【Spring源码：循环依赖】一文弄懂Spring循环依赖

1. 什么是循坏依赖

很简单，其实就是互相依赖对方，比如，有一个A对象依赖了B对象，B对象又依赖了A对象。

// A依赖了B
public class A{
    private B b;
}
 
// B依赖了A
public class B{
    private A a;
}

但是，在我们普通的java开发中，循坏依赖会出现问题吗？

如果不考虑Spring，循环依赖并不是问题，因为对象之间相互依赖注入是很正常的事情。

比如：

这样，A,B就互相依赖上了。

但是，在Spring中循环依赖就是一个问题了，为什么？

因为，在Spring中，一个对象并不是简单new出来了，而是会经过一系列的Spring Bean的生命周期，正是因为Bean的生命周期所以才会出现循环依赖问题。当然，在Spring中，出现循环依赖的场景很多，有的场景Spring自动帮我们解决了，而有的场景则需要程序员来解决，下面具体分析。

要明白Spring中的循环依赖，得先弄明白Spring中Bean的生命周期。

2. 前置知识

2.1 Spring bean 生命周期

这里不会对Bean的生命周期进行详细的分析，只描述一下大概的过程。

Bean的生命周期指的就是：在Spring启动中，Bean是如何生成的？

被Spring管理的对象叫做Bean。Bean的生成步骤如下：

class --> BeanDefinition --> 实例化（前后）--> 属性填充 --> 初始化（前后） --> bean 加入单例池

1. Spring扫描class得到每个beanName对应的BeanDefinition；
2. 根据得到的BeanDefinition去生成bean；
3. 首先根据class推断构造方法；
4. 根据推断出来的构造方法，反射，得到一个对象（暂时叫做原始对象/普通对象）；
5. 填充原始对象中的属性（依赖注入）；
6. 如果原始对象中的某个方法被AOP了，那么则需要根据原始对象生成一个代理对象；
7. 把最终生成的代理对象放入单例池（源码中叫做singletonObjects）中，下次getBean时就直接从单例池拿即可。

可以发现，在Spring中，构造一个Bean，包括了new这个步骤（第4步构造方法反射-->实例化）。

通过反射构造了一个原始对象之后，就需要进行属性填充（依赖注入），注入的过程大致如下：

上面的A类需要注入一个B类的b属性，则当A实例化之后，就需要去给b属性赋值。在属性填充之前，会先去获得属性值，但是此时B对象还没有被实例化，所以需要先去实例化B才可以。此时递归的去构建B对象。同理，在创建B类的Bean的过程中，B类中也存在一个A类的a属性，在B实例化之后，进行属性填充，又去获取A对象（但是A正在创建中），从而形成循环依赖：

ABean创建-->依赖了B属性-->触发BBean创建--->B依赖了A属性--->需要ABean（但ABean还在创建过程中）

从而导致ABean创建不出来，BBean也创建不出来。

因此，下面我们具体分析，在Spring中，它帮我们解决了哪些场景的循环依赖。

2.2 主要用到4个集合缓存

• Map singletonObjects （一级缓存）

  key：beanName，value：经历了spring完整生命周期的bean对象。

• Map earlySingletonObjects（二级缓存）

  key：beanName，value：不完整的单例对象，也就是还没有初始化完毕。

• Map> singletonFactories（三级缓存）

  key：beanName，value：单例工厂，用于创建beanName所对应的Bean对象。

• Set< String > singletonsCurrentlyInCreation

  set集合，存放正在创建的Bean的名称，创建完成后，从这个集合中删除。

3. 调试与分析

3.1 调试

@Component
public class A {

    @Autowired
    private B b;
}

@Component
public class B {

    @Autowired
    private A a;
}

@Configuration
@ComponentScan("com.example.demo.test")
public class AppConfig {
}

public class test {

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext annotationConfigApplicationContext =
                new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
    }
}

