【Spring从成神到升仙系列 五】从根上剖析 Spring 循环依赖

• 👏作者简介：大家好，我是爱敲代码的小黄，独角兽企业的Java开发工程师，CSDN博客专家，阿里云专家博主
• 📕系列专栏：Java设计模式、数据结构和算法、Kafka从入门到成神、Kafka从成神到升仙、Spring从成神到升仙系列
• 🔥如果感觉博主的文章还不错的话，请👍三连支持👍一下博主哦
• 🍂博主正在努力完成2023计划中：以梦为马，扬帆起航，2023追梦人
• 📝联系方式：hls1793929520，加我进群，大家一起学习，一起进步👀

Spring 循环依赖源码解析

一、引言

对于Java开发者而言，关于 Spring ，我们一般当做黑盒来进行使用，不需要去打开这个黑盒。

但随着目前程序员行业的发展，我们有必要打开这个黑盒，去探索其中的奥妙。

本期 Spring 源码解析系列文章，将带你领略 Spring 源码的奥秘

本期源码文章吸收了之前 Kafka 源码文章的错误，将不再一行一行的带大家分析源码，我们将一些不重要的部分当做黑盒处理，以便我们更快、更有效的阅读源码。

废话不多说，发车！

本文流程图可关注公众号：爱敲代码的小黄，回复：循环依赖 获取
贴心的小黄为大家准备的文件格式为 POS文件，方便大家直接导入 ProcessOn 修改使用

二、循环依赖场景

我们上几篇文章讲解了 IOC、AOP的源码实现，如果没有看过的同学可以去看一下：

• Spring IOC 源码剖析
• Spring AOP 源码剖析

如果上面的文章你已经熟悉了，那么对于循环依赖的理解就会变得很简单，甚至你自己都能够想明白整个运行原理

我们首先介绍一下循环依赖的场景

我们在委托 Spring 进行对象的创建时，会遇到下面的情况：

1、有参构造引起的循环依赖

MyDemo1：

public class MyDemo1 {public MyDemo2 myDemo2;public MyDemo1(MyDemo2 myDemo2) {this.myDemo2 = myDemo2;}
}

MyDemo2：

public class MyDemo2 {public MyDemo1 myDemo1;public MyDemo2(MyDemo1 myDemo1) {this.myDemo1 = myDemo1;}
}

xml文件配置：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd"><bean id="myDemo1" class="cn.hls.demo1.MyDemo1"><constructor-arg value="myDemo2"/></bean><bean id="myDemo2" class="cn.hls.demo1.MyDemo2"><constructor-arg value="myDemo1"/></bean></beans>

测试用例：

public class TestMain {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = new GenericXmlApplicationContext("application.xml");MyDemo1 myDemo1 = (MyDemo1) context.getBean("myDemo1");myDemo1.show();}
}

运行，不出所料，我们会报错：

Caused by: org.springframework.beans.factory.BeanCurrentlyInCreationException: Error creating bean with name 'myDemo1': Requested bean is currently in creation: Is there an unresolvable circular reference?

2、属性注入引起的循环依赖

MyDemo1：

public class MyDemo1 {public MyDemo2 myDemo2;public void show() {System.out.println("我是" + MyDemo1.class.getName());}public void setMyDemo2(MyDemo2 myDemo2) {this.myDemo2 = myDemo2;}public MyDemo2 getMyDemo2() {return myDemo2;}
}

MyDemo2：

public class MyDemo2 {public MyDemo1 myDemo1;public void show() {System.out.println("我是" + MyDemo2.class.getName());}public MyDemo1 getMyDemo1() {return myDemo1;}public void setMyDemo1(MyDemo1 myDemo1) {this.myDemo1 = myDemo1;}
}

xml配置：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd"><bean id="myDemo1" class="cn.hls.demo1.MyDemo1"><property name="myDemo2" ref="myDemo2"/></bean><bean id="myDemo2" class="cn.hls.demo1.MyDemo2"><property name="myDemo1" ref="myDemo1"/></bean></beans>

测试用例：

public class TestMain {public static void main(String[] args) {ApplicationContext context = new GenericXmlApplicationContext("application.xml");MyDemo1 myDemo1 = (MyDemo1) context.getBean("myDemo1");MyDemo2 myDemo2 = (MyDemo2) context.getBean("myDemo2");myDemo1.show();myDemo2.show();}
}

运行，我们竟然发现，这种是可以正常执行的

我是cn.hls.demo1.MyDemo1
我是cn.hls.demo1.MyDemo2

到这里，有没有一点点惊讶、一点点懵逼、一点点卧槽

如果有的话，那这篇文章将带你解析为什么两种方式不同的注入方式

一种可能正常运行，一种不能正常运行

三、循环依赖的原因

这里我们搬出 IOC 源码中的流程图：

我们分别聊一下有参构造场景下和有参注入场景下的不同

1、有参构造失败的原因

我们通过上图看到，如果一个类需要通过有参构造创建实例化，那么需要得到其构造方法的入参：

整体情况如上所示，我们总是重复性的循环，MyDemo1 的实例化创建依赖 MyDemo2，而 MyDemo2 的实例化创建又需要依赖 MyDemo1，这样就导致了死循环并无法解决。

