从源码看Spring如何解决循环依赖的脉络？鸡生蛋与蛋生鸡的问题！

旧城等待， 2023-10-01 23:08 10阅读 0赞

### 前言 ###

当我从 [《从Spring为什么要用IoC的支点，我撬动了整个Spring的源码脉络！》][Spring_IoC_Spring] 走过来，再来看Spring中源码的各种细节是如此的舒畅。

所以让我们接着剑指Spring源码。

#### 为什么会有循环依赖问题？ ####

当一个 `Chicken` 类引用 `Egg` 类作为属性依赖，同样 `Egg` 类中也引用依赖 `Chicken` ，那么最终就会成为一个 **闭环** 。如下图所示：

![format_png][]

这就好比鸡生蛋，蛋又生鸡，那么就会发生互相依赖又循环往复的关系就称为 **循环依赖** 。

![format_png 1][]

循环依赖其实只是一个现象（场景），还不是一个问题。当你问 `Chicken` 和 `Egg` 两个对象循环依赖后能否相互创建成功？这才是一个问题。

例如下面代码所示，如果 `Chicken` 和 `Egg` 使用构造器相互依赖注入，那么会陷入循环依赖注入的死循环。

new Chicken( new Egg( new Chicken(new Egg(...))))
    复制代码

我们再来看循环依赖问题在Spring中主要有的三种情况：

*  **构造器方式依赖注入**
 *  **Set方式多例（原型）模式下依赖注入**
 *  **Set方式单例依赖注入**

第一种构造方法注入的情况，在上面我们构造器方式的依赖注入会造成无限循环下去。第二种多例的情况，多例跟Spring默认创建单例相反，多例是每创建一次类，实例就会多一份。而单例是确保类的实例只允许一份；所以多例每创建一个Bean时，都会产生一个新的Bean，所以导致无限循环的产生Bean，那么必然导致OOM出现。

在Spring中默认就是单例，所以Spring通过第三种set方式，可以实现循环依赖。代码如下所示：

@Component
    public class Chicken {
     // Chicken中注入了Egg
     @Autowired
     private Egg egg;
    }
    复制代码

@Component
    public class Egg {
     // Egg中也注入了Chicken
     @Autowired
     private Chicken chicken;
    }
    复制代码

#### 解决循环依赖靠定义：三级缓存 ####

Spring为了解决单例的循环依赖问题，首先会定义三级缓存做准备（你会发现很多缓存都是用key-value的方式，Spring也如此，同样用了三个Map）。

![format_png 2][]

三个Map就定义在DefaultSingletonBeanRegistry类中。（现在可能对为什么要定义三级缓存感到陌生，但是别急，后面相信你会无比熟悉）

public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {
    
       /** Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
       private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);
    
       /** Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
       private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);
    
       /** Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
       private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);
       
       //省略其他
    }
    复制代码

#### 深入源码看Spring解决循环依赖的脉络 ####

先来回顾一个Bena创建的主要流程：实例化Bean -> 填充Bean属性 -> 调用Bean初始化方法。

如下图所示，（可以说是Bean生命周期制定的地图，在（ [《从Spring为什么要用IoC的支点，我撬动了整个Spring的源码脉络！》][Spring_IoC_Spring] 有畅谈过，所以不再赘述）

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Spring源码中在创建Bean的关键代码是使用 `getBean()` 方法。这也是创建Bean的开始。

public Object getBean(String name) throws BeansException {
       return doGetBean(name, null, null, false);
    }
    复制代码

接着我们进到 `getBean()` 中可以看到 `doGetBean()` ，在Spring源码中带 `do` 前缀的方法才是真正干活的。如下代码所示：

protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,
          @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
    
       final String beanName = transformedBeanName(name);
       Object bean;
       
       // 检查容器中是否已经有当前bean实例
       // Eagerly check singleton cache for manually registered singletons.
       Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
       if (sharedInstance != null && args == null) {
          
