Spring三级缓存解决循环依赖

循环依赖

什么是循环依赖？很简单，看下方的代码就知晓了

@Service
public class A {
    @Autowired
    private B b;
}

@Service
public class B {
    @Autowired
    private A a;
}

上面这两种方式都是循环依赖，应该很好理解，当然也可以是三个 Bean 甚至更多的 Bean 相互依赖，原理都是一样的，今天我们主要分析两个 Bean 的依赖。

这种循环依赖可能会产生问题，例如 A 要依赖 B，发现 B 还没创建。
于是开始创建 B ，创建的过程发现 B 要依赖 A， 而 A 还没创建好呀，因为它要等 B 创建好。
就这样它们俩就搁这卡 bug 了。

解决思路

上面这种循环依赖在实际场景中是会出现的，所以 Spring 需要解决这个问题，那如何解决呢？
关键就是提前暴露未完全创建完毕的 Bean。
在 Spring 中，只有同时满足以下两点才能解决循环依赖的问题：

1. 依赖的 Bean 必须都是单例
2. 依赖注入的方式，必须不全是构造器注入，且 beanName 字母序在前的不能是构造器注入

Spring 只支持单例的循环依赖，因为如果两个 Bean 都是原型模式的话：
创建 A1 需要创建一个 B1。
创建 B1 的时候要创建一个 A2。
创建 A2 又要创建一个 B2。
创建 B2 又要创建一个 A3。
创建 A3 又要创建一个 B3…
就又卡 BUG 了，是吧，因为原型模式都需要创建新的对象，不能跟用以前的对象。
如果是单例的话，创建 A 需要创建 B，而创建的 B 需要的是之前的个 A， 不然就不叫单例了，对吧？
也是基于这点， Spring 就能操作操作了。
具体做法就是：先创建 A，此时的 A 是不完整的（没有注入 B），用个 map 保存这个不完整的 A，再创建 B ，B 需要 A。
所以从那个 map 得到“不完整”的 A，此时的 B 就完整了，然后 A 就可以注入 B，然后 A 就完整了，B 也完整了，且它们是相互依赖的。

那为啥必须不全是构造器注入，因为在 Spring 中创建 Bean 分三步:

1. 实例化，createBeanInstance，就是 new 了个对象
2. 属性注入，populateBean， 就是 set 一些属性值
3. 初始化，initializeBean，执行一些 aware 接口中的方法，initMethod，AOP代理等

明确了上面这三点，再结合我上面说的“不完整的”，我们来理一下。
如果全是构造器注入，比如A(B b)，那表明在 new 的时候，就需要得到 B，此时需要 new B 。
但是 B 也是要在构造的时候注入 A ，即B(A a)，这时候 B 需要在一个 map 中找到不完整的 A ，发现找不到。
为什么找不到？因为 A 还没 new 完呢，所以找到不完整的 A，因此如果全是构造器注入的话，那么 Spring 无法处理循环依赖。

解决流程

经过上面的铺垫，我想你对 Spring 如何解决循环依赖应该已经有点感觉了，接下来我们就来看看它到底是如何实现的。
明确了 Spring 创建 Bean 的三步骤之后，我们再来看看它为单例搞的三个 map：

1. 一级缓存，singletonObjects，存储所有已创建完毕的单例 Bean （完整的 Bean）
2. 二级缓存，earlySingletonObjects，存储所有仅完成实例化，但还未进行属性注入和初始化的 Bean
3. 三级缓存，singletonFactories，存储能建立这个 Bean 的一个工厂，通过工厂能获取这个 Bean，延迟化 Bean 的生成，工厂生成的 Bean 会塞入二级缓存

这三个 map 是如何配合的呢？

1. 首先，获取单例 Bean 的时候会通过 BeanName 先去 singletonObjects（一级缓存） 查找完整的 Bean，如果找到则直接返回，否则进行步骤 2。
2. 看对应的 Bean 是否在创建中，如果不在直接返回找不到，如果是，则会去 earlySingletonObjects （二级缓存）查找 Bean，如果找到则返回，否则进行步骤 3
3. 去 singletonFactories （三级缓存）通过 BeanName 查找到对应的工厂，如果存着工厂则通过工厂创建 Bean ，并且放置到 earlySingletonObjects 中。
4. 如果三个缓存都没找到，则返回 null。

从上面的步骤我们可以得知，如果查询发现 Bean 还未创建，到第二步就直接返回 null，不会继续查二级和三级缓存。
返回 null 之后，说明这个 Bean 还未创建，这个时候会标记这个 Bean 正在创建中，然后再调用 createBean 来创建 Bean，而实际创建是调用方法 doCreateBean。
doCreateBean 这个方法就会执行上面我们说的三步骤：

