spring为什么要用三级缓存解决循环依赖

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

@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;

}

当然，这是最常见的一种循环依赖，比较特殊的还有

// 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
其中第一点应该很好理解，第二点：不能全是构造器注入是什么意思呢？

@Component

public class A {

//  @Autowired

//  private B b;

    public A(B b) {

 

    }

}

 

@Component

public class B {

 

//  @Autowired

//  private A a;

 

    public B(A a){

 

    }

}

 

在上面的例子中，A中注入B的方式是通过构造器，B中注入A的方式也是通过构造器，这个时候循环依赖是无法被解决，如果你的项目中有两个这样相互依赖的Bean，在启动时就出以下错误：Caused by: org.springframework.beans.factory.BeanCurrentlyInCreationException: Error creating bean with name 'a': Requested bean is currently in creation: Is there an unresolvable circular reference

Spring是如何解决的循环依赖？

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

实例化，简单理解就是new了一个对象
属性注入，为实例化中new出来的对象填充属性
初始化，执行aware接口中的方法，初始化方法，完成AOP代理
基于上面的知识，我们开始解读整个循环依赖处理的过程，整个流程应该是以A的创建为起点

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，因为这个时候缓存中还没有A嘛！

调用getSingleton(beanName)

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

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

singletonObjects，一级缓存，存储的是所有创建好了的单例Bean
earlySingletonObjects，完成实例化，但是还未进行属性注入及初始化的对象
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
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

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);

        }

    }

}

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

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！所以说在不考虑AOP的情况下三级缓存有用嘛？讲道理，真的没什么用，我直接将这个对象放到二级缓存中不是一点问题都没有吗？如果你说它提高了效率，那你告诉我提高的效率在哪?

那么三级缓存到底有什么作用呢？不要急，我们先把整个流程走完，在下文结合AOP分析循环依赖的时候你就能体会到三级缓存的作用！

到这里不知道小伙伴们会不会有疑问，B中提前注入了一个没有经过初始化的A类型对象不会有问题吗？

答：不会

这个时候我们需要将整个创建A这个Bean的流程走完，如下图：

 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，所以这是没有问题的。

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。

看到这个图你可能会产生下面这些疑问

在给B注入的时候为什么要注入一个代理对象？
答：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！

初始化的时候是对A对象本身进行初始化，而容器中以及注入到B中的都是代理对象，这样不会有问题吗？
答：不会，这是因为不管是cglib代理还是jdk动态代理生成的代理类，内部都持有一个目标类的引用，当调用代理对象的方法时，实际会去调用目标对象的方法，A完成初始化相当于代理对象自身也完成了初始化

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？
答：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));

}

看到了吧，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。

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。

https://www.cnblogs.com/lwh1019/p/13260273.html

https://mp.weixin.qq.com/s/UlUQ95gVt8I8wmVOEjn1aw