Spring源码面试最难问题——循环依赖

前言

问：Spring 如何解决循环依赖？
答：Spring 通过提前曝光机制，利用三级缓存解决循环依赖（这原理还是挺简单的，参考：三级缓存、图解循环依赖原理）
再问：Spring 通过提前曝光，直接曝光到二级缓存已经可以解决循环依赖问题了，为什么一定要三级缓存？
再细问：如果循环依赖的时候，所有类又都需要 Spring AOP 自动代理，那 Spring 如何提前曝光？曝光的是原始 bean 还是代理后的 bean？

这些问题算是 Spring 源码的压轴题了，如果这些问题都弄明白，恭喜你顺利结业 Spring 源码了。先上图，再分析源码

源码分析

进入正题，在 Spring 创建 Bean 的核心代码 doGetBean 中，在实例化 bean 之前，会先尝试从三级缓存获取 bean，这也是 Spring 解决循环依赖的开始

(一) 缓存中获取 bean

// AbstractBeanFactory.java
protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,@Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {final String beanName = transformedBeanName(name);Object bean;// 2. 尝试从缓存中获取beanObject sharedInstance = getSingleton(beanName);...
}

getSingleton:

	protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {// 从一级缓存获取，key=beanName value=beanObject singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {synchronized (this.singletonObjects) {// 从二级缓存获取，key=beanName value=beansingletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);// 是否允许循环引用if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {/*** 三级缓存获取，key=beanName value=objectFactory，objectFactory中存储getObject()方法用于获取提前曝光的实例** 而为什么不直接将实例缓存到二级缓存，而要多此一举将实例先封装到objectFactory中？* 主要关键点在getObject()方法并非直接返回实例，而是对实例又使用* SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的getEarlyBeanReference方法对bean进行处理** 也就是说，当spring中存在该后置处理器，所有的单例bean在实例化后都会被进行提前曝光到三级缓存中，* 但是并不是所有的bean都存在循环依赖，也就是三级缓存到二级缓存的步骤不一定都会被执行，有可能曝光后直接创建完成，没被提前引用过，* 就直接被加入到一级缓存中。因此可以确保只有提前曝光且被引用的bean才会进行该后置处理*/ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);if (singletonFactory != null) {/*** 通过getObject()方法获取bean，通过此方法获取到的实例不单单是提前曝光出来的实例，* 它还经过了SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的getEarlyBeanReference方法处理过。* 这也正是三级缓存存在的意义，可以通过重写该后置处理器对提前曝光的实例，在被提前引用时进行一些操作*/singletonObject = singletonFactory.getObject();// 将三级缓存生产的bean放入二级缓存中this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);// 删除三级缓存this.singletonFactories.remove(beanName);}}}}return singletonObject;}

三级缓存分别是：

singletonObject： 一级缓存，该缓存key = beanName, value = bean; 这里的 bean 是已经创建完成的，该 bean 经历过实例化->属性填充->初始化以及各类的后置处理。因此，一旦需要获取 bean 时，我们第一时间就会寻找一级缓存
earlySingletonObjects： 二级缓存，该缓存key = beanName, value = bean; 这里跟一级缓存的区别在于，该缓存所获取到的 bean 是提前曝光出来的，是还没创建完成的。也就是说获取到的 bean 只能确保已经进行了实例化，但是属性填充跟初始化肯定还没有做完，因此该 bean 还没创建完成，仅仅能作为指针提前曝光，被其他 bean 所引用
singletonFactories： 三级缓存，该缓存key = beanName, value = beanFactory; 在 bean 实例化完之后，属性填充以及初始化之前，如果允许提前曝光，spring 会将实例化后的 bean 提前曝光，也就是把该 bean 转换成 beanFactory 并加入到三级缓存。在需要引用提前曝光对象时再通过 singletonFactory.getObject()获取。
这里抛出问题，如果我们直接将提前曝光的对象放到二级缓存 earlySingletonObjects，Spring 循环依赖时直接取就可以解决循环依赖了，为什么还要三级缓存 singletonFactory 然后再通过 getObject()来获取呢？这不是多此一举？

