从源码看Spring如何解决循环依赖的脉络？

为什么会有循环依赖问题？

当一个Chicken类引用Egg类作为属性依赖，同样Egg类中也引用依赖Chicken，那么最终就会成为一个闭环。如下图所示：

这就好比鸡生蛋，蛋又生鸡，那么就会发生互相依赖又循环往复的关系就称为循环依赖。

循环依赖其实只是一个现象（场景），还不是一个问题。当你问Chicken和Egg两个对象循环依赖后能否相互创建成功？这才是一个问题。

例如下面代码所示，如果Chicken和Egg使用构造器相互依赖注入，那么会陷入循环依赖注入的死循环。

new Chicken( new Egg( new Chicken(new Egg(...))))

我们再来看循环依赖问题在Spring中主要有的三种情况：

• 构造器方式依赖注入
• Set方式多例（原型）模式下依赖注入
• Set方式单例依赖注入

第一种构造方法注入的情况，在上面我们构造器方式的依赖注入会造成无限循环下去。第二种多例的情况，多例跟Spring默认创建单例相反，多例是每创建一次类，实例就会多一份。而单例是确保类的实例只允许一份；所以多例每创建一个Bean时，都会产生一个新的Bean，所以导致无限循环的产生Bean，那么必然导致OOM出现。

在Spring中默认就是单例，所以Spring通过第三种set方式，可以实现循环依赖。代码如下所示：

@Component
public class Chicken {
 // Chicken中注入了Egg
 @Autowired
 private Egg egg;
}

@Component
public class Egg {
 // Egg中也注入了Chicken
 @Autowired
 private Chicken chicken;
}

解决循环依赖靠定义：三级缓存

Spring为了解决单例的循环依赖问题，首先会定义三级缓存做准备（你会发现很多缓存都是用key-value的方式，Spring也如此，同样用了三个Map）。

三个Map就定义在DefaultSingletonBeanRegistry类中。（现在可能对为什么要定义三级缓存感到陌生，但是别急，后面相信你会无比熟悉）

public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {

   /** Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
   private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

   /** Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
   private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

   /** Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
   private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);

   //省略其他
}

深入源码看Spring解决循环依赖的脉络

先来回顾一个Bena创建的主要流程：实例化Bean -> 填充Bean属性 -> 调用Bean初始化方法。

如下图所示，（可以说是Bean生命周期制定的地图，在（《从Spring为什么要用IoC的支点，我撬动了整个Spring的源码脉络！》有畅谈过，所以不再赘述）

Spring源码中在创建Bean的关键代码是使用getBean()方法。这也是创建Bean的开始。

public Object getBean(String name) throws BeansException {
   return doGetBean(name, null, null, false);
}

接着我们进到getBean()中可以看到doGetBean()，在Spring源码中带do前缀的方法才是真正干活的。如下代码所示：

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;

   // 检查容器中是否已经有当前bean实例
   // Eagerly check singleton cache for manually registered singletons.
   Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
   if (sharedInstance != null && args == null) {

      //省略日志记录

      bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);
   }

//省略其他处理

         //创建Bean的实例对象
         // Create bean instance.
         if (mbd.isSingleton()) {
            sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
               try {
                  return createBean(beanName, mbd, args);
               }
               catch (BeansException ex) {
                  // Explicitly remove instance from singleton cache: It might have been put there
                  // eagerly by the creation process, to allow for circular reference resolution.
                  // Also remove any beans that received a temporary reference to the bean.
                  destroySingleton(beanName);
                  throw ex;
               }
            });
            bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
         }

         else if (mbd.isPrototype()) {
            // It's a prototype -> create a new instance.
            Object prototypeInstance = null;
            try {
               beforePrototypeCreation(beanName);
               prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
            }
            finally {
               afterPrototypeCreation(beanName);
            }
            bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
         }

         else {
            String scopeName = mbd.getScope();
            final Scope scope = this.scopes.get(scopeName);
            if (scope == null) {
               throw new IllegalStateException("No Scope registered for scope name '" + scopeName + "'");
            }
            try {
               Object scopedInstance = scope.get(beanName, () -> {
                  beforePrototypeCreation(beanName);
                  try {
                     return createBean(beanName, mbd, args);
                  }
                  finally {
                     afterPrototypeCreation(beanName);
                  }
               });
               bean = getObjectForBeanInstance(scopedInstance, name, beanName, mbd);
            }
   //省略其他处理
   return (T) bean;
}

上述代码尽管很多，但是实际上doGetBean()方法主要两件事，如果从缓存中获取不到Bean，那么创建一个新的Bean。而一开始在缓存中是获取不到Bean的，所以会进行Bean的创建，在doGetBean中可以看到很醒目的createBean()方法。

protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
      throws BeanCreationException {

