画图带你彻底弄懂三级缓存和循环依赖的问题
大家好。我们都知道，Spring可以通过三级缓存解决循环依赖的问题，这也是面试中很常见的一个面试题，本文就来着重讨论一下有关循环依赖和三级缓存的问题。
一、什么是循环依赖
大家平时在写业务的时候应该写过这样的代码。
其实这种类型就是循环依赖，就是AService 和BService两个类相互引用。
二、三级缓存可以解决的循环依赖场景
如上面所说，大家平时在写这种代码的时候，项目其实是可以起来的，也就是说其实三级缓存是可以解决这种循环依赖的。
当然除了这种字段注入，set注入也是可以解决的，代码如下。
接下来就来探究三级缓存是如何解决这种循环依赖的？
三、Spring的Bean是如何创建出来的
本文所说的Bean和对象可以理解为同一个意思。
先说如何解决循环依赖之前，先来了解一下一个Bean创建的大致流程。为什么要说Bean的创建过程，因为循环依赖主要是发生在Bean创建的过程中，知道Bean是如何创建的，才能更好的理解三级缓存的作用。
其实Spring Bean的生命周期源码剖析我也在微信公众号 三友的java日记 中发过，并且有简单的提到三级缓存，有兴趣的同学可以在关注公众号之后回复 Bean 即可获取文章链接，里面有Bean创建过程更详细的说明。这里我简单画一张图来说一下。
其实图里的每个阶段还可以分为一些小的阶段，我这里就没画出来了。
来说一下每个阶段干了什么事。
- BeanDefinition的读取阶段：我们在往Spring容器注入Bean的时候，一般会通过比如xml方式，@Bean注解的方式，@Component注解的方式，其实不论哪一种，容器启动的时候都会去解析这些配置，然后为每个Bean生成一个对应的BeanDefinition，这个BeanDefinition包含了这个Bean的创建的信息，Spring就是根据BeanDefinition去决定如何创建一个符合你要求的Bean
- Bean的实例化阶段：这个阶段主要是将你配置的Bean根据Class的类型创建一个对象出来
- Bean的属性赋值阶段：这个阶段主要是用来处理属性的赋值，比如@Autowired注解的生效就是在这个阶段的
- Bean的初始化阶段：这个阶段主要是回调一些方法，比如你的类实现了InitializingBean接口，那么就会回调afterPropertiesSet方法，同时动态代理其实也是在这个阶段完成的。
其实从这可以看出，一个Spring Bean的生成要分为很多的阶段，只有这些事都处理完了，这个Bean才是完完全全创建好的Bean，也就是我们可以使用的Bean。
四、三级缓存指的是哪三级缓存
这里直接上源码
第一级缓存：singletonObjects
存放已经完完全全创建好的Bean，什么叫完完全全创建好的？就是上面说的是，所有的步骤都处理完了，就是创建好的Bean。一个Bean在产的过程中是需要经历很多的步骤，在这些步骤中可能要处理@Autowired注解，又或是处理@Transcational注解，当需要处理的都处理完之后的Bean，就是完完全全创建好的Bean，这个Bean是可以用来使用的，我们平时在用的Bean其实就是创建好的。
第二级缓存：earlySingletonObjects
早期暴露出去的Bean，其实也就是解决循环依赖的Bean。早期的意思就是没有完完全全创建好，但是由于有循环依赖，就需要把这种Bean提前暴露出去。其实 早期暴露出去的Bean 跟 完完全全创建好的Bean 他们是同一个对象，只不过早期Bean里面的注解可能还没处理，完完全全的Bean已经处理了完了，但是他们指的还是同一个对象，只不过它们是在Bean创建过程中处于的不同状态，如果早期暴露出去的Bean跟完完全全创建好的Bean不是同一个对象是会报错的，项目也就起不来，这个不一样导致报错问题，这里我会结合一个案例再来写一篇文章，这里不用太care，就认为是一样的。
第三级缓存：singletonFactories
存的是每个Bean对应的ObjectFactory对象，通过调用这个对象的getObject方法，就可以获取到早期暴露出去的Bean。
注意：这里有个很重要的细节就是三级缓存只会对单例的Bean生效，像多例的是无法利用到三级缓存的，通过三级缓存所在的类名DefaultSingletonBeanRegistry就可以看出，仅仅是对SingletonBean也就是单例Bean有效果。
五、三级缓存在Bean生成的过程中是如何解决循环依赖的
这里我假设项目启动时先创建了AService的Bean，那么就会根据Spring Bean创建的过程来创建。