所以，当我们的 Spring 察觉到有参构造导致的循环依赖时，会进行报错，这种的循环依赖也是没有办法解决的。

2、属性注入成功的原因

大家看这张图，可能会疑惑，这不也造成了循环依赖嘛，怎么这种方式没报错

我们想想这种属性注入导致的循环依赖能不能靠其他的方式去解决，加缓存可不可以

我们来看这种解决方式：

• 我们 MyDemo1 调用无参构造生成实例（不是完全的实例）时，将其放至我们的缓存池中
• MyDemo1 调用属性注入时，会去缓存池中寻找 MyDemo2 的实例，若找不到的话，则调用 CreateBean 方法创建 MyDemo2 的实例
• MyDemo2 调用无参构造生成实例（不是完全的实例）时，将其放至我们的缓存池中
• MyDemo2 调用属性注入时，会去缓存池中寻找 MyDemo1 的实例，找到之后之前，执行后续的方法生成对应的实例化
• 这个时候我们的 MyDemo1 已经得到了 MyDemo2 的实例化数据了，直接执行初始方法创建实例即可

通过上述这种方式，我们已经将 属性注入 的循环依赖问题用加一层缓存的方式解决掉了

而这个缓存也被我们称作 提前暴露（earlySingletonObjects） 的缓存

2.1 AOP导致的循环依赖

我们上面可以看到，我们用一层 提前暴露（earlySingletonObjects） 的缓存解决了属性注入导致的循环依赖问题

这时候你可能会说：小黄，小黄，不是三级缓存嘛，你这咋就讲了一个 提前暴露（earlySingletonObjects） 缓存

不要着急，我们继续往下讲

假如我们现在 MyDemo1 被 AOP 动态代理，如果我们再按照上面的方式去进行缓存，会造成什么结果？

我们 MyDemo2 中的成员变量 MyDemo1 是未经动态代理的，这样使用 MyDemo1 时，实际上也是非动态代理的对象，这样是不被允许的！

为什么会有上面的问题呢？

根本原因在于：我们的属性注入的阶段在我们的执行初始方法（AOP）之前，缓存池中的半实例化对象不是我们代理对象

那怎么解决这个问题呢——没错，还是加缓存

我们再加一层缓存，该缓存的作用：如果我们半实例化的对象是代理对象，那么我们得到其代理对象

如上所示，整体的业务如上，我们详细的聊一聊 Spring 源码对于循环依赖的处理

四、循环依赖 Spring 源码剖析

我们以属性注入的例子来进行源码解析：

在我们讲解之前，我介绍一下三级缓存各自的功能：

• 一级缓存（singletonObject）：存储的是所有创建好了的单例Bean
• 二级缓存（earlySingletonObjects）：完成实例化，但是还未进行属性注入及初始化的对象
• 三级缓存（singletonFactories）：提前暴露的一个单例工厂，二级缓存中存储的就是从这个工厂中获取到的对象

这三个缓存非常重要，必须要记住。

当我们使用 ApplicationContext context = new GenericXmlApplicationContext("application.xml"); 启动时，会进行我们 Bean 的创建

这里只说最关键的步骤，整体的步骤可见：Spring IOC 源码剖析

整体流程如下：

步骤一：查询 MyDemo1 是否存在

此时的缓存：

我们直接跳到这里：AbstractBeanFactory 的 246 行

protected <T> T doGetBean(String name, @Nullable Class<T> requiredType, @Nullable Object[] args, boolean typeCheckOnly){// Step1：查询MyDemo1缓存是否存在Object sharedInstance = getSingleton(beanName);// 如果是单例的beanif (mbd.isSingleton()) {// 直接创建bean即可，注意 getSingleton 方法sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {return createBean(beanName, mbd, args);});bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);}
}// Step1：从三级缓存中查询 MyDemo1 是否被缓存
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {// 一级缓存查询Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {// 二级缓存查询singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {synchronized (this.singletonObjects) {singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);if (singletonObject == null) {singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);if (singletonObject == null) {// 三级缓存查询ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);if (singletonFactory != null) {singletonObject = singletonFactory.getObject();this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);this.singletonFactories.remove(beanName);}}}}}}return singletonObject;}// 这里记住一个操作：在我们创建bean结束之后，会调用 addSingleton 该方法
public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {finally {if (recordSuppressedExceptions) {this.suppressedExceptions = null;}afterSingletonCreation(beanName);}if (newSingleton) {addSingleton(beanName, singletonObject);}return singletonObject;
}

步骤二：将 MyDemo1 半实例化放至缓存中

我们直接跳到 AbstractAutowireCapableBeanFactory 的 580 行

protected Object doCreateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args){// 是否需要提前暴露boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));// 如果需要提前暴露，则放入到我们的三级缓存里面if (earlySingletonExposure) {addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));}
}// 将未完全实例化的 MyDemo1 放至缓存中
protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {synchronized (this.singletonObjects) {if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {// 三级缓存this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);this.earlySingletonObjects.remove(beanName);// 这个主要是记录当前注册的对象（不太重要）this.registeredSingletons.add(beanName);}}
}// 这个是重点：生成动态代理对象的地方，我们后面会讲
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;
}

