第04天 Spring是如何解决循环依赖的

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1. 什么是循环依赖

就是A对象依赖了B对象，B对象依赖了A对象。

说白是一个或多个对象实例之间存在直接或间接的依赖关系，这种依赖关系构成了构成一个环形调用。

// A依赖了B
class A{
	public B b;
}

// B依赖了A
class B{
	public A a;
}

那么循环依赖是个问题吗？

如果不考虑Spring，循环依赖并不是问题，因为对象之间相互依赖是很正常的事情。

比如

A a = new A();
B b = new B();

a.b = b;
b.a = a;

这样，A,B就依赖上了。

但是，在Spring中循环依赖就是一个问题了，为什么？

因为，在Spring中，一个对象并不是简单new出来了，而是会经过一系列的Bean的生命周期，就是因为Bean的生命周期所以才会出现循环依赖问题。当然，在Spring中，出现循环依赖的场景很多，有的场景Spring自动帮我们解决了，而有的场景则需要程序员来解决，下文详细来说。

要明白Spring中的循环依赖，得先明白Spring中 Bean的生命周期。

2. Bean的生命周期

Bean的生命周期指的就是：在Spring中，Bean是如何生成的？

被Spring管理的对象叫做Bean。Bean的生成步骤如下：

Spring扫描class得到BeanDefinition
根据得到的BeanDefinition去生成bean
首先根据class推断构造方法
根据推断出来的构造方法，反射，得到一个对象（暂时叫做原始对象）
填充原始对象中的属性（依赖注入）
如果原始对象中的某个方法被AOP了，那么则需要根据原始对象生成一个代理对象
把最终生成的代理对象放入单例池（源码中叫做singletonObjects）中，下次getBean时就直接从单例池拿即可

可以看到，对于Spring中的Bean的生成过程，步骤还是很多的，并且不仅仅只有上面的7步，还有很多很多，比如Aware回调、初始化等等，这里不详细讨论。

可以发现，在Spring中，构造一个Bean，包括了new这个步骤（第4步构造方法反射）。得到一个原始对象后，Spring需要给对象中的属性进行依赖注入，那么这个注入过程是怎样的？

比如上文说的A类，A类中存在一个B类的b属性，所以，当A类生成了一个原始对象之后，就会去给b属性去赋值，此时就会根据b属性的类型和属性名去BeanFactory中去获取B类所对应的单例bean。如果此时BeanFactory中存在B对应的Bean，那么直接拿来赋值给b属性；如果此时BeanFactory中不存在B对应的Bean，则需要生成一个B对应的Bean，然后赋值给b属性。

问题就出现在第二种情况，如果此时B类在BeanFactory中还没有生成对应的Bean，那么就需要去生成，就会经过B的Bean的生命周期。

那么在创建B类的Bean的过程中，如果B类中存在一个A类的a属性，那么在创建B的Bean的过程中就需要A类对应的Bean，但是，触发B类Bean的创建的条件是A类Bean在创建过程中的依赖注入，所以这里就出现了循环依赖：

ABean创建–>依赖了B属性–>触发BBean创建—>B依赖了A属性—>需要ABean（但ABean还在创建过程中）从而导致ABean创建不出来，BBean也创建不出来。这是循环依赖的场景，但是上文说了，在Spring中，通过某些机制帮开发者解决了部分循环依赖的问题，这个机制就是三级缓存。