在Bean的实例化阶段，就会创建出AService的对象，此时里面的@Autowired注解是没有处理的，创建出AService的对象之后就会构建AService对应的一个ObjectFactory对象放到三级缓存中，通过这个ObjectFactory对象可以获取到AService的早期Bean。
然后AService继续往下走，到了某一个阶段，开始处理@Autowired注解，要注入BService对象，如图
要注入BService对象，肯定要去找BService对象，那么他就会从三级缓存中的第一级缓存开始依次查找有没有BService对应的Bean，肯定都没有啊，因为BService还没创建呢。没有该怎么办呢？其实很好办，没有就去创建一个么，这样不就有了么。于是AService的注入BService的过程就算暂停了，因为现在得去创建BService，创建之后才能注入给AService。
于是乎，BService就开始创建了，当然他也是Spring的Bean，所以也按照Bean的创建方式来创建，先实例化一个BService对象，然后缓存对应的一个ObjectFactory到第三级缓存中，然后就到了需要处理@Autowired注解的时候了，如图。
@Autowired注解需要注入AService对象。注入AService对象，就需要先去拿到AService对象，此时也会一次从三级缓存查有没有AService。
先从第一级查，有没有创建好的AService，肯定没有，因为AService此时正在在创建（因为AService在创建的过程中需要注入BService才去创建BService的，虽然此刻代码正在创建BService，但是AService也是在创建的过程中，只不过暂停了，只要BService创建完，AService会继续往下创建）；第一级缓存没有，那么就去第二级看看，也没有，没有早期的AService；然后去第三级缓存看看有没有AService对应的ObjectFactory对象，惊天的发现，竟然有(上面提到过，创建出AService的对象之后，会构建AService对应的一个ObjectFactory对象放到三级缓存中)，那么此时就会调用AService对应的ObjectFactory对象的getObject方法，拿到早期的AService对象，然后将早期的AService对象放到二级缓存，为什么需要放到二级缓存，主要是怕还有其他的循环依赖，如果还有的话，直接从二级缓存中就能拿到早期的AService对象。
虽然是早期的AService对象，但是我前面说过，仅仅只是早期的AService对象可能有些Bean创建的步骤还没完成，跟最后完完全全创建好的AService Bean是同一个对象。
于是接下来就把早期的AService对象注入给BService。
此时BService的@Autowired注解注入AService对象就完成了，之后再经过其他阶段的处理之后，BService对象就完完全全的创建完了。
BService对象创建完之后，就会将BService放入第一级缓存，然后清空BService对应的第三级缓存，当然也会去清空第二级缓存，只是没有而已，至于为什么清空，很简单，因为BService已经完全创建好了，如果需要BService那就在第一级缓存中就能查找到，不需要在从第二级或者第三级缓存中找到早期的BService对象。
BService对象就完完全全的创建完之后，那么接下来该干什么呢？此时当然继续创建AService对象了，你不要忘了为什么需要创建BService对象，因为AService对象需要注入一个BService对象，所以才去创建BService的，那么此时既然BService已经创建完了，那么是不是就应该注入给AService对象了？所以就会将BService注入给AService对象，这下就明白了，BService在构建的时候，已经注入了AService，虽然是早期的AService，但的确是AService对象，现在又把BService注入给了AService，那么是不是已经解决了循环依赖的问题了，AService和BService都各自注入了对方，如图。
然后AService就会跟BService一样，继续处理其它阶段的，完全创建好之后，也会清空二三级缓存，放入第一级缓存。
到这里，AService和BService就都创建好了，循环依赖也就解决了。
这下你应该明白了三级缓存的作用，主要是第二级和第三级用来存早期的对象，这样在有循环依赖的对象，就可以注入另一个对象的早期状态，从而达到解决循环依赖的问题，而早期状态的对象，在构建完成之后，也就会成为完完全全可用的对象。
六、三级缓存无法解决的循环依赖场景
