方案源码分析

0、基础：Bean的生命周期

        在Spring中，由于IOC的控制反转，创建对象不再是简单的new出来，而是交给Spring去创建，会经历一系列Bean的生命周期才创建出相应的对象。而循环依赖问题也是由Bean的生命周期过程导致的问题，因此我们首先需要了解Bean的生命周期。

Bean的生命周期可以概括为4步：

实例化----属性注入----初始化----销毁

详细的讲，步骤如下：

        ******************************************实例化123*******************************************

1. 定位：Spring容器会根据配置文件（如XML、注解等）或编程式配置来确定需要创建的Bean。

2. 加载：Spring容器会加载配置文件并解析其中的Bean定义，将其转换为内部数据结构，例如BeanDefinition。

3. 实例化：在实例化阶段，Spring容器会根据Bean定义中的信息创建Bean的实例。这个过程可以通过构造函数实例化、工厂方法实例化或者通过反射机制来实现。*****************************************属性注入4*********************************************

4. 属性注入：在实例化Bean之后，Spring容器会对Bean进行属性注入。这可以通过setter方法注入、构造函数参数注入或字段注入等方式来完成。
   ****************************************初始化5~9********************************************

5. Aware接口回调：如果Bean实现了Spring的Aware接口，容器会通过回调方式将一些特殊的资源注入到Bean中。例如，如果Bean实现了BeanFactoryAware接口，容器会将当前的BeanFactory实例注入到Bean中。

6. 初始化前回调：如果Bean实现了InitializingBean接口，容器会在初始化之前调用它的afterPropertiesSet()方法，给Bean一个机会执行一些初始化操作。同时，Spring容器还支持使用自定义的初始化方法。

7. 初始化后回调：如果Bean配置了初始化回调方法，容器会调用该方法进行一些自定义的初始化逻辑处理。

8. 后置处理器（BeanPostProcessor）：Spring容器会调用注册的Bean后置处理器对Bean进行加工和增强。例如，可以通过AOP技术在这个阶段为Bean动态生成代理对象。

9. 完成：至此，Bean已经成功创建，并且已经完成了所有的初始化过程。此时可以将Bean提供给其他对象使用。
   ****************************************销毁10、11******************************************

10. 销毁前回调（PreDestroy）：在容器关闭之前，调用Bean的销毁前回调方法，执行一些清理操作和释放资源的任务。

11. 销毁：容器关闭时，销毁所有Bean实例，包括调用相应Bean的销毁方法，进行最终的清理和资源释放。

 1、循环依赖问题

        例如下面的代码，A和B类就构成了循环依赖，原因如下：

@Component
public class A {@Autowiredprivate B b;
}
@Component
public class B{@Autowiredprivate A a;
}

创建Bean的步骤： 

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（我们称为原始对象）；
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；

        对于上述步骤的第4步， 得到原始对象后需要注入属性，A 类中存在一个 B 类的 b 属性，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 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，也就会同样的，需要A类的Bean，就发生了循环依赖，导致A和B的bean都创建不出来。

 

        概括而言：
        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）

        然而实际上，Spring通过三级缓存的方式自动解决了这个问题 。

2、三级缓存的引入

2.1 非AOP情况下的解决方案

         根据上文的分析我们发现，出现循环依赖的根本原因，是B的Bean需要注入A属性的时候，Bean A还没有创建出来，导致的。那么相应的，只要：
        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，这个缓存就应该是earlySingletonObjects），放入缓存后，再进行依赖注入。
        由于提前暴露，在创建B的Bean过程中，当需要注入A的属性时，就可以从缓存中拿到A提前暴露的原始对象（还不是最终Bean），就解决了问题。关键在于全程只有一个A的原始对象，其后续的生命周期没有变化。
        如下图所示：