熟悉Spring Bean生命周期源码的读者，应该都知道，我们可以直接跟进在AbstractApplicationContext#refresh()中的代码：

// 完成所有剩余的非懒加载的单例bean的实例化与初始化过程
finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

继续跟进到 beanFactory.preInstantiateSingletons()

如上，遍历所有的beanNames,判断当前创建的bean是否是FactoryBean子类，这里A是一个普通的bean(非FactoryBean子类)，所以直接执行到getBean(beanName)，而getBean会调用doGetBean，则跟进到AbstractBeanFactory# doGetBean：

这里首先是 transformedBeanName(name) 对name进行格式化（如别名、&前缀的处理等），然后根据beanName去获取对应的bean 对象，getSingleton方法就是解决循环依赖的关键：

此时的beanName是“a“ 先从单例池（一级缓存）中找，此时肯定是找不到的，返回null。

isSingletonCurrentlyCreation方法是判断当前Bean是否在singletonsCurrentlyInCreation集合当中。此时也是没有的，返回false。那么就不会进第一个if，直接返回null值。

表示从缓存中获取不到 “a” 对应的Bean，方法返回后，回到 AbstractBeanFactory# doGetBean ，继续往下执行：

其中，方法：

// 第二个参数是 ObjectFactory，它是一个函数式接口，支持lambda表达式

getSIngleton（String beanName, ObjectFactory singletonFactory）

// 判断当前需要创建的bean是否正在被创建,如果不在则把他放到singletonsCurrentlyInCreation中标记为正在创建
// singletonsCurrentlyInCreation 该集合存放的都是正在创建的Bean的名字，创建完成后会从这个集合中删除
beforeSingletonCreation(beanName);

getSIngleton()方法中，当执行到上面这一句时，就会将当前正在创建的Bean的BeanName放入到 singletonsCurrentlyInCreation中，标志此bean正在创建中。

因此，此时singletonsCurrentlyInCreation集合中已经有a了。

接着，我们会调用上面的lambda表达式中的createBean()来创建Bean，进入到createBean()中，会发现它会调用doCreateBean()

AbstractAutowireCapableBeanFactory# doCreateBean，如下（省略部分代码）：

	protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
			throws BeanCreationException {

		// Instantiate the bean.
		BeanWrapper instanceWrapper = null;
		// 1、推断构造方法并且实例化bean对象
		instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
		final Object bean = instanceWrapper.getWrappedInstance();
		
		// 2、做一些合并bean定义的逻辑
		//...


		// 判断属于单例、并且允许循环依赖、在当前正在创建的beanName集合中
		boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
				isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
		if (earlySingletonExposure) {

			// 重点：3、将当前正在创建的bean的单例工厂放入到SingletonFactories集合中（三级缓存）
			// 第二个参数，ObjectFactory属于函数式接口，只有getObject()一个方法，所以支持lambda表达式
			addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
		}

		// Initialize the bean instance.
		Object exposedObject = bean;
		try {

			// 4、填充属性--->循环依赖
			// populateBean中 会执行InstantiationAwareBeanPostProcessor中的postProcessAfterInstantiation，
			// 这是在对象实例化后，还没有进行属性填充的时候会调用的方法。如果此时该方法返回false,
			// 并且mbd.getDependencyCheck() 不需要check，则不会进行属性填充，否则继续走下面的逻辑

			// 【注意】提前动态代理(循环依赖)，其实是在依赖注入的时候，也就是在populateBean属性填充方法内完成的
			populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);

			// 5、执行initializeBean，初始化Bean
			// 【注意】非提前生成代理对象(非循环依赖)是在属性填充populateBean完成之后，执行了initializeBean方法的里面进行的动态代理
			exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);

		} 
    // ...
}

可以看到，首先是通过构造创建了一个A的原始对象（实例化），然后当执行到第3点时，在填充A的属性之前，会将创建A Bean的工厂放入到singletonFactories（三级缓存）中。

addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));