(二) 三级缓存的添加

我们回到添加三级缓存，添加 SingletonFactory 的地方，看看 getObject()到底做了什么操作

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

可以看到在返回 getObject()时，多做了一步 getEarlyBeanReference 操作，这步操作是 BeanPostProcess 的一种，也就是给子类重写的一个后处理器，目的是用于被提前引用时进行拓展。即：曝光的时候并不调用该后置处理器，只有曝光，且被提前引用的时候才调用，确保了被提前引用这个时机触发。

(三) 提前曝光代理 earlyProxyReferences

因此所有的重点都落到了 getEarlyBeanReference 上，getEarlyBeanReference 方法是 SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor 所规定的接口。再通过 UML 的类图查看实现类，仅有 AbstractAutoProxyCreator 进行了实现。也就是说，除了用户在子类重写，否则仅有 AbstractAutoProxyCreator 一种情况

// AbstractAutoProxyCreator.java
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {// 缓存当前bean，表示该bean被提前代理了Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);// 对bean进行提前Spring AOP代理return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

wrapIfNecessary 是用于 Spring AOP 自动代理的。Spring 将当前 bean 缓存到 earlyProxyReferences 中标识提前曝光的 bean 在被提前引用之前，然后进行了 Spring AOP 代理。

但是经过 Spring AOP 代理后的 bean 就已经不再是原来的 bean 了，经过代理后的 bean 是一个全新的 bean，也就是说代理前后的 2 个 bean 连内存地址都不一样了。这时将再引出新的问题：B 提前引用 A 将引用到 A 的代理，这是符合常理的，但是最原始的 bean A 在 B 完成创建后将继续创建，那么 Spring Ioc 最后返回的 Bean 是 Bean A 呢还是经过代理后的 Bean 呢？

这个问题我们得回到 Spring AOP 代理，Spring AOP 代理时机有 2 个：

当自定义了 TargetSource，则在 bean 实例化前完成 Spring AOP 代理并且直接发生短路操作，返回 bean
正常情况下，都是在 bean 初始化后进行 Spring AOP 代理
如果要加上今天说的提前曝光代理，getEarlyBeanReference 可以说 3 种
第一种情况就没什么好探究的了，直接短路了，根本没有后续操作。而我们关心的是第二种情况，在 Spring 初始化后置处理器中发生的 Spring AOP 代理

public Object applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(Object existingBean, String beanName)throws BeansException {Object result = existingBean;for (BeanPostProcessor processor : getBeanPostProcessors()) {// 调用bean初始化后置处理器处理Object current = processor.postProcessAfterInitialization(result, beanName);if (current == null) {return result;}result = current;}return result;
}

// AbstractAutoProxyCreator.javapublic Object postProcessAfterInitialization(@Nullable Object bean, String beanName) {if (bean != null) {// 获取缓存keyObject cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);// 查看该bean是否被Spring AOP提前代理！而缓存的是原始的bean，因此如果bean被提前代理过，这此处会跳过// 如果bean没有被提前代理过，则进入AOP代理if (this.earlyProxyReferences.remove(cacheKey) != bean) {return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);}}return bean;}

earlyProxyReferences 是不是有点熟悉，是的，这就是我们刚刚提前曝光并且进行 Spring AOP 提前代理时缓存的原始 bean，如果缓存的原始 bean 跟当前的 bean 是一至的，那么就不进行 Spring AOP 代理了！返回原始的 bean

