Spring中的循环依赖解决详解
前言
说起Spring中循环依赖的解决办法，相信很多园友们都或多或少的知道一些，但当真的要详细说明的时候，可能又没法一下将它讲清楚。本文就试着尽自己所能，对此做出一个较详细的解读。另，需注意一点，下文中会出现类的实例化跟类的初始化两个短语，为怕园友迷惑，事先声明一下，本文的实例化是指刚执行完构造器将一个对象new出来，但还未填充属性值的状态，而初始化是指完成了属性的依赖注入。
一、先说说Spring解决的循环依赖是什么
Java中的循环依赖分两种，一种是构造器的循环依赖，另一种是属性的循环依赖。
构造器的循环依赖就是在构造器中有属性循环依赖，如下所示的两个类就属于构造器循环依赖：
1 @Service
2 public class Student {
3 @Autowired
4 private Teacher teacher;
5
6 public Student (Teacher teacher) {
7 System.out.println("Student init1:" + teacher);
8 }
9
10 public void learn () {
11 System.out.println("Student learn");
12 }
13 }
1 @Service
2 public class Teacher {
3 @Autowired
4 private Student student;
5
6 public Teacher (Student student) {
7 System.out.println("Teacher init1:" + student);
8
9 }
10
11 public void teach () {
12 System.out.println("teach:");
13 student.learn();
14 }
15 }
这种循环依赖没有什么解决办法，因为JVM虚拟机在对类进行实例化的时候，需先实例化构造器的参数，而由于循环引用这个参数无法提前实例化，故只能抛出错误。
Spring解决的循环依赖就是指属性的循环依赖，如下所示：
1 @Service
2 public class Teacher {
3 @Autowired
4 private Student student;
5
6 public Teacher () {
7 System.out.println("Teacher init1:" + student);
8
9 }
10
11 public void teach () {
12 System.out.println("teach:");
13 student.learn();
14 }
15
16 }
1 @Service
2 public class Student {
3 @Autowired
4 private Teacher teacher;
5
6 public Student () {
7 System.out.println("Student init:" + teacher);
8 }
9
10 public void learn () {
11 System.out.println("Student learn");
12 }
13 }
测试扫描类：
1 @ComponentScan(value = "myPackage")
2 public class ScanConfig {
3
4 }
测试启动类：
1 public class SpringTest {
2
3 public static void main(String[] args) {
4 AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(ScanConfig.class);
5 applicationContext.getBean(Teacher.class).teach();
6
7 }
8 }
测试类执行结果：
1 Student init:null 2 Teacher init:null 3 teach: 4 Student learn
可以看到，在构造器执行的时候未完成属性的注入，而在调用方法的时候已经完成了注入。下面就一起看看Spring内部是在何时完成的属性注入，又是如何解决的循环依赖。
二、循环依赖与属性注入
1、对于非懒加载的类，是在refresh方法中的 finishBeanFactoryInitialization(beanFactory) 方法完成的包扫描以及bean的初始化，下面就一起追踪下去。
1 protected void finishBeanFactoryInitialization(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
2 // 其他代码
3
4 // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
5 beanFactory.preInstantiateSingletons();
6 }
可以看到调用了beanFactory的一个方法，此处的beanFactory就是指我们最常见的那个DefaultListableBeanFactory，下面看它里面的这个方法。
2、DefaultListableBeanFactory的preInstantiateSingletons方法
1 public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
2
3 List<String> beanNames = new ArrayList<>(this.beanDefinitionNames);
4
5 // Trigger initialization of all non-lazy singleton beans...