因此，此时singletonFactories（三级缓存）中存在了A的ObjectFactory。

紧接着，就是初始化的过程，调用populateBean()，下面具体分析。

AbstractAutowireCapableBeanFactory# populateBean

在属性填充之前，会先去获得对应的属性值，A需要注入B的属性值，但是此时的B对象还没有被实例化，所以需要先去实例化B才可以，此时递归的去构建B对象。

同理，在构建B时：

1. 先根据beanName去单例池中获取，B也是正在创建中，显然获取不到，然后接着会将当前正在创建的B的BeanName放入到 singletonsCurrentlyInCreation中；
2. 继续往下执行到doCreateBean()方法中，同样，当执行到addSingletonFactory()时，会将b对应的bean工厂放到singletonFactories（三级缓存）中；
3. 接下来是初始化的过程，调用populateBean()，对B的属性进行赋值填充，填充前就需要先去获取属性值-a;
4. 最后代码又递归回到 AbstractBeanFactory# doGetBean，即又去获取A对象...

下面，我们将分析，此时再次获取A对象过程的差异：

首先还是调用getSingleton()从缓存中获取，进入getSingleton方法看能否得到A的实例：

我们上面已经分析，此时单例池 singletonObjects（一级缓存）是还没有A对象的，所以代码中的singletonObject=null；然后是调用 isSingletonCurrentlyInCreation(a)，显然此时 singletonsCurrentlyInCreation 是有 “a” 的，所以返回true，所以能进入if代码块。接着就是去二级缓存earlySingletonObjects中获取A对象，并没有。最后，从三级缓存singletonFactories中发现了有可以生产A的Bean的工厂对象。则通过工厂对象生成了一个A的原始对象，将这个A对象添加到earlySingletonObjects集合当中。然后将这个工厂对象从工厂集合中删除，完成了它的使命。

此时，我们看一下，4个集合中分别有什么：

• singletonObjects：
• earlySingletonObjects：A的原始对象
• singletonFactories：B的对象工厂
• singletonsCurrentlyInCreation：a、b 

因此，通过调用getSingleton()便能获取到A的一个原始对象，直接返回给到B，B就完成了属性填充，接着往下执行B的初始化流程，然后回到DefaultSingletonBeanRegistry# getSingleton 中：

// 1、bean构建完毕，从singletonsCurrentlyIncreation集合中删除对应的beanName
afterSingletonCreation(beanName);

// 2、添加到单例缓存池中，并从二级缓存和三级缓存中删除
addSingleton(beanName, singletonObject);

1. 将b从singletonsCurrentlyIncreation集合中删除；
2. 然后将B的bean添加到单例缓存池中，并从二级缓存和三级缓存中删除，则B的完整bean创建完成。

	// 添加到单例缓存池中，并从二级缓存和三级缓存中删除
	protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
		synchronized (this.singletonObjects) {
			this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
			this.singletonFactories.remove(beanName);
			this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
			this.registeredSingletons.add(beanName);
		}
	}

此时，我们再看一下，4个集合中分别有什么：

• singletonObjects：B完整的bean
• earlySingletonObjects：A的原始对象
• singletonFactories：
• singletonsCurrentlyInCreation：a

得到了B的Bean对象，A第一层递归的地方，就可以执行填充属性B了，还有后续的初始化等操作，最终清除当前bean对应的二三级缓存，将A的完整bean放入单例池。

最终4个集合结果如下，A、B的完整单例对象都被实例化并放入到单例池中。

• singletonObjects：B完整的bean、A完整的bean
• earlySingletonObjects：
• singletonFactories：
• singletonsCurrentlyInCreation：

注：这4个集合中，我们只关注A、B相关的内容，其它bean忽略。

3.2 为什么Spring中需要singletonFactories（三级缓存）呢?

