Spring的构造函数注入的循环依赖问题

一、循环依赖

• spring的循环依赖主要是指两个类相互之间通过@Autowired自动依赖注入对方，即类A包含一个类B的对象引用并需要自动注入，类B包含一个类A的对象引用也需要自动注入。
• 对于循环依赖问题，spring根据注入方式的不同，采取不同的处理策略，对于双方都是使用属性值注入或者setter方法注入，则spring可以自动解决循环依赖注入问题，应用程序可以成功启动；对于双方都是使用构造函数注入对方或者主bean对象（Spring在启动过程中，先加载的bean对象）使用构造函数注入，则spring无法解决循环依赖注入，程序报错无法启动。

二、可以解决的循环依赖

能够解决循环依赖的情况

• 主bean通过属性或者setter方法注入所依赖的bean，不是通过构造函数注入。

循环依赖解决的实现

实现基础

• 循环依赖的解决：三级缓存实现，即singletonObjects，earlySingletonObjects和singletonFactories。如下为DefaultSingletonBeanRegistry的getSingleton方法实现：该方法主要在AbstractBeanFactory的doGetBean方法调用。

  protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
      // 检查一级缓存singletonObject是否存在
  	Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
  	
  	// 当前还不存在这个单例对象，
  	// 且该对象正在创建中，即在singletonsCurrentlyInCreation列表中
  	if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
  		synchronized (this.singletonObjects) {
  		
  		    // 检查二级缓存earlySingletonObjects是否存在
  			singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
  			if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
  			
  			    // 检查三级缓存singletonFactory是否可以创建
  				ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
  				if (singletonFactory != null) {
  				
  				    // 三级缓存的对象工厂创建该对象
  					singletonObject = singletonFactory.getObject();
  					
  					// 放入二级缓存earlySingletonObjects中
  					this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
  					
  				    // 移除一级缓存
  					this.singletonFactories.remove(beanName);
  				}
  			}
  		}
  	}
  	return singletonObject;
  }
  

实现过程

1. 在创建主bean对象时，AbstractBeanFactory调用DefaultSingletonBeanRegistry的getSingleton方法：将主bean放入singletonsCurrentlyInCreation列表中，从而使得以上的三级缓存实现方法getSingleton，能够进入二三级缓存earlySingletonObjects，singletonFactories查找这个主bean，主要是给依赖bean查找主bean时使用的。

   public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
       // 省略其他代码
       
   		// 将当前beanName放入singletonsCurrentlyInCreation中，以便解决循环依赖问题
   		beforeSingletonCreation(beanName);
   		
   	try {
   	    // getObject方法会调用AbstractAutowireCapableBeanFactory的createBean方法
   		singletonObject = singletonFactory.getObject();
   		newSingleton = true;
   	}
   			
   	// 省略其他代码
   		
   }
   
   protected void beforeSingletonCreation(String beanName) {
   	if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName)) {
   		throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
   	}
   }
   

2. 接着会调用AbstractAutowireCapableBeanFactory的createBean方法，而createBean方法会调用AbstractAutowireCapableBeanFactory的doCreateBean方法，doCreateBean的方法实现如下：先调用addSingletonFactory方法，在三级缓存singletonFactories中放入主bean的类型为ObjectFactory的singletonFactory对象创建工厂，这样在创建所依赖的bean对象时，可以通过三级缓存机制获取到主bean对象引用。

   protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
   		throws BeanCreationException {
   		// 省略其他代码
   		
   		// 1. 调用构造函数创建该bean对象，若不存在构造函数注入，顺利通过
   		instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
   
   		// 2. 在singletonFactories缓存中，放入该bean对象，以便解决循环依赖问题
   		addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
   		 		
   		// 3. populateBean方法：bean对象的属性赋值
   		populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
   
   		// 省略其他代码
   }
   

3. 在doCreateBean方法中，调用populateBean进行属性赋值，其中步骤2的addSingletonFactory方法是在调用populateBean方法之前调用的，故在调用populateBean对主bean对象进行属性值注入或者setter注入时，主bean的创建工厂已经在singletonFactories缓存中了。

4. 在populateBean方法中查找或者创建所依赖的bean对象。在创建所依赖的bean对象时，会调用到AbstractBeanFactory的doGetBean方法。而如果存在循环依赖，则所依赖的bean可以通过属性注入，setter方法注入，或者通过构造函数注入主bean：

   1. 如果通过属性值或者setter方法注入，则没有循环依赖问题。因为主bean和所依赖的bean都可以成功调用构造函数创建对象，通过对象引用来引用对方。属性值注入和setter方法注入，通过bean对象的后置处理器BeanPostProcessor来对该bean对象的属性值进行注入；
   2. 如果该依赖bean对象通过构造函数注入主bean对象，则在调用构造函数创建该依赖bean对象，需要查找主bean对象时，查找时会继续调用到AbstractBeanFactory的doGetBean方法获取主bean对象，而在AbstractBeanFactory的doGetBean方法调用getSingleton方法检查三级缓存是否可以得到主bean对象。
   3. 由步骤1和步骤2可知，由于getSingleton方法的singletonsCurrentlyInCreation和singletonFactories都已经有了主bean的相关信息，通过三级缓存可以查找到主bean对象，即通过主bean对象的创建工厂singletonFactories创建提前曝光的主bean对象，并放入二级缓存earlySingletonObjects，故可以解决为这个依赖bean对主bean的依赖注入，从而成功创建该依赖对象bean。