6 for (String beanName : beanNames) {
7 RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
8 if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton() && !bd.isLazyInit()) { // 判断为非抽象类、是单例、非懒加载 才给初始化
9 if (isFactoryBean(beanName)) {
10 // 无关代码（针对FactoryBean的处理）
11 }
12 else {
13 // 重要！！！普通bean就是在这里初始化的
14 getBean(beanName);
15 }
16 }
17 }
18
19 // 其他无关代码
20 }
可以看到，就是在此方法中循环Spring容器中所有的bean，依次对其进行初始化，初始化的入口就是getBean方法
3、AbstractBeanFactory的getBean跟doGetBean方法
追踪getBean方法：
1 public Object getBean(String name) throws BeansException {
2 return doGetBean(name, null, null, false);
3 }
可见引用了重载的doGetBean方法，继续追踪之：
1 protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,
2 @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
3
4 final String beanName = transformedBeanName(name);
5 Object bean;
6
7 // 方法1）从三个map中获取单例类
8 Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
9 // 省略无关代码
10 }
11 else {
12 // 如果是多例的循环引用，则直接报错
13 if (isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)) {
14 throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
15 }
16 // 省略若干无关代码
17 try {
18 // Create bean instance.
19 if (mbd.isSingleton()) {
20 // 方法2) 获取单例对象
21 sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
22 try { //方法3) 创建ObjectFactory中getObject方法的返回值
23 return createBean(beanName, mbd, args);
24 }
25 catch (BeansException ex) {
26 // Explicitly remove instance from singleton cache: It might have been put there
27 // eagerly by the creation process, to allow for circular reference resolution.
28 // Also remove any beans that received a temporary reference to the bean.
29 destroySingleton(beanName);
30 throw ex;
31 }
32 });
33 bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
34 }
35 }
36 // 省略若干无关代码
37 return (T) bean;
38 }
该方法比较长，对于解决循环引用来说，上面标出来的3个方法起到了至关重要的作用，下面我们挨个攻克。
3.1） getSingleton(beanName)方法： 注意该方法跟方法2）是重载方法，名字一样内部逻辑却大相径庭。
1 protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
2 Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);// 步骤A
3 if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
4 synchronized (this.singletonObjects) {
5 singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);// 步骤B
6 if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
7 ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);// 步骤C
8 if (singletonFactory != null) {
9 singletonObject = singletonFactory.getObject();
10 this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
11 this.singletonFactories.remove(beanName);
12 }
13 }
14 }
15 }
16 return singletonObject;
17 }
通过上面的步骤可以看出这三个map的优先级。其中singletonObjects里面存放的是初始化之后的单例对象；earlySingletonObjects中存放的是一个已完成实例化未完成初始化的早期单例对象；而singletonFactories中存放的是ObjectFactory对象，此对象的getObject方法返回值即刚完成实例化还未开始初始化的单例对象。所以先后顺序是，单例对象先存在于singletonFactories中，后存在于earlySingletonObjects中，最后初始化完成后放入singletonObjects中。
当debug到此处时，以上述Teacher和Student两个循环引用的类为例，如果第一个走到这一步的是Teacher，则从此处这三个map中get到的值都是空，因为还未添加进去。这个方法主要是给循环依赖中后来过来的对象用。
3.2）getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory)方法：
1 public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
2 Assert.notNull(beanName, "Bean name must not be null");
3 synchronized (this.singletonObjects) {
4 Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
5 if (singletonObject == null) {
6 // 省略无关代码
7 beforeSingletonCreation(beanName); // 步骤A
8 boolean newSingleton = false;
9 // 省略无关代码
10 try {
11 singletonObject = singletonFactory.getObject();// 步骤B
12 newSingleton = true;
13 }
14 // 省略无关代码
15 finally {
16 if (recordSuppressedExceptions) {
17 this.suppressedExceptions = null;
18 }
19 afterSingletonCreation(beanName);// 步骤C