          //省略日志记录
           
          bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);
       }
    
    //省略其他处理
         
             //创建Bean的实例对象
             // Create bean instance.
             if (mbd.isSingleton()) {
                sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
                   try {
                      return createBean(beanName, mbd, args);
                   }
                   catch (BeansException ex) {
                      // Explicitly remove instance from singleton cache: It might have been put there
                      // eagerly by the creation process, to allow for circular reference resolution.
                      // Also remove any beans that received a temporary reference to the bean.
                      destroySingleton(beanName);
                      throw ex;
                   }
                });
                bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
             }
    
             else if (mbd.isPrototype()) {
                // It's a prototype -> create a new instance.
                Object prototypeInstance = null;
                try {
                   beforePrototypeCreation(beanName);
                   prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
                }
                finally {
                   afterPrototypeCreation(beanName);
                }
                bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
             }
    
             else {
                String scopeName = mbd.getScope();
                final Scope scope = this.scopes.get(scopeName);
                if (scope == null) {
                   throw new IllegalStateException("No Scope registered for scope name '" + scopeName + "'");
                }
                try {
                   Object scopedInstance = scope.get(beanName, () -> {
                      beforePrototypeCreation(beanName);
                      try {
                         return createBean(beanName, mbd, args);
                      }
                      finally {
                         afterPrototypeCreation(beanName);
                      }
                   });
                   bean = getObjectForBeanInstance(scopedInstance, name, beanName, mbd);
                }
       //省略其他处理
       return (T) bean;
    }
    复制代码

上述代码尽管很多，但是实际上 `doGetBean()` 方法主要两件事，如果从缓存中获取不到Bean，那么创建一个新的Bean。而一开始在缓存中是获取不到Bean的，所以会进行Bean的创建，在doGetBean中可以看到很醒目的 `createBean()` 方法。

protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
          throws BeanCreationException {
          
        // 省略其他代码
      
       try {
          Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
          if (logger.isTraceEnabled()) {
             logger.trace("Finished creating instance of bean '" + beanName + "'");
          }
          return beanInstance;
       }
    
        // 省略其他catch异常处理
    }
    复制代码

createBean实际做事的还是，前缀带do的 `doCreateBean()` 来实际创建Bean的方法，主要来看两个核心动作。第一个动作是 `createBeanInstance()` 来创建Bean的实例（给Bean开辟新的内存空间）。

createBeanInstance(beanName, mbd, args);
    复制代码

第二个动作是执行 `addSingletonFactory()` 方法，将Bean添加缓存。

addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
    复制代码

我们来看具体 `addSingletonFactory()` 方法，可以看到开始添加到第三级缓存。

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
       Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
       synchronized (this.singletonObjects) {
          if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
             this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
             this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
             this.registeredSingletons.add(beanName);
          }
       }
    }
    复制代码

但会发现 `addSingletonFactory()` 中添加到三级缓存中是一个 `getEarlyBeanReference()` 方法，而执行到这个方法时还不是一个完整Bean，那么实际上三级缓存保存是提前暴露出的对象。

在getEarlyBeanReference方法的上方是这样描述。（Spring开发者怕你看不懂源码，还写注释跟你说明白）

Obtain a reference for early access to the specified bean 获取对指定bean的早期访问的引用。

也是说 `getEarlyBeanReference()` 实际上只是直接将实例化创建的Bean返回了。（所以你可能会跟一颗剽悍的种子一样对三级缓存充满疑惑，图什么？别急，跟着一颗剽悍的种子去问个究竟）

接着实例化完Bean，继续按照Bean的生命周期流程就走到了Bean的填充属性，所以会看到\#doCreateBean-> `populateBean()` 方法。

populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
    复制代码

对Bean的填充属性是循环依赖源头的开始，因为此时意味着 `Chicken` 属性对 `Egg` 属性注入，而当 `Chicken` 依赖 `Egg` ，那么这个时候Spring又会去 `getBean(Egg)` 。

