彻底理解Spring如何解决循环依赖

Spring bean生命周期

可以简化为以下5步。

1、构建BeanDefinition

2、实例化 Instantiation

3、属性赋值 Populate

4、初始化 Initialization（BeanPostprocessor -> Aware，init）

5、销毁 Destruction 

Spring 三级缓存作用

一级缓存

/** Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
Map<String, Object> singletonObjects;

用来保存实例化、初始化都完成的bean对象。

二级缓存

/** Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
Map<String, Object> earlySingletonObjects ;

用来保存实例化完成，但是未初始化完成的对象（这个对象不一定是原始对象，也有可能是经过AOP生成的代理对象）。

三级缓存

/** Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories;

用来保存一个对象工厂（ObjectFactory），提供一个匿名内部类，用于创建二级缓存中的对象。

三级缓存中提到的ObjectFactory即 () -> getEarlyBeanReference(beanName,mbd,bean)，其中bean就是原始对象。

其中getEarlyBeanReference 方法是 SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor接口中定义的，AbstractAutoProxyCreator（Spring AOP proxy creator）实现了该方法。

Spring三级缓存实现

获取beanName:A

org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory#doGetBean(beanName:A)
　　org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton(beanName:A)
　　　　org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton(beanName:A, allowEarlyReference:true)

分别按照一级缓存、二级缓存、三级缓存顺序加载。如果存在循环依赖（比如beanName:B依赖beanName:A），而且三级缓存中存在beanName:A的引用，则从三级缓存中拿到beanName:A对应的提早曝光的对象（可能是原始对象，也可能是代理对象）并放入二级缓存。比如又有beanName:C依赖beanName:A，会直接从二级缓存中获取到。

bean创建和初始化完成

org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory#doGetBean(beanName:A)
　　org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton(beanName:A, ObjectFactory:lamda表达，调用AbstractBeanFactory#createBean(beanName:A))
　　org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry#addSingleton(beanName:A,singletonObject:A)

直接添加到一级缓存

bean创建完成之后

org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBean(beanName:A, RootBeanDefinition:mbd, Object[]:args)
　　org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean(beanName:A, RootBeanDefinition:mbd, Object[]:args)
　　　　org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry#addSingletonFactory(beanName:A, () -> getEarlyBeanReference(beanName:A, mbd, bean:A))
　　org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#populateBean　　//属性填充
　　org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#initializeBean　　 //初始化

将ObjectFactory对象放入三级缓存，beanName:A -> ObjectFactory( () -> getEarlyBeanReference(beanName:A, mbd, bean:A) )

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
      throws BeanCreationException {
   // Instantiate the bean.
   BeanWrapper instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
   }
   final Object bean = instanceWrapper.getWrappedInstance();
   boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
         isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
      addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
   }
   // Initialize the bean instance.
   Object exposedObject = bean;
   populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
   exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);

   if (earlySingletonExposure) {
　　　 //org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton(beanName:A, allowEarlyReference:false) 
      Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
      if (earlySingletonReference != null) {
         if (exposedObject == bean) {
            exposedObject = earlySingletonReference;
         }
         else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {
         }
       }   
   }
}

一个简单的A、B互相依赖循环依赖场景

@Async注解循环依赖报错

@Transactional使用的是自动代理创建器AbstractAutoProxyCreator，它实现了getEarlyBeanReference()方法从而很好的对循环依赖提供了支持。

@Async的代理创建使用的是AsyncAnnotationBeanPostProcessor单独的后置处理器实现的，它只在一处postProcessAfterInitialization()实现了对代理对象的创建，因此若出现它被循环依赖了，就会报BeanCurrentlyInCreationException。

protected Object doCreateBean( ... ){
    ...
    boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
    if (earlySingletonExposure) {
        addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
    }
    ...