3. 三级缓存

三级缓存是通用的叫法。

一级缓存为：singletonObjects

二级缓存为：earlySingletonObjects

三级缓存为：singletonFactories

先稍微解释一下这三个缓存的作用：

singletonObjects中缓存的是已经经历了完整生命周期的bean对象。

earlySingletonObjects比singletonObjects多了一个early，表示缓存的是早期的bean对象。早期是什么意思？表示Bean的生命周期还没走完就把这个Bean放入earlySingletonObjects。

singletonFactories中缓存的是ObjectFactory，表示对象工厂，用来创建某个对象的。

4. 分析

先来分析为什么缓存能解决循环依赖。

上文分析得到，之所以产生循环依赖的问题，主要是：

A创建时—>需要B---->B去创建—>需要A，从而产生了循环

下面用一张图告诉你，spring是如何解决循环依赖的：

A的Bean在创建过程中，在进行依赖注入之前，先把A的原始Bean放入缓存（提早暴露，只要放到缓存了，其他Bean需要时就可以从缓存中拿了），放入缓存后，再进行依赖注入，此时A的Bean依赖了B的Bean，如果B的Bean不存在，则需要创建B的Bean，而创建B的Bean的过程和A一样，也是先创建一个B的原始对象，然后把B的原始对象提早暴露出来放入缓存中，然后在对B的原始对象进行依赖注入A，此时能从缓存中拿到A的原始对象（虽然是A的原始对象，还不是最终的Bean），B的原始对象依赖注入完了之后，B的生命周期结束，那么A的生命周期也能结束。

因为整个过程中，都只有一个A原始对象，所以对于B而言，就算在属性注入时，注入的是A原始对象，也没有关系，因为A原始对象在后续的生命周期中在堆中没有发生变化。

从上面这个分析过程中可以得出，只需要一个缓存就能解决循环依赖了，那么为什么Spring中还需要singletonFactories呢？

这是难点，基于上面的场景想一个问题：如果A的原始对象注入给B的属性之后，A的原始对象进行了AOP产生了一个代理对象，此时就会出现，对于A而言，它的Bean对象其实应该是AOP之后的代理对象，而B的a属性对应的并不是AOP之后的代理对象，这就产生了冲突。

**B依赖的A和最终的A不是同一个对象。

那么如何解决这个问题？这个问题可以说没有办法解决。

因为在一个Bean的生命周期最后，Spring提供了BeanPostProcessor可以去对Bean进行加工，这个加工不仅仅只是能修改Bean的属性值，也可以替换掉当前Bean。

举个例子：

@Component
public class User {
}

@Component
public class TestBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {

	@Override
	public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {

        // 生成了一个新的User对象
		if (beanName.equals("user")) {
			System.out.println(bean);
			User user = new User();
			return user;
		}

		return bean;
	}
}

public class Test {
	public static void main(String[] args) {

		AnnotationConfigApplicationContext context =
				new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
		
		User user = context.getBean("user", User.class);
		System.out.println(user);

	}
}

运行main方法，得到的打印如下：

com.test.service.User@67gh4rt3
com.test.service.User@56tr75b3

所以在BeanPostProcessor中可以完全替换掉某个beanName对应的bean对象。

而BeanPostProcessor的执行在Bean的生命周期中是处于属性注入之后的，循环依赖是发生在属性注入过程中的，所以很有可能导致，注入给B对象的A对象和经历过完整生命周期之后的A对象，不是一个对象。这就是有问题的。

所以在这种情况下的循环依赖，Spring是解决不了的，因为在属性注入时，Spring也不知道A对象后续会经过哪些BeanPostProcessor以及会对A对象做什么处理。

5. Spring解决了哪种循环依赖

虽然上面的情况可能发生，但是肯定发生得很少，我们通常在开发过程中，不会这样去做，但是，某个beanName对应的最终对象和原始对象不是一个对象却会经常出现，这就是AOP。

AOP就是通过一个BeanPostProcessor来实现的，这个BeanPostProcessor就是AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator，它的父类是AbstractAutoProxyCreator，而在Spring中AOP利用的要么是JDK动态代理，要么CGLib的动态代理，所以如果给一个类中的某个方法设置了切面，那么这个类最终就需要生成一个代理对象。