5. 当创建好这个依赖bean对象之后，主bean的属性可以完整注入成功。而由于该所依赖bean包含了主bean中对象引用，故该所依赖的bean对象可以访问和使用主bean，该所依赖的bean对象也是完整的对象，从而最终解决了主bean和所依赖bean之间的循环依赖问题。

6. 最后，注入成功之后，都会将单例bean对象放入一级缓存singletonObjects中，并移除存放提前曝光对象的二级缓存earlySingletonObjects和该bean对象的创建工厂缓存earlySingletonObjects，如下为DefaultSingletonBeanRegistry的getSingleton方法实现和addSingleton方法实现：

   public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
   	
           // 省略其他代码
       
   		// 将当前beanName放入singletonsCurrentlyInCreation中，以便解决循环依赖问题
   		beforeSingletonCreation(beanName);
   		
       	try {
       	    // getObject方法会调用AbstractAutowireCapableBeanFactory的createBean方法
   			singletonObject = singletonFactory.getObject();
   			newSingleton = true;
   		}
   			
   		// 省略其他代码
   		
   		if (newSingleton) {
   			// 创建好bean对象后，放入singleObjects缓存中
   			addSingleton(beanName, singletonObject);
   		}
   		
   		return singletonObject;
   	}
   }
   	
   protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
   	synchronized (this.singletonObjects) {
   	    // 放入一级缓存
   		this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
   		// 移除二三级缓存
   		this.singletonFactories.remove(beanName);
   		this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
   		this.registeredSingletons.add(beanName);
   	}
   }
   

三、无法解决的循环依赖问题

• 在主bean中通过构造函数注入所依赖的bean。

• 如下controller为主bean，service为所依赖的bean：

  @RestController
  public class AccountController {
      private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(AccountController.class);
  
      private AccountService accountService;
  
      // 构造函数依赖注入
      // 不管是否设置为required为true，都会出现循环依赖问题
      @Autowire
      // @Autowired(required = false)
      public AccountController(AccountService accountService) {
          this.accountService = accountService;
      }
      
  }
  
  @Service
  public class AccountService {
      private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(AccountService.class);
      
      // 属性值依赖注入
      @Autowired
      private AccountController accountController;
      
  }
  

  启动打印如下：

  
  ***************************
  APPLICATION FAILED TO START
  ***************************
  
  Description:
  
  The dependencies of some of the beans in the application context form a cycle:
  
  ┌─────┐
  |  accountController defined in file [/Users/xieyizun/study/personal-projects/easy-web/target/classes/com/yzxie/easy/log/web/controller/AccountController.class]
  ↑     ↓
  |  accountService (field private com.yzxie.easy.log.web.controller.AccountController com.yzxie.easy.log.web.service.AccountService.accountController)
  └─────┘
  

• 如果是在主bean中通过属性值或者setter方法注入所依赖的bean，而在所依赖的bean使用了构造函数注入主bean对象，这种情况则不会出现循环依赖问题。

  @RestController
  public class AccountController {
      private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(AccountController.class);
  
      // 属性值注入
      @Autowired
      private AccountService accountService;
      
  }
  
  @Service
  public class AccountService {
      private AccountController accountController;
  
      // 构造函数注入
      @Autowired
      public AccountService(AccountController accountController) {
          this.accountController = accountController;
      }
      
  }
  
  

四、总结

• 当存在循环依赖时，主bean对象不能通过构造函数的方式注入所依赖的bean对象，而所依赖的bean对象则不受限制，即可以通过三种注入方式的任意一种注入主bean对象。
• 如果主bean对象通过构造函数方式注入所依赖的bean对象，则无论所依赖的bean对象通过何种方式注入主bean，都无法解决循环依赖问题，程序无法启动。
• 原因主要是主bean对象通过构造函数注入所依赖bean对象时，无法创建该所依赖的bean对象，获取该所依赖bean对象的引用。因为如下代码所示。
• 创建主bean对象，调用顺序为：

1. 调用构造函数，2. 放到三级缓存，3. 属性赋值，其中调用构造函数时会触发所依赖的bean对象的创建。

   	    // bean对象实例创建的核心实现方法
   	    protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
   	    		throws BeanCreationException {
   	    		// 省略其他代码
   	    	
   	    		// 1. 调用构造函数创建该bean对象，若不存在构造函数注入，顺利通过
   	    		instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
   	    	
   	    
   	    		// 2. 在singletonFactories缓存中，放入该bean对象，以便解决循环依赖问题
   	    		addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
   	    	
   	    
   	    		// 3. populateBean方法：bean对象的属性赋值
   	    		populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
   	    
   	    		
   	    		// 省略其他代码
   	    	return exposedObject;
   	    }
   

• createBeanInstance是调用构造函数创建主bean对象，在里面会注入构造函数中所依赖的bean，而此时并没有执行到addSingletonFactory方法来添加主bean对象的创建工厂到三级缓存singletonFactories中。

• 故在createBeanInstance内部，注入和创建该主bean对象时，如果在构造函数中存在对其他bean对象的依赖，并且该bean对象也存在对主bean对象的依赖，则会出现循环依赖问题，原理如下：

  主bean对象为A，A对象依赖于B对象，B对象也存在对A对象的依赖，创建A对象时，会触发B对象的创建，则B无法通过三级缓存机制获取主bean对象A的引用（即B如果通过构造函数注入A，则无法创建B对象；如果通过属性注入或者setter方法注入A，则创建B对象后，对B对象进行属性赋值，会卡在populateBean方法也无法返回）。
  故无法创建主bean对象所依赖的B，创建主bean对象A时，createBeanInstance方法无法返回，出现代码死锁，程序报循环依赖错误。