经过我们上面的示例分析，细心的读者应该会发现，这个singletonFactories三级缓存是不是有点多余？就算去掉三级缓存，我们直接将原始对象创建好之后放入二级缓存，然后其它Bean需要依赖注入时就可以从二级缓存中拿即可。下面具体分析：

A的Bean在创建过程中，在进行依赖注入之前，先把A的原始Bean放入二级缓存（提早暴露，只要放到缓存了，其它Bean需要时就可以从缓存中拿了），放入缓存后，再进行依赖注入，此时A的Bean依赖了B的Bean，如果B的Bean不存在，则需要创建B的Bean，而创建B的Bean的过程和A一样，也是先创建一个B的原始对象，然后把B的原始对象提早暴露出来放入缓存中，然后再对B的原始对象进行依赖注入A，此时能从缓存中拿到A的原始对象（虽然是A的原始对象，还不是最终的Bean），B的原始对象依赖注入完了之后，B的生命周期结束，那么A的生命周期也能结束。

因为整个过程中，都只有一个A原始对象，所以对于B而言，就算在属性注入时，注入的是A原始对象，也没有关系，因为A原始对象在后续的生命周期中在堆中没有发生变化。

从上面这个分析可知，只需要一个缓存就能解决循环依赖了，那么为什么Spring中还需要singletonFactories呢？

这是难点，基于上面的场景思考以下问题：

如果我们给A配置了一个切面，则当A的原始对象注入给B的属性之后，A的原始对象进行了AOP产生了一个代理对象，此时就会出现，对于A而言，它的Bean对象其实应该是AOP之后的代理对象，而B的a属性对应的是A的原始对象，这就产生了冲突。

而AOP可以说是Spring中除开IoC的另外一大功能，而循环依赖又是属于IoC范畴的，所以这两大功能想要并存，Spring需要特殊处理。如何处理呢，就是利用了第三级缓存singletonFactories。

首先，singletonFactories中存的是某个beanName对应的ObjectFactory，在bean的生命周期中，生成完原始对象之后，就会构造一个ObjectFactory存入singletonFactories中。这个ObjectFactory是一个函数式接口（只定义了一个方法），所以支持Lambda表达式：() -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean)：

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
    Object exposedObject = bean;
    if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
        // 遍历又有bean后置处理器
        for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
            if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {
                SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
                exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
            }
        }
    }
    return exposedObject;
}

该方法主要是去遍历所有的 BeanPostProcessors，然后分别判断该bp是否属于SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor类型对象，是则调用它的getEarlyBeanReference方法，而这个接口下的实现类中只有两个类实现了这个方法，一个是AbstractAutoProxyCreator，一个是InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter，它的实现如下：

// InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {
    return bean;
}
 
 
// AbstractAutoProxyCreator
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
    Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
    this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
    return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

所以很明显，在整个Spring中，默认就只有AbstractAutoProxyCreator真正意义上实现了getEarlyBeanReference方法，而该类就是用来进行AOP的。之前也有单独的文章《【Spring源码：AOP一】基于JDK动态代理和Cglib创建代理对象的原理分析》分析了，AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator的父类就是AbstractAutoProxyCreator。

那么getEarlyBeanReference方法到底在干什么？

首先得到一个cachekey，cachekey其实就是beanName。

然后把beanName和bean（这是原始对象）存入earlyProxyReferences中，调用wrapIfNecessary进行AOP，得到一个代理对象。

分析：

这个ObjectFactory就是上文说的labmda表达式，中间有getEarlyBeanReference方法，注意存入singletonFactories时并不会执行lambda表达式，也就是不会执行getEarlyBeanReference方法。

从singletonFactories根据beanName得到一个ObjectFactory，然后执行ObjectFactory，也就是执行getEarlyBeanReference方法，此时会得到一个A原始对象经过AOP之后的代理对象，然后把该代理对象放入earlySingletonObjects中，注意此时并没有把代理对象放入singletonObjects中，那什么时候放入到singletonObjects中呢？