   2.2 三级缓存具体     

        因此，对于不同时期的Bean，如原始Bean、完整周期的Bean，需要不同的缓存来存放，底层源码中有三级缓存： 

/** Cache of singleton objects: bean name –> bean instance */
private final Map singletonObjects = new ConcurrentHashMap(256);/** Cache of singleton factories: bean name –> ObjectFactory */
private final Map> singletonFactories = new HashMap>(16);/** Cache of early singleton objects: bean name –> bean instance */
private final Map earlySingletonObjects = new HashMap(16);

• 一级缓存：singletonObjects；缓存的是已经经历了完整生命周期的bean对象。
• 二级缓存：earlySingletonObjects；比 singletonObjects 多了一个 early ，表示缓存的是早期的 bean对象（原始对象）。早期指的是 Bean 的生命周期还没走完就把这个 Bean 放入了 earlySingletonObjects
• 三级缓存：singletonFactories；缓存的是 ObjectFactory，表示对象工厂，用来创建某个对象的。

3、有AOP情况下使用singletonFactories 

3.1 引入三级缓存

        看似我们只需要1、2级缓存就能够解决问题了，为什么需要三级缓存呢？
        这就需要考虑到AOP代理对象的问题了：

        上文的红字提到，之所以能够提前暴露，是因为假定的A的原始对象始终是同一个对象，但如果有AOP的情况下呢？我们考虑这样的场景：

         按照上文的分析，假设创建B的bean过程中，注入了A的原始对象属性。然后，A的原始对象采用AOP产生了一个代理对象，即，A的Bean变成了 AOP 之后的代理对象。而B中的 属性a对应的并不是 AOP 之后的代理对象，而仍然是原始对象。

        也就是说，这种情况下，B 依赖的 A 和最终的 A 不是同一个对象！

        而解决这个问题的方法，就是引入三级缓存的 singletonFactories 

 3.2 三级缓存具体解析

        实际上，在有AOP的情况下，Spring并没有像第2节所说，直接将示例缓存到二级缓存，而是生成完原始对象之后”多此一举“地将实例先封装到objectFactory中，在需要引用的时候再通过singletonFactory.getObject()获取。

        跟进getObject()方法，其实执行了getEarlyBeanReference这个关键方法。

    this.addSingletonFactory(beanName, () -> {return this.getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);});

         也就是说，Spring将当前bean缓存到earlyProxyReferences中，标识提前曝光的bean。而wrapIfNecessary是用于Spring AOP自动代理的，也就是说在被提前引用前，进行了AOP代理，并得到了代理对象。
        此时earlySingletonObjects 缓存中的对象就是代理对象了！

        因此，假设此时有其他对象依赖了A，就可以从earlySingletonObjects中获取到A原始对象的代理对象了，并且和A是同一个对象，实现了目标。

3.3 后续依赖问题

        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？

         注意postProcessAfterInitialization方法，会当前beanName是否在earlyProxyReferences中，如果在就AOP过了，不在则执行AOP方法。

         此时对于Bean A对象而言已经完成创建了，可以把它放入缓存singletonObjects中了，因此从earlySingletonObjects 中得到代理对象，然后入 singletonObjects 中。

        至此，整个循环依赖解决完毕。

4、总结 

        这里引用看到的一篇写的很清晰的博客http://t.csdn.cn/GeHkA的图来说明具体流程：

 

         对于三级缓存的singletonFactories，总结而言：

        缓存的是一个 ObjectFactory ，主要用来去生成原始对象进行了 AOP之后得到的「代理对象」。
        在每个 Bean 的生成过程中，都会提前暴露一个工厂，这个工厂可能用到，也可能用不到：
（1）如果没有出现循环依赖依赖本 bean，那么这个工厂无用，本 bean 按照自己的生命周期执行，执行完后直接把本 bean 放入 singletonObjects 中即可（对应本文章的第1节）
（2）如果出现了循环依赖依赖了本 bean，则：
        <2.1>如果有 AOP 的话，另外那个 bean 执行 ObjectFactory 提交得到一个 AOP 之后的代理对象。（对应本文章第3节）
        <2.2>如果无需 AOP ，则直接得到一个原始对象。（对应本文章第2节）