Spring 是如何解决循环依赖的

1.什么是循环依赖?

所谓的循环依赖是指，A 依赖 B，B 又依赖 A，它们之间形成了循环依赖。或者是 A 依赖 B，B 依赖 C，C 又依赖 A。它们之间的依赖关系如下：

2.通过手写代码演示理解Spring循环依赖

DEMO:


public class MainStart {private static Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(256);/*** 读取bean定义，当然在spring中肯定是根据配置 动态扫描注册*/public static void loadBeanDefinitions() {RootBeanDefinition aBeanDefinition=new RootBeanDefinition(InstanceA.class);RootBeanDefinition bBeanDefinition=new RootBeanDefinition(InstanceB.class);beanDefinitionMap.put("instanceA",aBeanDefinition);beanDefinitionMap.put("instanceB",bBeanDefinition);}public static void main(String[] args) throws Exception {// 加载了BeanDefinitionloadBeanDefinitions();// 注册Bean的后置处理器// 循环创建Beanfor (String key : beanDefinitionMap.keySet()){// 先创建AgetBean(key);}InstanceA instanceA = (InstanceA) getBean("instanceA");instanceA.say();}// 一级缓存public static Map<String,Object> singletonObjects=new ConcurrentHashMap<>();// 二级缓存： 为了将 成熟Bean和纯净Bean分离，避免读取到不完整得Beanpublic static Map<String,Object> earlySingletonObjects=new ConcurrentHashMap<>();// 三级缓存public static Map<String,ObjectFactory> singletonFactories=new ConcurrentHashMap<>();// 循环依赖标识public  static  Set<String> singletonsCurrennlyInCreation=new HashSet<>();// 假设A 使用了Aop @PointCut("execution(* *..InstanceA.*(..))")   要给A创建动态代理// 获取Beanpublic  static Object getBean(String beanName) throws Exception {Object singleton = getSingleton(beanName);if(singleton!=null){return singleton;}// 正在创建if(!singletonsCurrennlyInCreation.contains(beanName)){singletonsCurrennlyInCreation.add(beanName);}// createBean// 实例化RootBeanDefinition beanDefinition = (RootBeanDefinition) beanDefinitionMap.get(beanName);Class<?> beanClass = beanDefinition.getBeanClass();Object instanceBean = beanClass.newInstance();  // 通过无参构造函数// 创建动态代理  （耦合 、BeanPostProcessor)    Spring还是希望正常的Bean 还是再初始化后创建// 只在循环依赖的情况下在实例化后创建proxy   判断当前是不是循环依赖singletonFactories.put(beanName, () -> new JdkProxyBeanPostProcessor().getEarlyBeanReference(earlySingletonObjects.get(beanName),beanName));// 添加到二级缓存// earlySingletonObjects.put(beanName,instanceBean);// 属性赋值Field[] declaredFields = beanClass.getDeclaredFields();for (Field declaredField : declaredFields) {Autowired annotation = declaredField.getAnnotation(Autowired.class);// 说明属性上面有Autowiredif(annotation!=null){declaredField.setAccessible(true);// byname  bytype  byconstrator// instanceBString name = declaredField.getName();Object fileObject= getBean(name);   //拿到B得BeandeclaredField.set(instanceBean,fileObject);}}// 初始化   init-mthod// 放在这里创建已经完了  B里面的A 不是proxy// 正常情况下会再 初始化之后创建proxy// 由于递归完后A 还是原实例，， 所以要从二级缓存中拿到proxy 。if(earlySingletonObjects.containsKey(beanName)){instanceBean=earlySingletonObjects.get(beanName);}// 添加到一级缓存   AsingletonObjects.put(beanName,instanceBean);// remove 二级缓存和三级缓存return instanceBean;}public  static Object getSingleton(String beanName){// 先从一级缓存中拿Object bean = singletonObjects.get(beanName);// 说明是循环依赖if(bean==null && singletonsCurrennlyInCreation.contains(beanName)){bean=earlySingletonObjects.get(beanName);// 如果二级缓存没有就从三级缓存中拿if(bean==null) {// 从三级缓存中拿ObjectFactory factory = singletonFactories.get(beanName);if (factory != null) {bean=factory.getObject(); // 拿到动态代理earlySingletonObjects.put(beanName, bean);}}}return bean;}}

为什么需要二级缓存？

一级缓存和二级缓存相比：

二级缓存只要是为了分离成熟Bean和纯净Bean(未注入属性)的存放，防止多线程中在Bean还未创建完成时读取到的Bean时不完整的。所以也是为了保证我们getBean是完整最终的Bean，不会出现不完整的情况。

一二三级缓存下二级缓存的意义：

二级缓存为了存储三级缓存的创建出来的早期Bean，为了避免三级缓存重复执行。

为什么需要三级缓存？

我们都知道Bean的aop动态代理创建时在初始化之后，但是循环依赖的Bean如果使用了AOP。那无法等到解决完循环依赖再创建动态代理，因为这个时候已经注入属性。所以如果循环依赖的Bean使用了aop. 需要提前创建aop。