    // 省略其他代码

   try {
      Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
      if (logger.isTraceEnabled()) {
         logger.trace("Finished creating instance of bean '" + beanName + "'");
      }
      return beanInstance;
   }

    // 省略其他catch异常处理
}

createBean实际做事的还是，前缀带do的doCreateBean()来实际创建Bean的方法，主要来看两个核心动作。第一个动作是createBeanInstance()来创建Bean的实例（给Bean开辟新的内存空间）。

createBeanInstance(beanName, mbd, args);

第二个动作是执行addSingletonFactory()方法，将Bean添加缓存。

addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));

我们来看具体addSingletonFactory()方法，可以看到开始添加到第三级缓存。

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
   Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
   synchronized (this.singletonObjects) {
      if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
         this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
         this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
         this.registeredSingletons.add(beanName);
      }
   }
}

但会发现addSingletonFactory()中添加到三级缓存中是一个getEarlyBeanReference()方法，而执行到这个方法时还不是一个完整Bean，那么实际上三级缓存保存是提前暴露出的对象。

在getEarlyBeanReference方法的上方是这样描述。（Spring开发者怕你看不懂源码，还写注释跟你说明白）

Obtain a reference for early access to the specified bean 获取对指定bean的早期访问的引用。

也是说getEarlyBeanReference()实际上只是直接将实例化创建的Bean返回了。（所以你可能会跟一颗剽悍的种子一样对三级缓存充满疑惑，图什么？别急，跟着一颗剽悍的种子去问个究竟）

接着实例化完Bean，继续按照Bean的生命周期流程就走到了Bean的填充属性，所以会看到#doCreateBean->populateBean()方法。

populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);

对Bean的填充属性是循环依赖源头的开始，因为此时意味着Chicken属性对Egg属性注入，而当Chicken依赖Egg，那么这个时候Spring又会去getBean(Egg)。

因为Egg需要注入Chicken，所以在创建Egg的时候，又会去调用getBean(Chicken)，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，而此时再调用因为上面Chicken在实例化后已经放到三级缓存，所以Egg可以从缓存中直接获取到Chicken。

所以此时Egg将从三级缓存中获取到的Chicken放入到二级缓存中，同时移除三级缓存中的工厂。接着Egg完成对Chicken的注入后，Egg可以初始化；当Egg初始化完成，那么就回到了Chicken完成对getBean(Egg)的注入，最后Chicken初始化。

所以二级earlySingletonObjects所缓存的是完成实例化，但是还未进行属性注入及初始化的对象。

在完成初始化后，就可以在#getSingleton->addSingleton()方法，将初始化的Bean放入到一级缓存，同时删除二级，三级缓存。

protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
   synchronized (this.singletonObjects) {
      // 添加到一级缓存
      this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
      // 移除二级缓存
      this.singletonFactories.remove(beanName);
      // 移除三级缓存
      this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
      // 将完成的BeanName添加到已经注册的单例集合
      this.registeredSingletons.add(beanName);
   }
}

到此循环依赖完全打开。所以一级缓存中已经是完全创建好的单例Bean。

为什么要用三级缓存：一、二级缓存能解决循环依赖吗？

当再次回过头来，你会发现只用一、二级缓存似乎也可以解决缓存依赖，但是还存在如果循环依赖还使用Spring中的AOP代理时，此时没有三级缓存，就意味着二级缓存中刚实例化的Bean要完成AOP代理。

如下图所示，回顾 《从Spring为什么要用IoC的支点，我撬动了整个Spring的源码脉络！》中有畅谈到，BeanPostProcessor后置处理器是AOP实现的关键。所以Bean在制定生命周期时，代理是放在最后一步来完成的，而不是在实例化后就立刻代理。

所以没有三级缓存，只使用二级缓存，那么就破坏了Spring对Bean生命周期的制定。

而通过三级缓存就可以很好的解决循环依赖后还有AOP代理问题。因为AOP代理有可能会把之前的原来的Bean换成代理Bean，所以导致Bean的版本不对，最终也会造成异常。

所以最后，再来看一级、二级、三级缓存中分别存放的是什么状态的Bean时，是不是亲切多了呢？

先是三级缓存为早期曝光对象工厂（singletonFactories），是lambada表达式。然后是二级缓存为早期曝光对象earlySingletonObjects，是完成实例化，但是还未进行属性注入及初始化的对象。最后是一级缓存为单例池（singletonObjects），是完全创建好的单例Bean。

当我在梳理了Spring脉络后，再来看这些Spring中的各种细节时，就正如众里寻她千百度，蓦然回首，那细节却在灯火阑珊处。

作者：一颗剽悍的种子
链接：https://juejin.cn/post/7126264114954895396
来源：稀土掘金