Java 面试宝典：Spring是如何解决循依赖问题？

Spring 的循环依赖一直都是 Spring 中一个很重要的话题，一方面是 Spring 为了解决循环依赖做了很多工作，另一个方面是因为它是面试 Spring 的常客，因为他要求你看过 Spring 的源码，如果没有看过 Spring 源码你基本上是回答不了这个问题的，虽然也有一些面试经会分析这个问题，但是如果别人深究的话，你没有看过源码真心回答不了。

什么是循环依赖

从字面上来理解就是 Spring Bean 之间的依赖产生了循环，例如 A 依赖 B ，B 依赖 C，C 依赖 A，如下：

代码大致如下：

@Service
public class AService {
    @Autowired
    private BService bService;
}

@Service
public class BService {
    @Autowired
    private CService cService;
}

@Service
public class CService {
    @Autowired
    private AService aService;
}

Spring 解决了哪些情况的循环依赖

在文章Spring 中的 Bean 有几种作用域？，大明哥说到 Spring 有五种作用域：

1. singleton：单例作用域
2. prototype：原型作用域
3. request：请求作用域
4. session：会话作用域
5. application：全局作用域

但是 Spring 只解决单例作用域（singleton）循环依赖，主要原因如下：

• prototype：每次请求都会创建新的 Bean 实例，会形成一个死循环，同时用一次就丢，解决循环依赖成本比较大。
• request、session、application：解决他们的循环依赖需要很复杂的处理机制，可能会引入额外的性能开销和复杂性。
• 同时 ，Spring 的设计哲学倾向于鼓励良好的编程实践，依赖循环依赖可能是设计上的问题，我们应该是采取更加简洁和更加优雅的代码结构，而不是依赖 Spring 来解决它。

同时，在文章 Spring为什么建议使用构造器来注入 中讲到，Spring 有三种注入方式：

• 基于字段的注入
• 基于 setter 方法的注入
• 基于构造器注入

对于这三种注入方式 ，Spring 不解决全是基于构造器注入的方式 ，因为 Spring 会报错，例如我们将上面的调整为构造器注入，启动时会报如下错误 ：

The dependencies of some of the beans in the application context form a cycle:

┌─────┐
|  AService defined in file [/xxx/AService.class]
↑     ↓
|  BService defined in file [/xxx/BService.class]
↑     ↓
|  CService defined in file [/xxx/CService.class]
└─────┘

注：我是依赖 Spring Boot 写的测试案例

基于上面的分析，我们知道 Spring 解决循环依赖的前提条件是 ：

1. 出现循环依赖的 B 必须是单例作用域。
2. 依赖注入的方式不能全是构造器注入的方式。

有很多文章说，Spring 只解决 setter 方法的循环依赖，这是错误的，我们来演示下：

@Service
public class AService {

    @Autowired
    private BService bService;
}

B、C 还是构造器注入，你会发现这样启动是不会报错的。

基于这个问题，大明哥留一个思考题，如果 A、B、C 的注入方式是如下：

@Service
public class AService {

    private BService bService;

    @Autowired
    public AService(BService bService) {
        this.bService = bService;
    }
}

@Service
public class BService {

    @Autowired
    private CService cService;
}

@Service
public class CService {

    private AService aService;

    @Autowired
    public CService(AService aService) {
        this.aService = aService;
    }
}

会报错吗？为什么？

Spring 是怎么解决循环依赖的

Spring 解决循环依赖就靠三招：

1. 单例模式
2. 三级缓存
3. 提前暴露、早起引用

单例模式前面已经分析过了，我们先看三级缓存。Spring 提供了三级缓存用来存储单例 的 Bean 实例（下面所说的 Bean 全部都为单例模式的 Bean），这三个缓存是互斥的，同一个 Bean 实例只会三级缓存中的一个中存在。三级缓存分别是：

• 一级缓存：singletonObjects
  • 用于存放完全初始化好的 Bean。
  • 当一个 Bean 被完全初始化好后（即所有的属性都被注入，所有的初始化方法都被调用），它会被放入这个缓存中。在此之后，每次请求这个 Bean 时，Spring 容器都会直接从这个缓存返回实例。
• 二级缓存：earlySingletonObjects
  • 用于存放提前暴露的 Bean 对象，即已经实例化但尚未完全初始化（未完成依赖注入和初始化方法调用）的 Bean，注意该 Bean 还处于创建中。
  • 该缓存是解决循环依赖的核心所在。当一个 Bean 正在创建的过程中，如果另外一个 Bean 需要引用它，则 Spring 为它提供该 Bean的一个早期引用，这个早期引用就存放在 earlySingletonObjects 缓存中。
• 三级缓存：singletonFactories
  • 存放 Bean 的工厂对象，用于生成 Bean 的早期引用。
  • 它是解决循环依赖的第一步。当一个 Bean 开始创建时，Spring 首先在这个缓存中放入一个工厂对象。这个工厂对象能够生成 Bean 的早期引用，当这个 Bean 需要被注入到其他 Bean 中时，就会通过这个工厂对象来创建早期引用。

三个缓存协同工作 ，以确保在应用中存在循环依赖的情况下，Spring 容器依然可以正确创建 Bean，并管理他们。关于三级缓存的详情请阅读这篇文章：什么是Spring的三级缓存?