但是需要思考的是动态代理在哪创建？在实例化后直接创建？但是我们正常的Bean是在初始化创建啊。所以可以加个判断如果是循环依赖就实例化后调用，没有循环依赖就正常在初始化后调用。

怎么判断当前创建的bean是不是循环依赖？根据二级缓存判断？有就是循环依赖？

那这个判断怎么加？加载实例化后面行吗？下面是伪代码：

实例化后.省略code....if(二级缓存有说明是循环依赖？){二级缓存=创建动态代理覆盖（判断当前bean是否被二级缓存命中）；
}

这样写可以吗？肯定不行啊，因为实例化后始终会放入二级缓存中。所以这样写不管是不是循环依赖都会在实例化后创建动态代理。

创建本身的时候没法判断自己是不是循环依赖，，只有在B 引用A （不同bean的引用直接）下才能判断是不是循环依赖（比如B引用A,A正在创建，那说明是循环依赖），所以判断要卸载getSingleton中。


假如A是proxy:A创建Bean -->注入属性B-->getBean(B)-->创建B-->注入属性A---->getSingleton("a")之后写如下代码
==================================================================================================
public object getSingleton(beanName){先从一级缓存拿 省略code...if(二级缓存有说明是循环依赖？){  二级缓存=调用创建动态代BeanPostProcessor（判断是否使用aop，没有依然返回原实例）；}
}

在这里创建行吗？行！所以说二级缓存确实完全可以解决循环依赖的任何情况：包括扩展能力（因为也可以在这里调用BeanPostProcessor, 当然AOP也是基于BeanPostProcessor,虽然也当然可以解决）。 那要三级缓存干嘛？ 我们只能这样解释： Spring的方法职责都比较单例，一个方法通常只做一件事， getBean就是获取bean 但是调用创建动态代BeanPostProcessor 是属于create的过程中的，如果在这里明显代码比较耦合，阅读性也不太好。所以为了解耦、方法职责单一、方便后期维护，将调用创建动态代BeanPostProcessor 放在createBean中是最合适不过了，但是我们判断当前是否循环依赖还是要写在getSingleton里面啊，这怎么办：

三级缓存存一个函数接口， 函数接口实现创建动态代理调用BeanPostProcessor 。为了避免重复创建，调用把返回的动态代理对象或者原实例存储在二级缓存，三个缓存完美解决解耦、扩展、性能、代码阅读性。

为什么Spring不能解决构造器的循环依赖？

从流程图应该不难看出来，在Bean调用构造器实例化之前，一二三级缓存并没有Bean的任何相关信息，在实例化之后才放入三级缓存中，因此当getBean的时候缓存并没有命中，这样就抛出了循环依赖的异常了。

为什么多例Bean不能解决循环依赖？

我们自己手写了解决循环依赖的代码，可以看到，核心是利用一个map，来解决这个问题的，这个map就相当于缓存。

为什么可以这么做，因为我们的bean是单例的，而且是字段注入（setter注入）的，单例意味着只需要创建一次对象，后面就可以从缓存中取出来，字段注入，意味着我们无需调用构造方法进行注入。

如果是原型bean，那么就意味着每次都要去创建对象，无法利用缓存；
如果是构造方法注入，那么就意味着需要调用构造方法注入，也无法利用缓存。

循环依赖可以关闭吗

可以，Spring提供了这个功能，我们需要这么写：

public class Main {public static void main(String[] args) {AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext();applicationContext.setAllowCircularReferences(false);applicationContext.register(AppConfig.class);applicationContext.refresh();}
}

3 源码：如何解决循环依赖？

哪三级缓存？

DefaultSingletonBeanRegistry类的三个成员变量命名如下：
/** 一级缓存 这个就是我们大名鼎鼎的单例缓存池 用于保存我们所有的单实例bean */
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);/** 三级缓存 该map用户缓存 key为 beanName  value 为ObjectFactory(包装为早期对象) */
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);/** 二级缓存 ，用户缓存我们的key为beanName value是我们的早期对象(对象属性还没有来得及进行赋值) */
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);

以 BeanA 和 BeanB 两个类相互依赖为例

创建原始 bean 对象

instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
final Object bean = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedInstance() : null);

假设 beanA 先被创建，创建后的原始对象为BeanA@1234，上面代码中的 bean 变量指向就是这个对象。

暴露早期引用

该方法用于把早期对象包装成一个ObjectFactory 暴露到三级缓存中用于将解决循环依赖...