因为 `Egg` 需要注入 `Chicken` ，所以在创建 `Egg` 的时候，又会去调用 `getBean(Chicken)` ，这个时候就又回到之前的流程了，但是不同的是，之前的 `getBean` 是为了创建Bean，而此时再调用因为上面 `Chicken` 在实例化后已经放到三级缓存，所以 `Egg` 可以从缓存中直接获取到 `Chicken` 。

所以此时 `Egg` 将从三级缓存中获取到的 `Chicken` 放入到二级缓存中，同时移除三级缓存中的工厂。接着 `Egg` 完成对 `Chicken` 的注入后， `Egg` 可以初始化；当Egg初始化完成，那么就回到了 `Chicken` 完成对 `getBean(Egg)` 的注入，最后 `Chicken` 初始化。

所以二级earlySingletonObjects所缓存的是完成实例化，但是还未进行属性注入及初始化的对象。

在完成初始化后，就可以在\#getSingleton-> `addSingleton()` 方法，将初始化的Bean放入到一级缓存，同时删除二级，三级缓存。

protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
       synchronized (this.singletonObjects) {
          // 添加到一级缓存
          this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
          // 移除二级缓存
          this.singletonFactories.remove(beanName);
          // 移除三级缓存
          this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
          // 将完成的BeanName添加到已经注册的单例集合
          this.registeredSingletons.add(beanName);
       }
    }
    复制代码

到此循环依赖完全打开。所以一级缓存中已经是完全创建好的单例Bean。

#### 为什么要用三级缓存：一、二级缓存能解决循环依赖吗？ ####

当再次回过头来，你会发现只用一、二级缓存似乎也可以解决缓存依赖，但是还存在如果循环依赖还使用Spring中的AOP代理时，此时没有三级缓存，就意味着二级缓存中刚实例化的Bean要完成 `AOP` 代理。

如下图所示，回顾 [《从Spring为什么要用IoC的支点，我撬动了整个Spring的源码脉络！》][Spring_IoC_Spring] 中有畅谈到，BeanPostProcessor后置处理器是AOP实现的关键。所以Bean在制定生命周期时，代理是放在最后一步来完成的，而不是在实例化后就立刻代理。

![format_png 4][]

所以没有三级缓存，只使用二级缓存，那么就破坏了Spring对Bean生命周期的制定。

而通过三级缓存就可以很好的解决循环依赖后还有AOP代理问题。因为AOP代理有可能会把之前的原来的Bean换成代理Bean，所以导致Bean的版本不对，最终也会造成异常。

所以最后，再来看一级、二级、三级缓存中分别存放的是什么状态的Bean时，是不是亲切多了呢？

先是三级缓存为早期曝光对象工厂（ `singletonFactories` ），是lambada表达式。然后是二级缓存为早期曝光对象 `earlySingletonObjects` ，是完成实例化，但是还未进行属性注入及初始化的对象。最后是一级缓存为单例池（ `singletonObjects` ），是完全创建好的单例Bean。

#### 最后 ####

其实现在在写的这篇，要比前些天刚发布的 [《从Spring为什么要用IoC的支点，我撬动了整个Spring的源码脉络！》][Spring_IoC_Spring] 文章还要早的，但是迟迟没发原因是我被困住了，我发现尽管我看了再多的源码，对Spring的理解却是一块一块的碎片，既不系统，也不结构化，也不融会贯通；可以说是在不断的捡芝麻，而丢了西瓜。

所以当我在梳理了Spring脉络后，再来看这些Spring中的各种细节时，就正如众里寻她千百度，蓦然回首，那细节却在灯火阑珊处。

好了，夜深了，这些天熬的夜，也到这里了。

![0c0153326be148358d57465faf59d92e.jpeg][]

[Spring_IoC_Spring]: https://juejin.cn/post/7124482061364609038#comment
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