spring 循环依赖

在Spring中，对象的实例化是通过反射实现的，而对象的属性则是在对象实例化之后通过一定的方式设置的。

这个过程可以按照如下方式进行理解：

如何检测是否有循环依赖

可以 Bean在创建的时候给其打个标记，如果递归调用回来发现正在创建中的话--->即可说明循环依赖。

怎么解决的

Spring的循环依赖的理论依据其实是基于Java的引用传递，当我们获取到对象的引用时，对象的field或zh属性是可以延后设置的(但是构造器必须是在获取引用之前)。

createBeanInstance：实例化，其实也就是调用对象的构造方法实例化对象
populateBean：填充属性，这一步主要是多bean的依赖属性进行填充
initializeBean：调用spring xml中的init() 方法。

从上面讲述的单例bean初始化步骤我们可以知道，循环依赖主要发生在第一、第二步。也就是构造器循环依赖和field循环依赖。

那么我们要解决循环引用也应该从初始化过程着手，对于单例来说，在Spring容器整个生命周期内，有且只有一个对象，所以很容易想到这个对象应该存在Cache中，Spring为了解决单例的循环依赖问题，使用了三级缓存。

源码怎么实现的

public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {

    /** Maximum number of suppressed exceptions to preserve. */
    private static final int SUPPRESSED_EXCEPTIONS_LIMIT = 100;


    /** 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 ConcurrentHashMap<>(16);

这三级缓存分别指：

三级缓存singletonFactories ：单例对象工厂的cache
二级缓存earlySingletonObjects ：提前暴光的单例对象的Cache 。【用于检测循环引用，与singletonFactories互斥】
一级缓存singletonObjects：单例对象的cache


protected  T doGetBean(final String name, @Nullable final Class requiredType,
    @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {

  // 尝试通过bean名称获取目标bean对象，比如这里的A对象
  Object sharedInstance = getSingleton(beanName);

  // 我们这里的目标对象都是单例的
  if (mbd.isSingleton()) {

    // 这里就尝试创建目标对象，第二个参数传的就是一个ObjectFactory类型的对象，这里是使用Java8的lamada
    // 表达式书写的，只要上面的getSingleton()方法返回值为空，则会调用这里的getSingleton()方法来创建
    // 目标对象
    sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
      try {
        // 尝试创建目标对象
        return createBean(beanName, mbd, args);
      } catch (BeansException ex) {
        throw ex;
      }
    });
  }
  return (T) bean;
}

这里的doGetBean()方法是非常关键的一个方法（中间省略了其他代码），上面也主要有两个步骤

第一个步骤的getSingleton()方法的作用是尝试从缓存中获取目标对象，如果没有获取到，则尝试获取半成品的目标对象；如果第一个步骤没有获取到目标对象的实例，那么就进入第二个步骤

第二个步骤的getSingleton()方法的作用是尝试创建目标对象，并且为该对象注入其所依赖的属性。

这里其实就是主干逻辑，我们前面图中已经标明，在整个过程中会调用三次doGetBean()方法

第一次调用的时候会尝试获取A对象实例，此时走的是第一个getSingleton()方法，由于没有已经创建的A对象的成品或半成品，因而这里得到的是null

然后就会调用第二个getSingleton()方法，创建A对象的实例，然后递归的调用doGetBean()方法，尝试获取B对象的实例以注入到A对象中

此时由于Spring容器中也没有B对象的成品或半成品，因而还是会走到第二个getSingleton()方法，在该方法中创建B对象的实例

创建完成之后，尝试获取其所依赖的A的实例作为其属性，因而还是会递归的调用doGetBean()方法

此时需要注意的是，在前面由于已经有了一个半成品的A对象的实例，因而这个时候，再尝试获取A对象的实例的时候，会走第一个getSingleton()方法

在该方法中会得到一个半成品的A对象的实例，然后将该实例返回，并且将其注入到B对象的属性a中，此时B对象实例化完成。

然后，将实例化完成的B对象递归的返回，此时就会将该实例注入到A对象中，这样就得到了一个成品的A对象。

我们这里可以阅读上面的第一个getSingleton()方法：

@Nullable
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {

  // 尝试从缓存中获取成品的目标对象，如果存在，则直接返回
  Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);

  // 如果缓存中不存在目标对象，则判断当前对象是否已经处于创建过程中，在前面的讲解中，第一次尝试获取A对象
  // 的实例之后，就会将A对象标记为正在创建中，因而最后再尝试获取A对象的时候，这里的if判断就会为true
  if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {

    synchronized (this.singletonObjects) {
      singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
      if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {

        // 这里的singletonFactories是一个Map，其key是bean的名称，而值是一个ObjectFactory类型的
        // 对象，这里对于A和B而言，调用图其getObject()方法返回的就是A和B对象的实例，无论是否是半成品
        ObjectFactory singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
        if (singletonFactory != null) {

          // 获取目标对象的实例
          singletonObject = singletonFactory.getObject();
          this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
          this.singletonFactories.remove(beanName);
        }
      }
    }
  }
  return singletonObject;
}

这里我们会存在一个问题就是A的半成品实例是如何实例化的，然后是如何将其封装为一个ObjectFactory类型的对象，并且将其放到上面的singletonFactories属性中的。

这主要是在前面的第二个getSingleton()方法中，其最终会通过其传入的第二个参数，从而调用createBean()方法，该方法的最终调用是委托给了另一个doCreateBean()方法进行的

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

  // 实例化当前尝试获取的bean对象，比如A对象和B对象都是在这里实例化的
  BeanWrapper instanceWrapper = null;
  if (mbd.isSingleton()) {
    instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
  }
  if (instanceWrapper == null) {
    instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
  }

  // 判断Spring是否配置了支持提前暴露目标bean，也就是是否支持提前暴露半成品的bean
  boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences 
    && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
  if (earlySingletonExposure) {

    // 如果支持，这里就会将当前生成的半成品的bean放到singletonFactories中，这个singletonFactories
    // 就是前面第一个getSingleton()方法中所使用到的singletonFactories属性，也就是说，这里就是
    // 封装半成品的bean的地方。而这里的getEarlyBeanReference()本质上是直接将放入的第三个参数，也就是
    // 目标bean直接返回
    addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
  }

  try {
    // 在初始化实例之后，这里就是判断当前bean是否依赖了其他的bean，如果依赖了，
    // 就会递归的调用getBean()方法尝试获取目标bean
    populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
  } catch (Throwable ex) {
    // 省略...
  }

  return exposedObject;
}

到这里，Spring整个解决循环依赖问题的实现思路已经比较清楚了。对于整体过程，读者朋友只要理解两点：

Spring是通过递归的方式获取目标bean及其所依赖的bean的；

Spring实例化一个bean的时候，是分两步进行的，首先实例化目标bean，然后为其注入属性。

结合这两点，也就是说，Spring在实例化一个bean的时候，是首先递归的实例化其所依赖的所有bean，直到某个bean没有依赖其他bean，此时就会将该实例返回，然后反递归的将获取到的bean设置为各个上层bean的属性的。

这里就是解决循环依赖的关键，这段代码发生在createBeanInstance之后，也就是说单例对象此时已经被创建出来(调用了构造器)。这个对象已经被生产出来了，虽然还不完美（还没有进行初始化的第二步和第三步），但是已经能被人认出来了（根据对象引用能定位到堆中的对象），所以Spring此时将这个对象提前曝光出来让大家认识，让大家使用。

这样做有什么好处呢？让我们来分析一下“A的某个field或者setter依赖了B的实例对象，同时B的某个field或者setter依赖了A的实例对象”这种循环依赖的情况。A首先完成了初始化的第一步，并且将自己提前曝光到singletonFactories中，此时进行初始化的第二步，发现自己依赖对象B，此时就尝试去get(B)，发现B还没有被create，所以走create流程，B在初始化第一步的时候发现自己依赖了对象A，于是尝试get(A)，尝试一级缓存singletonObjects(肯定没有，因为A还没初始化完全)，尝试二级缓存earlySingletonObjects（也没有），尝试三级缓存singletonFactories，由于A通过ObjectFactory将自己提前曝光了，所以B能够通过ObjectFactory.getObject拿到A对象(虽然A还没有初始化完全，但是总比没有好呀)，B拿到A对象后顺利完成了初始化阶段1、2、3，完全初始化之后将自己放入到一级缓存singletonObjects中。此时返回A中，A此时能拿到B的对象顺利完成自己的初始化阶段2、3，最终A也完成了初始化，进去了一级缓存singletonObjects中，而且更加幸运的是，由于B拿到了A的对象引用，所以B现在hold住的A对象完成了初始化。

知道了这个原理时候，肯定就知道为啥Spring不能解决“A的构造方法中依赖了B的实例对象，同时B的构造方法中依赖了A的实例对象”这类问题了！因为加入singletonFactories三级缓存的前提是执行了构造器，所以构造器的循环依赖没法解决