一般过程就是：A类—>生成一个普通对象–>属性注入–>基于切面生成一个代理对象–>把代理对象放入singletonObjects单例池中。

而AOP可以说是Spring中除开IOC的另外一大功能，而循环依赖又是属于IOC范畴的，所以这两大功能想要并存，Spring需要特殊处理。

如何处理的，就是利用了第三级缓存singletonFactories。

首先，singletonFactories中存的是某个beanName对应的ObjectFactory，在bean的生命周期中，生成完原始对象之后，就会构造一个ObjectFactory存入singletonFactories中。这个ObjectFactory是一个函数式接口，所以支持Lambda表达式：() -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean)

上面的Lambda表达式就是一个ObjectFactory，执行该Lambda表达式就会去执行getEarlyBeanReference方法，而该方法如下：

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;
}

该方法会去执行SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor中的getEarlyBeanReference方法，而这个接口下的实现类中只有两个类实现了这个方法，一个是AbstractAutoProxyCreator，一个是InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter，它的实现如下：

// InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {
	return bean;
}

// AbstractAutoProxyCreator
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
	Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
	this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
	return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

所以很明显，在整个Spring中，默认就只有AbstractAutoProxyCreator真正意义上实现了getEarlyBeanReference方法，而该类就是用来进行AOP的。上文提到的AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator的父类就是AbstractAutoProxyCreator。

那么getEarlyBeanReference方法到底在干什么？

首先得到一个cachekey，cachekey就是beanName。

然后把beanName和bean（这是原始对象）存入earlyProxyReferences中

调用wrapIfNecessary进行AOP，得到一个代理对象。

那么，什么时候会调用getEarlyBeanReference方法呢？回到循环依赖的场景中

三级缓存放的并不是代理对象；是ObjectFactory对象，且传递了函数式接口getEarlyBeanReference方法作为该对象getObject方法的内部实现，getEarlyBeanReference方法是一处Bean后置处理器SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的使用，接口方法getEarlyBeanReference可以拓展代理对象的创建，这种情况我感觉是为了避免两个代理对象的循环依赖问题，例如A、B相互依赖且都需要创建AOP代理对象，此时如果按照不做处理，getBean(A)，填充B即getBean(B)，B填充A，此时B填充了A的真实对象，然后B完成getBean周期，初始化后创建了代理对象PB并且返回，A填充的B是B的代理对象PB，但是B填充的确是普通的A；所以才会在后置处理器SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的实现类里提供了getEarlyBeanReference方法来提前创建代理对象；这样一来AB填充的都是BA的代理对象；当然代理对象创建后会放入缓存，避免初始化后重复创建代理对象；

//处理AOP的后置处理器实现的抽象类AbstractAutoProxyCreator
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
   Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
   this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
    //提前触发代理对象的创建
   return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

考虑到如果有代理对象的创建，需要放到一级缓存的就应该是代理对象而非target对象；所以在初始化完成后需要判断下是否创建了代理对象，从而确定向一级缓存是代理对象（如果创建了的话）；如下代码块getSingleton方法会拿到二级缓存里的Bean对象，正常情况下就是targetBean，如果创建了代理对象二级缓存里就是代理对象了，如果不涉及循环依赖，放到一级里的exposedObject就是正确的Bean（作为初始化的返回值，在初始化方法里创建了代理对象，那么也没影响，代理对象会被正常放入一级），如果同时涉及到AOP和循环代理，就会触发如下条件，由于提前创建代理对象，初始化方法并不会重复创建，所以满足exposedObject == bean，所以此时二级缓存里通过getEarlyBeanReference创建的代理对象需要放入一级而非exposedObject，所以执行 exposedObject = earlySingletonReference;

Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
if (earlySingletonReference != null) {
    //正常相等
    //只涉及AOP不等，不需要处理
    //同时循环和AOP，需要纠正为getEarlyBeanReference创建的代理对象
   if (exposedObject == bean) {
      //如果循环依赖创建提前创建了，那么此时初始化后不会重复创建，所以exposedObject和bean是相等的
      exposedObject = earlySingletonReference;//因此直接替换为提前创建的代理对象，作为放入一级缓存的对象
   }