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)throws BeanCreationException {try {///*** 4. 填充属性* 如果@Autowired注解属性，则在上方完成解析后，在这里完成注入** @Autowired* private Inner inner;*/populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);// 5. 初始化exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);}catch (Throwable ex) {if (ex instanceof BeanCreationException && beanName.equals(((BeanCreationException) ex).getBeanName())) {throw (BeanCreationException) ex;}else {throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName, "Initialization of bean failed", ex);}}// 6. 存在提前曝光情况下if (earlySingletonExposure) {// earlySingletonReference：二级缓存，缓存的是经过提前曝光提前Spring AOP代理的beanObject earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);if (earlySingletonReference != null) {// exposedObject跟bean一样，说明初始化操作没用应用Initialization后置处理器(指AOP操作)改变exposedObject// 主要是因为exposedObject如果提前代理过，就会跳过Spring AOP代理，所以exposedObject没被改变，也就等于bean了if (exposedObject == bean) {// 将二级缓存中的提前AOP代理的bean赋值给exposedObject，并返回exposedObject = earlySingletonReference;}// 引用都不相等了，也就是现在的bean已经不是当时提前曝光的bean了else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {// dependentBeans也就是B, C, DString[] dependentBeans = getDependentBeans(beanName);Set<String> actualDependentBeans = new LinkedHashSet<>(dependentBeans.length);for (String dependentBean : dependentBeans) {if (!removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly(dependentBean)) {actualDependentBeans.add(dependentBean);}}// 被依赖检测异常if (!actualDependentBeans.isEmpty()) {throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName,"Bean with name '" + beanName + "' has been injected into other beans [" +StringUtils.collectionToCommaDelimitedString(actualDependentBeans) +"] in its raw version as part of a circular reference, but has eventually been " +"wrapped. This means that said other beans do not use the final version of the " +"bean. This is often the result of over-eager type matching - consider using " +"'getBeanNamesOfType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.");}}}}

这个时候我们需要理清一下 3 个变量

1. **earlySingletonReference：**二级缓存，缓存的是经过提前曝光提前 AOP 代理的 bean

2. bean：这个就是经过了实例化、填充、初始化的 bean

3. exposedObject：这个是经过了 AbstractAutoProxyCreator 的 postProcessAfterInitialization 处理过后的 bean，但是在其中因为发现当前 bean 已经被 earlyProxyReferences 缓存，所以并没有进行 AOP 处理，而是直接跳过，因此还是跟第 2 点一样的 bean

理清这 3 个变量以后，就会发现，exposedObject = earlySingletonReference;
AOP 代理过的 Bean 赋值给了 exposedObject 并返回，这时候用户拿到的 bean 就是 AOP 代理过后的 bean 了，一切皆大欢喜了。

但是中间还有一个问题！提前曝光的 bean 在提前引用时被 Spring AOP 代理了，但是此时的 bean 只是经过了实例化的 bean，还没有进行@Autowire 的注入啊！也就是说此时代理的 bean 里面自动注入的属性是空的！

(四) 提前 AOP 代理对象的 属性填充、初始化
是的，确实在 Spring AOP 提前代理后没有经过属性填充和初始化。那么这个代理又是如何保证依赖属性的注入的呢？答案回到 Spring AOP 最早最早讲的 JDK 动态代理上找，JDK 动态代理时，会将目标对象 target 保存在最后生成的代理$proxy中，当调用$proxy 方法时会回调 h.invoke，而 h.invoke 又会回调目标对象 target 的原始方法。因此，其实在 Spring AOP 动态代理时，原始 bean 已经被保存在提前曝光代理中了。而后原始 Bean 继续完成属性填充和初始化操作。因为 AOP 代理$proxy 中保存着 traget 也就是是原始 bean 的引用，因此后续原始 bean 的完善，也就相当于 Spring AOP 中的 target 的完善，这样就保证了 Spring AOP 的属性填充与初始化了！

(五) 循环依赖遇上 Spring AOP 图解

为了帮助大家理解，这里灵魂画手画张流程图帮助大家理解
首先又 bean A，bean B，他们循环依赖注入，同时 bean A 还需要被 Spring AOP 代理，例如事务管理或者日志之类的操作。
原始 bean A，bean B 图中用 a，b 表示，而代理后的 bean A 我们用 aop.a 表示