    Object exposedObject = bean;

    /**
    *假如A实例有方法注有@Async注解，A实例依赖B实例，B实例依赖A实例。创建A实例时先走到populateBean方法，然后开始填充属性B实例，B实例也会走到populateBean方法，然后从三级缓存中通过A流程中的getEarlyBeanReference()方法，从而拿到A的早期引用*。执行A的getEarlyBeanReference()方法的时候，会执行自动代理创建器，这里最终得到是可能是原始A对象，也可能是代理后的A对象（注意哦，A实例的@Async注解这里还没有被处理呢）。exposedObject此时指向的是原始A实例。
    */
    populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);

     /**
     *标注有@Async的A实例的代理对象在此处会被生成， 参照类：AsyncAnnotationBeanPostProcessor。执行完之后，exposedObject指向的是个代理对象而非原始A实例了。
     */
    exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
    
    ...
    // 这里是报错的重点。
    if (earlySingletonExposure) {
        /**
        *因为A被B循环依赖进去了，所以此时A是被放进了二级缓存的，所以此处earlySingletonReference指向的是通过创建A实例流程中的getEarlyBeanReference()返回的A实例（再强调用一下，可能是原始对象，也可能是代理对象）。
        *说到这里，什么情况下earlySingletonReference==null？也就是getSingleton(beanName:A, false)==null，只有当A实例没有牵涉到循环依赖的时候（即不存在A依赖B且B依赖A的场景；单独存在B依赖A是没有问题，A的三级缓存根本不会执行，所以二级缓存就不会有值，A创建并初始化完成之后直接放到了一级缓存）。
        */
        Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
        if (earlySingletonReference != null) {
            //这里exposedObject指向的是被@Aysnc代理过的对象，而bean是原始对象，所以此处不相等，走else逻辑。
            if (exposedObject == bean) {
                exposedObject = earlySingletonReference;
            }
            /**
            *allowRawInjectionDespiteWrapping 标注是否允许此Bean的原始类型被注入到其它Bean里面，即使自己最终会被包装（代理）。
            *默认是false表示不允许，如果改为true表示允许，就不会报错啦。
            *另外dependentBeanMap是记录着每个Bean它所依赖的Bean的Map。
            */
            else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {
                //因为A依赖于B，所以此处拿到了B实例的beanName
                String[] dependentBeans = getDependentBeans(beanName);
                Set<String> actualDependentBeans = new LinkedHashSet<>(dependentBeans.length);

                /**
                *B实例经过removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly最终返返回false  因为alreadyCreated里面已经有它了表示B已经完全创建完成了。
                *既然B实例已经创建完成了，通过创建A实例流程中的getEarlyBeanReference()返回的A实例已经注入到了B实例中，此时B实例注入的和exposedObject指向的不是同一个A实例，那肯定就有问题了。
                */
                for (String dependentBean : dependentBeans) {
                    if (!removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly(dependentBean)) {
                        actualDependentBeans.add(dependentBean);
                    }
                }
    
                // 若存在这种真正的依赖，那就报错了~~~  这个异常就是上面看到的异常信息
                if (!actualDependentBeans.isEmpty()) {
                    throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName,
                            "Bean with name '" + beanName + "' has been injected into other beans [" +
                            StringUtils.collectionToCommaDelimitedString(actualDependentBeans) +
                            "] in its raw version as part of a circular reference, but has eventually been " +
                            "wrapped. This means that said other beans do not use the final version of the " +
                            "bean. This is often the result of over-eager type matching - consider using " +
                            "'getBeanNamesOfType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.");
                }
            }
        }
    }
    ...
}

具体原因分析参考：https://blog.csdn.net/f641385712/article/details/92797058

总结

1、Spring 解决循环依赖有两个前提条件：不全是构造器方式的循环依赖，必须是单例。

2、如果没有出现循环依赖，第三级缓存（singletonFactories）将不会使用到，对象会按照Spring创建bean的生命周期流程，最后将bean直接放到第一级缓存（singletonObjects）中。

3、一定要三级缓存嘛，二级缓存不能解决循环依赖？不能，主要是为了生成代理对象。

因为三级缓存中放的是生成具体对象的匿名内部类（ObjectFactory），它可能生成代理对象，也可能是普通的实例对象。使用三级缓存主要是为了保证不管什么时候使用的都是一个对象。假设只有二级缓存的情况，往二级缓存中放的显示一个普通的Bean对象，BeanPostProcessor去生成代理对象之后，覆盖掉二级缓存中的普通Bean对象，无法保证程多线程环境下获取到bean对象一致性。