 
protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) { 
...//加入到三级缓存中，，，，，暴露早期对象用于解决循环依赖this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);...
}

beanA 指向的原始对象创建好后，就开始把指向原始对象的引用通过 ObjectFactory 暴露出去。getEarlyBeanReference 方法的第三个参数 bean 指向的正是 createBeanInstance 方法创建出原始 bean 对象 BeanA@1234。

解析依赖

populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);

还没有进行属性装配，自动注入的属性都是null

初始化好的Bean

populateBean 用于向 beanA 这个原始对象中填充属性，当它检测到 beanA 依赖于 beanB 时，会首先去实例化 beanB。

beanB 在此方法处也会解析自己的依赖，当它检测到 beanA 这个依赖，于是调用 BeanFactroy.getBean("beanA") 这个方法，从容器中获取 beanA。

获取早期引用

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {/*** 第一步:我们尝试去一级缓存(单例缓存池中去获取对象,一般情况从该map中获取的对象是直接可以使用的)* IOC容器初始化加载单实例bean的时候第一次进来的时候 该map中一般返回空*/Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);/*** 若在第一级缓存中没有获取到对象,并且singletonsCurrentlyInCreation这个list包含该beanName* IOC容器初始化加载单实例bean的时候第一次进来的时候 该list中一般返回空,但是循环依赖的时候可以满足该条件*/if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {synchronized (this.singletonObjects) {/*** 尝试去二级缓存中获取对象(二级缓存中的对象是一个早期对象)* 何为早期对象:就是bean刚刚调用了构造方法，还来不及给bean的属性进行赋值的对象(纯净态)* 就是早期对象*/singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);/*** 二级缓存中也没有获取到对象,allowEarlyReference为true(参数是有上一个方法传递进来的true)*/if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {/*** 直接从三级缓存中获取 ObjectFactory对象 这个对接就是用来解决循环依赖的关键所在* 在ioc后期的过程中,当bean调用了构造方法的时候,把早期对象包裹成一个ObjectFactory* 暴露到三级缓存中*/ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);//从三级缓存中获取到对象不为空if (singletonFactory != null) {/*** 在这里通过暴露的ObjectFactory 包装对象中,通过调用他的getObject()来获取我们的早期对象* 在这个环节中会调用到 getEarlyBeanReference()来进行后置处理*/singletonObject = singletonFactory.getObject();//把早期对象放置在二级缓存,this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);//ObjectFactory 包装对象从三级缓存中删除掉this.singletonFactories.remove(beanName);}}}}return singletonObject;
}

接着上面的步骤讲:

populateBean 调用 BeanFactroy.getBean("beanA") 以获取 beanB 的依赖。
getBean("beanB") 会先调用 getSingleton("beanA")，尝试从缓存中获取 beanA。此时由于 beanA 还没完全实例化好
于是 this.singletonObjects.get("beanA") 返回 null。
接着 this.earlySingletonObjects.get("beanA") 也返回空，因为 beanA 早期引用还没放入到这个缓存中。
最后调用 singletonFactory.getObject() 返回 singletonObject，此时 singletonObject != null。singletonObject 指向 BeanA@1234，也就是 createBeanInstance 创建的原始对象。此时 beanB 获取到了这个原始对象的引用，beanB 就能顺利完成实例化。beanB 完成实例化后，beanA 就能获取到 beanB 所指向的实例，beanA 随之也完成了实例化工作。由于 beanB.beanA 和 beanA 指向的是同一个对象 BeanA@1234，所以 beanB 中的 beanA 此时也处于可用状态了。

以上的过程对应下面的流程图：

4 如何进行拓展？

bean可以通过实现SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor接口（一般这个接口供spring内部使用）的getEarlyBeanReference方法进行拓展

何时进行拓展？

（进行bean的实例化时）

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final Object[] args)throws BeanCreationException {
//省略其他代码，只保留了关键代码
//...
// Eagerly cache singletons to be able to resolve circular references
// even when triggered by lifecycle interfaces like BeanFactoryAware.
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));if (earlySingletonExposure) {if (logger.isDebugEnabled()) {logger.debug("Eagerly caching bean '" + beanName +"' to allow for resolving potential circular references");}//将刚实例化好的bean添加到一级缓存中  addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory@Overridepublic Object getObject()throws BeansException {//执行拓展的后置处理器return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);}});}
}

getEarlyBeanReference方法

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {Object exposedObject = bean;//判读我们容器中是否有InstantiationAwareBeanPostProcessors类型的后置处理器if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {//获取我们所有的后置处理器for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {//判断我们的后置处理器是不是实现了SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor接口if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {//进行强制转换SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;//挨个调用SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的getEarlyBeanReferenceexposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);}}}return exposedObject;
}

扩展示例：

@Component
public class TulingBPP implements SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor {public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {if(beanName.equals("instanceA") || beanName.equals("instanceB")) {JdkDynimcProxy jdkDynimcProxy = new JdkDynimcProxy(bean);return  jdkDynimcProxy.getProxy();}return bean;}
}