我们这个时候得来理解一下earlySingletonObjects的作用，此时，我们只得到了A原始对象的代理对象，这个对象还不完整，因为A原始对象还没有进行属性填充，所以此时不能直接把A的代理对象放入singletonObjects中，所以只能把代理对象放入earlySingletonObjects，假设现在有其他对象依赖了A，那么则可以从earlySingletonObjects中得到A原始对象的代理对象了，并且是A的同一个代理对象。

当B创建完了之后，A继续进行生命周期，而A在完成属性注入后，会按照它本身的逻辑去进行AOP，而此时我们知道A原始对象已经经历过了AOP，所以对于A本身而言，不会再去进行AOP了，那么怎么判断一个对象是否经历过了AOP呢？会利用上文提到的earlyProxyReferences，在AbstractAutoProxyCreator的postProcessAfterInitialization方法中，会去判断当前beanName是否在earlyProxyReferences，如果在则表示已经提前进行过AOP了，无需再次进行AOP。

对于A而言，进行了AOP的判断后，以及BeanPostProcessor的执行之后，就需要把A对应的对象放入singletonObjects中了，但是我们知道，应该是要A的代理对象放入singletonObjects中，所以此时需要从earlySingletonObjects中得到代理对象，然后入singletonObjects中。

4. 总结

1. singletonObjects：缓存所有经过完整生命周期的单例bean。
2. earlySingletonObjects：不完整的单例对象（原始对象），如果配置了AOP，那缓存的就是提前拿原始对象进行了AOP之后得到的代理对象。原始对象是还没有进行属性注入和后续的BeanPostProcessor等生命周期的对象。
3. singletonFactories：缓存的是一个ObjectFactory，主要用来去生成原始对象进行了AOP之后得到的代理对象，在每个Bean的生成过程中，都会提前暴露一个工厂，这个工厂可能用到，也可能用不到，如果没有出现循环依赖依赖本bean，那么这个工厂无用，本bean按照自己的生命周期执行，执行完后直接把本bean放入singletonObjects中即可，如果出现了循环依赖依赖了本bean，则另外那个bean执行ObjectFactory提交得到一个AOP之后的代理对象(如果有AOP的话，如果无需AOP，则直接得到一个原始对象)。
4. singletonsCurrentlyInCreation：存放正在创建的Bean的名称，创建完成后，从这个集合中删除。

其实还有一个缓存，就是earlyProxyReferences，主要用来记录某个原始对象是否进行过AOP了。

扩展：面试必问：Spring循环依赖的三种方式_骏马逸动，心随你动的博客-CSDN博客

Spring 解决了哪些情况的循环依赖？

（1）构造注入无法解决循环依赖：

Spring容器会将每一个正在创建的Bean 标识符放在一个“当前创建Bean池”中，Bean标识符在创建过程中将一直保持在这个池中。因此如果在创建Bean过程中发现自己已经在“当前创建Bean池”里时将抛出BeanCurrentlyInCreationException异常表示循环依赖；而对于创建完毕的Bean将从“当前创建Bean池”中清除掉。

（2）Spring单例作用域的bean，Setter依赖注入，可解决循环依赖

Spring是先将Bean对象实例化之后再设置对象属性的，即Spring先是用构造实例化Bean对象 ，此时Spring会将这个实例化结束的对象（原始对象）放到一个Map中，并且Spring提供了获取这个未设置属性的实例化对象引用的方法。 

（3）Spring原型作用域的bean，Setter依赖注入，无法解决循环依赖：

 对于“prototype”作用域Bean，Spring容器无法完成依赖注入，因为“prototype”作用域的Bean，Spring容器不进行缓存，因此无法提前暴露一个创建中的Bean。

不要使用基于构造函数的依赖注入，可以通过以下方式解决：

• 在字段上使用@Autowired注解，让Spring决定在合适的时机注入

• 用基于setter方法的依赖注入。

参考：

https://www.yuque.com/renyong-jmovm/kb/dpzl6u

https://blog.csdn.net/gongsenlin341/article/details/108753560

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