现在跟着大明哥的脚步来详细分析 Spring 是如何解决循环依赖的，为了更好地演示，我们将上面三个 Bean 循环依赖调整为两个即 A 依赖 B，B 依赖 A。

Spring 创建 Bean 的过程分为三个步骤：

1. 实例化：AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBean()
2. 属性注入：AbstractAutowireCapableBeanFactory#populateBean()
3. 初始化：AbstractAutowireCapableBeanFactory#initializeBean()

首先我们创建 A，先进行 A 对象的实例化过程 ，跟踪 AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBean()，到 doCreateBean()：

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

        boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
        isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
        if (earlySingletonExposure) {
            // 加入到三级缓存 singletonFactories 中
            addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
        }

        // ...
    }

earlySingletonExposure 为 true，则将 singletonFactory 保存到三级缓存 singletonFactories 中。条件为：

• mbd.isSingleton()：为单例模式
• this.allowCircularReferences：检查配置是否允许循环引用
• this.isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)：检查当前 Bean 是否正在创建。这是为了检测 Bean 是否处于创建的半成品状态（即已经开始创建但还没有完全初始化），这种状态的 Bean 是解决循环依赖的关键，因为他需要提前暴露给其他 Bean 引用，用来解决循环依赖 。

addSingletonFactory() 是将 singletonFactory 添加到三级缓存中：

  protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
    synchronized (this.singletonObjects) {
      if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
        // 添加到三级缓存中
        this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
        this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
        this.registeredSingletons.add(beanName);
      }
    }
  }

singletonFactory 由 getEarlyBeanReference() 创建：

  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;
  }

这个方法是一个很重要的方法，用来出来 AOP 的，我们先放在这里，后面来分析。

当 A 实例化后，就调用 populateBean() 来完成属性注入，这里开始注入 B，调用 getBean(b) ，我们一直跟踪源代码到 getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference)，该方法有两个参数：

• beanName：获取 Bean 实例的名称。
• allowEarlyReference：用于指定是否允许早期引用。
  • true：允许在 Bean 的初始化过程中提前获取引用，即使 Bean 正在创建中。
  • false：只有在 Bean 创建完成后才能获取引用

代码如下：

  @Nullable
  protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    // 从一级缓存中获取完整的 Bean
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    // 如果 singletonObject 为空，且在新建中
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
      // 从二级缓存中获取该 Bean 的早期引用
      singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
      // 早期引用为空，且允许早期引用
      if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
        synchronized (this.singletonObjects) {
          // 双重检查
          // 一级
          singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
          if (singletonObject == null) {
            // 二级
            singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
            if (singletonObject == null) {
              // 三级
              ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
              if (singletonFactory != null) {
                // 从单例工厂获取单例 Bean
                // 注意这个 Bean 还只是一个早期引用
                singletonObject = singletonFactory.getObject();
                
                // 将 Bean 从三级缓存移动到二级缓存去
                this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                this.singletonFactories.remove(beanName);
              }
            }
          }
        }
      }
    }
    return singletonObject;
  }

由于 B 还没有创建，所以这里会返回 null 。故 B 依然和 A 一样去走创建过程，也会在三级缓存中存放 Bean 工厂。当 B 完成实例化后开始属性注入，这个时候它会调用 getBean(a) 去获取 A 的实例对象，由于 A 还处于创建过程中，一级缓存没有，二级缓存也没有，但是在三级缓存 A 提前暴露了一个 Bean 工厂对象，B 可以在三级缓存中获取 A 的 Bean 工厂对象，通过 singletonFactory.getObject() 获取 A 的早期引用，完成注入，也就是这段代码：

// 从单例工厂获取单例 Bean
// 注意这个 Bean 还只是一个早期引用
singletonObject = singletonFactory.getObject();
                
// 将 Bean 从三级缓存移动到二级缓存去
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);

B 完成注入后，开始初始化，最终得到一个完整 B。B 完成后，这个时候 A 得到的就是一个完整的 B 实例对象，A 完成注入，并进行初始化。整个过程如下图：

到这里循环依赖已经解决了。整个过程这张图已经详细阐述了，大明哥就不过多阐述了。在上面大明哥还埋了一个点，就是 getEarlyBeanReference()，我们继续。

我们知道注入到 B 中的 A 是通过 getEarlyBeanReference() 提前暴露出去的一个对象获取的，我们再看这个方法：

  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;
  }

这里的参数 bean 就是已经实例化的 A 对象。

这行代码是关键：if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors())，如果它为 false，这个方法等同于：

  protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
    Object exposedObject = bean;
    return exposedObject;
  }

返回的是一个原生的 A 对象，但是如果 if 语句为 true 呢？那么 exposedObject = bp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName)，调用后置处理器的 getEarlyBeanReference() ，然后真正实现这个方法的后置处理器就只有一个地方，那就是 AOP 的 AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator，如果我们的 A 进行了 AOP 代理 ，那么注入 B 的是 A 的代理对象而不是 A 本身。

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