1）构造器注入无法解决循环依赖
上面的例子是通过@Autowired注解直接注入依赖的对象，但是如果通过构造器注入循环依赖的对象，是无法解决的，如代码下
构造器注入就是指创建AService对象的时候，就传入BService对象，而不是用@Autowired注解注入BService对象。
运行结果
启动时就会报错，所以通过构造器注入对象就能避免产生循环依赖的问题，因为如果有循环依赖的话，那么就会报错。
至于三级缓存为什么不能解决构造器注入的问题呢？其实很好理解，因为上面说三级缓存解决循环依赖的时候主要讲到，在AService实例化之后，会创建对应的ObjectFactory放到第三级缓存，发生循环依赖的时候，可以通过ObjectFactory拿到早期的AService对象；而构造器注入，是发生在实例化的时候，此时还没有AService对象正在创建，还没完成，压根就还没执行到往第三级添加对应的ObjectFactory的步骤，那么BService在创建的时候，就无法通过三级缓存拿到早期的AService对象，拿不到怎么办，那就去创建AService对象，但是AService不是正在创建么，于是会报错。
2）注入多例的对象无法解决循环依赖
启动引导类
要获取AService对象，因为多例的Bean在容器启动的时候是不会去创建的，所以得去获取，这样就会创建了。
运行结果
为什么不能解决，上面在说三级缓存的时候已经说过了，三级缓存只能对单例Bean生效，那么多例是不会起作用的，并且在创建Bean的时候有这么一个判断，那就是如果出现循环依赖并且是依赖的是多例的Bean，那么直接抛异常，源码如下
注释其实说的很明白，推测出现了循环依赖，抛异常。
所以上面提到的两种循环依赖的场景，之所以无法通过三级缓存来解决，是因为压根这两种场景就无法使用三级缓存，所以三级缓存肯定解决不掉。
七、不用三级缓存，用二级缓存能不能解决循环依赖
遇到这种面试题，你就跟面试官说，如果行的话，Spring的作者为什么不这么写呢？
哈哈，开个玩笑，接下来说说到底为什么不行。
这里我先说一下前面没提到的细节，那就是通过ObjectFactory获取的Bean可能是两种类型，第一种就是实例化阶段创建出来的对象，还是一种就是实例化阶段创建出来的对象的代理对象。至于是不是代理对象，取决于你的配置，如果添加了事务注解又或是自定义aop切面，那就需要代理。这里你不用担心，如果这里获取的是代理对象，那么最后完全创建好的对象也是代理对象，ObjectFactory获取的对象和最终完全创建好的还是同一个，不是同一个肯定会报错，所以上面的理论依然符合，这里只是更加的细节化。
有了这个知识点之后，我们就来谈一下为什么要三级缓存。
第一级缓存，也就是缓存完全创建好的Bean的缓存，这个缓存肯定是需要的，因为单例的Bean只能创建一次，那么肯定需要第一级缓存存储这些对象，如果有需要，直接从第一级缓存返回。那么如果只能有二级缓存的话，就只能舍弃第二级或者第三级缓存。
假设舍弃第三级缓存
舍弃第三级缓存，也就是没有ObjectFactory，那么就需要往第二缓存放入早期的Bean，那么是放没有代理的Bean还是被代理的Bean呢？
1）如果直接往二级缓存添加没有被代理的Bean，那么可能注入给其它对象的Bean跟最后最后完全生成的Bean是不一样的，因为最后生成的是代理对象，这肯定是不允许的；
2）那么如果直接往二级缓存添加一个代理Bean呢？
- 假设没有循环依赖，提前暴露了代理对象，那么如果跟最后创建好的不一样，那么项目启动就会报错，
- 假设没有循环依赖，使用了ObjectFactory，那么就不会提前暴露了代理对象，到最后生成的对象是什么就是什么，就不会报错，
- 如果有循环依赖，不论怎样都会提前暴露代理对象，那么如果跟最后创建好的不一样，那么项目启动就会报错
通过上面分析，如果没有循环依赖，使用ObjectFactory，就减少了提前暴露代理对象的可能性，从而减少报错的可能。
假设舍弃第二级缓存
假设舍弃第二级缓存，也就是没有存放早期的Bean的缓存，其实肯定也不行。上面说过，ObjectFactory其实获取的对象可能是代理的对象，那么如果每次都通过ObjectFactory获取代理对象，那么每次都重新创建一个代理对象，这肯定也是不允许的。
从上面分析，知道为什么不能使用二级缓存了吧，第三级缓存就是为了避免过早地创建代理对象，从而避免没有循环依赖过早暴露代理对象产生的问题，而第二级缓存就是防止多次创建代理对象，导致对象不同。
本文完。
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