1. 实例化
2. 属性注入
3. 初始化

以上面的例子来讲解，在实例化A 之后，会往三级缓存 singletonFactories 塞入一个工厂A，而调用这个工厂A的 getObject 方法，就能得到这个 A。
要注意，此时 Spring 是不知道会不会有循环依赖发生的，但是它不管，反正往 singletonFactories 塞这个工厂，这里就是提前暴露。
然后就开始执行属性注入，这个时候 A 发现需要注入 B，所以去 getBean(B)，此时又会走一遍上面描述的逻辑，到了 B 的属性注入这一步。
此时 B 调用 getBean(A)，这时候一级缓存里面找不到，但是发现 A 正在创建中的，于是去二级缓存找，发现没找到，于是去三级缓存找，然后找到了。
并且通过上面提前在三级缓存里暴露的工厂得到 A，然后将这个工厂从三级缓存里删除，并将 A 加入到二级缓存中。
然后结果就是 B 属性注入成功。
紧接着 B 调用 initializeBean 初始化，最终返回，此时 B 已经被加到了一级缓存里 。
这时候就回到了 A 的属性注入，此时注入了 B，接着执行初始化，最后 A 也会被加到一级缓存里，且从二级缓存中删除 A。
Spring 解决依赖循环就是按照上面所述的逻辑来实现的。
重点就是在对象实例化之后，都会在三级缓存里加入一个工厂，提前对外暴露还未完整的 Bean，这样如果被循环依赖了，对方就可以利用这个工厂得到一个不完整的 Bean，破坏了循环的条件。

二个缓存不行？

上面都说了那么多了，那我们思考下，解决循环依赖需要三级缓存吗？
很明显，如果仅仅只是为了破解循环依赖，二个缓存够了，压根就不必要三级。
你思考一下，在实例化 Bean A 之后，我在二级 map 里面塞入这个 A，然后继续属性注入。
发现 A 依赖 B 所以要创建 Bean B，这时候 B 就能从二级 map 得到 A ，完成 B 的建立之后， A 自然而然能完成。
所以为什么要搞个三级缓存，且里面存的是创建 Bean 的工厂呢？
我们来看下调用工厂的 getObject 到底会做什么，实际会调用下面这个方法：

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
    Object exposedObject = bean;
    if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
        for (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessorCache().smartInstantiationAware) {
            exposedObject = bp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
        }
    }
    return exposedObject;
}

重点就在中间的判断，如果 false，返回就是参数传进来的 bean，没任何变化。
如果是 true 说明有 InstantiationAwareBeanPostProcessors 。
且循环的是 smartInstantiationAware 类型，如有这个 BeanPostProcessor 说明 Bean 需要被 aop 代理。
我们都知道如果有代理的话，那么我们想要直接拿到的是代理对象。
也就是说如果 A 需要被代理，那么 B 依赖的 A 是已经被代理的 A，所以我们不能返回 A 给 B，而是返回代理的 A 给 B。
这个工厂的作用就是判断这个对象是否需要代理，如果否则直接返回，如果是则返回代理对象。
看到这明白的小伙伴肯定会问，那跟三级缓存有什么关系，我可以在要放到二级缓存的时候判断这个 Bean 是否需要代理，如果要直接放代理的对象不就完事儿了。
是的，这个思路看起来没任何问题，问题就出在时机，这跟 Bean 的生命周期有关系。
Spring 原本的设计是，bean 的创建过程分三个阶段：
1 创建实例 createBeanInstance – 创建出 bean 的原始对象
2 填充依赖 populateBean – 利用反射，使用 BeanWrapper 来设置属性值
3 initializeBean – 执行 bean 创建后的处理，包括 AOP 对象的产生
在没有循环依赖的场景下：第 1,2 步都是 bean 的原始对象，第 3 步 initializeBean 时，才会生成 AOP 代理对象。
所以，循环依赖打破了 AOP 代理 bean 生成的时机，需要在 populateBean 之前就生成 AOP 代理 bean。
而且，生成 AOP 代理需要执行 BeanPostProcessor，而 Spring 原本的设计是在第 3 步 initializeBean 时才去调用 BeanPostProcessor 的。
所以 Spring 先在一个三级缓存放置一个工厂，用于代表Bean的引用。只有在上面的第三步时，才会通过这个工厂去创建代理对象，这样生命周期就不会乱套了。

理论上来说，使用二级缓存是可以解决 AOP 代理 bean 的循环依赖的。只是 Spring 没有选择这样去实现。Spring 选择了三级缓存来实现，让 bean 的创建流程更加符合常理，更加清晰明了。

总结

好了，看到这里想必你应该对 Spring 的循环依赖很清晰了，并且面试的时候肯定也难不倒你了。
我稍微总结下：

• 有构造器注入，不一定会产生问题，具体得看是否都是构造器注和 BeanName 的字母序
• 如果单纯为了打破循环依赖，不需要三级缓存，两级就够了。
• 三级缓存是否为延迟代理的创建，尽量不打破 Bean 的生命周期