其实用一级缓存加三级缓存就可以解决循环依赖的问题了但是为什么要采用二级缓存了？

试想一下：假如对象A循环依赖B、C，也就是A与B A与C都存在循环依赖在实例化A的时候会提前实例化B和C 在示例化B的时候，已经提前利用三级缓存生成了A的代理类但是由于A的属性赋值这个阶段还没结束一级缓存还没有A 所以在实例化C的时候
又要从三级缓存中拿代码块生成A的代理类这这样对我们的程序是没问题的因为代理类依托的原始类一直都是A 所以程序功能是没影响的但是这样存在性能的浪费如果我们把代码快生成的A的代理类存放到二级缓存中
那么C需要的时候就可以直接获取到这个类了从而不会又执行代码块生成一个了

那么为什么Spring中还需要singletonFactories呢？

这是难点，基于上面的场景想一个问题：如果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属性对应的并不是AOP之后的代理对象，这就产生了冲突。

B依赖的A和最终的A不是同一个对象。

那么如何解决这个问题？这个问题可以说没有办法解决。

因为在一个Bean的生命周期最后，Spring提供了BeanPostProcessor可以去对Bean进行加工，这个加工不仅仅只是能修改Bean的属性值，也可以替换掉当前Bean。

@Component
public class FireService {

    public FireService() {
        System.out.println("FireService...constructor");
    }

}

@Component
public class FireBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {

    //前置处理器
    @Override
    public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) {
        if ("fireService".equals(beanName)){
            System.out.println("postProcessBeforeInitialization..." + beanName + "=>" + bean);
        }

        return bean;
    }

    //后置处理器
    @Override
    public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) {

        if ("fireService".equals(beanName)){
            System.out.println(bean);
            FireService fireService = new FireService();
            return fireService;
        }
        return bean;
    }
}

所以在BeanPostProcessor中可以完全替换掉某个beanName对应的bean对象。

而BeanPostProcessor的执行在Bean的生命周期中是处于属性注入之后的，循环依赖是发生在属性注入过程中的，所以很有可能导致，注入给B对象的A对象和经历过完整生命周期之后的A对象，不是一个对象。这就是有问题的。

所以在这种情况下的循环依赖，Spring是解决不了的，因为在属性注入时，Spring也不知道A对象后续会经过哪些BeanPostProcessor以及会对A对象做什么处理。

Spring到底解决了哪种情况下的循环依赖

虽然上面的情况可能发生，但是肯定发生得很少，我们通常在开发过程中，不会这样去做，但是，某个beanName对应的最终对象和原始对象不是一个对象却会经常出现，这就是AOP。

AOP就是通过一个BeanPostProcessor来实现的，这个BeanPostProcessor就是AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator，它的父类是AbstractAutoProxyCreator，而在Spring中AOP利用的要么是JDK动态代理，要么CGLib的动态代理，所以如果给一个类中的某个方法设置了切面，那么这个类最终就需要生成一个代理对象。

一般过程就是：A类--->生成一个普通对象-->属性注入-->基于切面生成一个代理对象-->把代理对象放入singletonObjects单例池中。

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。

如何处理的，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，所以支持Lambda表达式：() -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean)

AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean


        // Eagerly cache singletons to be able to resolve circular references
        // even when triggered by lifecycle interfaces like BeanFactoryAware.
        boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
        if (earlySingletonExposure) {
            if (logger.isTraceEnabled()) {
                logger.trace("Eagerly caching bean '" + beanName +
                        "' to allow for resolving potential circular references");
            }
            addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
        }

上面的Lambda表达式就是一个ObjectFactory，执行该Lambda表达式就会去执行getEarlyBeanReference方法，而该方法如下：

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

该方法会去执行SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor中的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：

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);
    }

InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter

    @Override
    public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        return bean;
    }

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。上文提到的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。

那么，什么时候会调用getEarlyBeanReference方法呢？回到循环依赖的场景中

左边文字：

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

右边文字：

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。右边文字：

总结

至此，总结一下三级缓存：

singletonObjects：缓存某个beanName对应的经过了完整生命周期的bean
earlySingletonObjects：缓存提前拿原始对象进行了AOP之后得到的代理对象，原始对象还没有进行属性注入和后续的BeanPostProcessor等生命周期
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)。
其实还要一个缓存，就是earlyProxyReferences，它用来记录某个原始对象是否进行过AOP了。