20 }
21 if (newSingleton) {
22 addSingleton(beanName, singletonObject);// 步骤D
23 }
24 }
25 return singletonObject;
26 }
27 }
获取单例对象的主要逻辑就是此方法实现的，主要分为上面四个步骤，继续挨个看：
步骤A：
1 protected void beforeSingletonCreation(String beanName) {
2 // 判断，并首次将beanName即teacher放入singletonsCurrentlyInCreation中
3 if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName)) {
4 throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
5 }
6 }
步骤C：
1 protected void afterSingletonCreation(String beanName) {
2 // 得到单例对象后，再讲beanName从singletonsCurrentlyInCreation中移除
3 if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.remove(beanName)) {
4 throw new IllegalStateException("Singleton '" + beanName + "' isn't currently in creation");
5 }
6 }
步骤D：
1 protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
2 synchronized (this.singletonObjects) {
3 this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);//添加单例对象到map中
4 this.singletonFactories.remove(beanName);//从早期暴露的工厂中移除，此map在解决循环依赖中发挥了关键的作用
5 this.earlySingletonObjects.remove(beanName);//从早期暴露的对象map中移除
6 this.registeredSingletons.add(beanName);//添加到已注册的单例名字集合中
7 }
8 }
步骤B：
此处调用了ObjectFactory的getObject方法，此方法是在哪里实现的呢？返回的又是什么？且往回翻，找到3中的方法3，对java8函数式编程有过了解的园友应该能看出来，方法3 【createBean(beanName, mbd, args)】的返回值就是getObject方法的返回值，即方法3返回的就是我们需要的单例对象，下面且追踪方法3而去。
3.3）AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBean(java.lang.String, org.springframework.beans.factory.support.RootBeanDefinition, java.lang.Object[]) 方法
1 protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
2 throws BeanCreationException {
3
4 // 省略无关代码
5 try {
6 Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
7 return beanInstance;
8 }
9 // 省略无关代码
10 }
去掉无关代码之后，关键方法只有doCreateBean方法，追踪之：
1 protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
2 throws BeanCreationException {
3
4 BeanWrapper instanceWrapper = null;
5 // 省略代码
6 if (instanceWrapper == null) {
7 // 实例化bean
8 instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
9 }
10 boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
11 isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
12 if (earlySingletonExposure) {
13 // 重点！！！将实例化的对象添加到singletonFactories中
14 addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
15 }
16 // 初始化bean
17 Object exposedObject = bean;
18 try {
19 populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);//也很重要
20 exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
21 }
22 // 省略无关代码
23 return exposedObject;
24 }
上面注释中标出的重点是此方法的关键。在addSingletonFactory方法中，将第二个参数ObjectFactory存入了singletonFactories供其他对象依赖时调用。然后下面的populateBean方法对刚实例化的bean进行属性注入（该方法关联较多，本文暂时不展开追踪了，有兴趣的园友自行查看即可），如果遇到Spring中的对象属性，则再通过getBean方法获取该对象。至此，循环依赖在Spring中的处理过程已经追溯完毕，下面我们总结一下。
小结
属性注入主要是在populateBean方法中进行的。对于循环依赖，以我们上文中的Teacher中注入了Student、Student中注入了Teacher为例来说明，假定Spring的加载顺序为先加载Teacher，再加载Student。
getBean方法触发Teacher的初始化后：
a. 首先走到3中的方法1），此时map中都为空，获取不到实例；
b. 然后走到方法2）中，步骤A、步骤C、步骤D为控制map中数据的方法，实现简单，可暂不关注。其中步骤B的getObject方法触发对方法3)的调用；
c. 在方法3）中，先通过createBeanInstance实例化Teacher对象，又将该实例化的对象通过addSingletonFactory方法放入singletonFactories中，完成Teacher对象早期的暴露；
d. 然后在方法3）中通过populateBean方法对Teacher对象进行属性的注入，发现它有一个Student属性，则触发getBean方法对Student进行初始化
e. 重复a、b、c步骤，只是此时要初始化的是Student对象
f. 走到d的时候，调用populateBean对Student对象进行属性注入，发现它有一个Teacher属性，则触发getBean方法对Teacher进行初始化；
g. 对Teacher进行初始化，又来到a，但此时map已经不为空了，因为之前在c步骤中已经将Teacher实例放入了singletonFactories中，a中得到Teacher实例后返回；
h.完成f中对Student的初始化，继而依次往上回溯完成Teacher的初始化；
完成Teacher的初始化后，Student的初始化就简单了，因为map中已经存了这个单例。
至此，Spring循环依赖的总结分析结束，一句话来概括一下：Spring通过将实例化后的对象提前暴露给Spring容器中的singletonFactories，解决了循环依赖的问题。