此时的缓存：

步骤三、四：查询 MyDemo2 的缓存是否存在

我们直接跳到这里：AbstractBeanFactory 的 246 行

protected <T> T doGetBean(String name, @Nullable Class<T> requiredType, @Nullable Object[] args, boolean typeCheckOnly){// Step4：查询MyDemo2缓存是否存在Object sharedInstance = getSingleton(beanName);// 如果是单例的beanif (mbd.isSingleton()) {sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {return createBean(beanName, mbd, args);});bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);}
}

步骤五：将 MyDemo2 半实例化放至缓存中

我们直接跳到 AbstractAutowireCapableBeanFactory 的 580 行

protected Object doCreateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args){// 是否需要提前暴露boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));// 如果需要提前暴露，则放入到我们的三级缓存里面if (earlySingletonExposure) {addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));}
}

此时的缓存：

步骤六：从缓存中获取 MyDemo1

我们直接跳到这里：AbstractBeanFactory 的 246 行

protected <T> T doGetBean(String name, @Nullable Class<T> requiredType, @Nullable Object[] args, boolean typeCheckOnly){// Step6：从缓存中获取 MyDemo1 Object sharedInstance = getSingleton(beanName);// 如果是单例的beanif (mbd.isSingleton()) {sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {return createBean(beanName, mbd, args);});bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);}
}

protected <T> T doGetBean(String name, @Nullable Class<T> requiredType, @Nullable Object[] args, boolean typeCheckOnly) {// 这里获取的是 MyDemo1 的缓存，我们之前已经放入过Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
}protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {synchronized (this.singletonObjects) {singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);if (singletonObject == null) {singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);if (singletonObject == null) {// 【重点】从三级缓存中取到ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);if (singletonFactory != null) {// 调用 getEarlyBeanReference 的方法生成对象singletonObject = singletonFactory.getObject();// 将生成的半实例对象放至二级缓存中this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);// 删除掉三级缓存的信息this.singletonFactories.remove(beanName);}}}}}}return singletonObject;}

我们来看一下 getEarlyBeanReference 做了什么、

• 如果是普通的类，没有被动态代理的，直接返回 bean 即可
• 如果是动态代理的类，需要进行动态代理类的生成并返回

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;// 【重点】exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);}}}return exposedObject;
}public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);// 这里会生成动态代理类【AOP文章讲过】return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

到这里，我们的缓存的状态如下：

步骤七：将 MyDemo2 生成的实例化放至 singletonObject 中

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {if (newSingleton) {addSingleton(beanName, singletonObject);}return singletonObject;
}// 当bean初始化完成之后
// 删除二级缓存、三级缓存，将其放入一级缓存中
protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {synchronized (this.singletonObjects) {this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);this.singletonFactories.remove(beanName);this.earlySingletonObjects.remove(beanName);this.registeredSingletons.add(beanName);}
}

此时各缓存情况：

步骤八：将 MyDemo1 生成的实例化放至 singletonObject 中

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {if (newSingleton) {addSingleton(beanName, singletonObject);}return singletonObject;
}// 当bean初始化完成之后
// 删除二级缓存、三级缓存，将其放入一级缓存中
protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {synchronized (this.singletonObjects) {this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);this.singletonFactories.remove(beanName);this.earlySingletonObjects.remove(beanName);this.registeredSingletons.add(beanName);}
}

此时各缓存情况：

到这里，我们的循环依赖的整体流程就被解决了

五、总结

又是一篇大工程的文章结束了

记得校招时候，当时对 Spring 懵懂无知，转眼间也被迫看了源码

更可怕的是，现在面试竟然百分之80都要熟悉IOC、AOP的源码，甚至手写 AOP 的实现

但通过这篇文章，我相信，99% 的人应该都可以理解了 Spring 循环依赖 的实现

那么如何证明你真的理解了 Spring 循环依赖 呢，我这里出个经典的题目，大家可以想一下：为什么Spring要用三级缓存，二级不可以嘛？

如果你能看到这，那博主必须要给你一个大大的鼓励，谢谢你的支持！

喜欢的可以点个关注，Spring 系列到此正式结束了~

• 【Spring从成神到升仙系列 一】2023年再不会动态代理，就要被淘汰了
• 【Spring从成神到升仙系列 二】2023年再不会 IOC 源码，就要被淘汰了
• 【Spring从成神到升仙系列 三】2023年再不会 AOP 源码，就要被淘汰了
• 【Spring从成神到升仙系列 四】从源码分析 Spring 事务的来龙去脉

后续博主应该会更新 dubbo 或者 并发编程 的系列文章，

我是爱敲代码的小黄，独角兽企业的Java开发工程师，CSDN博客专家，Java领域新星创作者，喜欢后端架构和中间件源码。

我们下期再见。