面试官: 回答一下Spring循环依赖吧，为什么要使用三级缓存，不使用两级缓存呢?

作者: 西魏陶渊明
博客: ​​https://blog.springlearn.cn/​​

西魏陶渊明
天下代码一大抄, 抄来抄去有提高, 看你会抄不会抄！

写文章不容易，如果感觉还行，请点个关注，点关注不迷路。

一、什么是循环依赖

这种简单的问题，直接伪代码吧。

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

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

我中有你，你中有我。

二、解决循环依赖思路

思路其实非常简单还是用伪代码来说明

A a = new A();
B b = new B();
a.setB(b);
b.setA(a);

思路就是这么简单，先分别把A和B给实例化。
这时候实例化的A和B仅仅是完成了实例化,内部的属性其实都没有。
只有当执行了3、4行才算正常完成。

A a = new A();
B b = new B();
a.setB(b);
b.setA(a);

通过上面的代码我们总结下，要想实现循环注入。首先要满足第一个条件。

1. 能被实例化

• 有空构造
• 或有构造且构造参数满足能被实例化。

好了，知道这点就成了，相信让你来实现循环注入，应该也可以了吧。其实就这么简单 ?

那我们来看Spring如何来实现的。相信看完你就头大了。但是没关系，基本原理你已经知道了。
带着这个思路来看Spring的源码就简单了。

三、Spring如何解决循环依赖

首先我们要知道Spring中的bean, 有两种形式。

• 第一种是单例。所谓单例就是容器中这个类，只会存在一个实例。不管你调用了多少次​​getBean(String beanName)​​ 返回的都是一个实例(因为每次都从缓存中获取的实例)。
• 第二种是原型。所谓原型就是容器中这个类，没有缓存。每次都是新建一个Bean。

在这里我们思考下，如果要你来实现循环注入，以上两种模式。你能用那一个?
要想实现循环注入，即这个Bean必须要有一个缓存的地方。不然每次都是创建，虽然能完成实例化，但是实例化后，需要注入的 ​​​bean​​ 无法实现注入，就会陷入死循环。

这里第二个必要因素就出来了。

2. 必须要是单例

好了，知道这么多我们开始看源码吧。

3.1 Spring中创建Bean的步骤

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

3.2 循环依赖三层缓存

注意看细节，每个缓存的数据类型是什么? 后面要考。

• 一级缓存​​Map<String, Object> singletonObjects​​

• 如果等于空，或者当前单例正在创建中(即只完成了实例化)。就从二级缓存中获取。

• 二级缓存​​Map<String, Object> earlySingletonObjects​​

• 如果等于空，就从三级缓存中获取。

• 三级缓存​​Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories​​

• 创建Bean的一个工厂，允许容器中定义特殊的，生成Bean的方法。使用​​addSingletonFactory​​

其实要想实现循环依赖只用2个缓存就行。三级缓存的意义是为了完成某些功能。至于什么功能呢? 这里先不说后面看流程。

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
      synchronized (this.singletonObjects) {
        singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
        if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
          ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
          if (singletonFactory != null) {
            singletonObject = singletonFactory.getObject();
            this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
            this.singletonFactories.remove(beanName);
          }
        }
      }
    }
    return singletonObject;
  }

好我们知道有这两个缓存就继续往下看源码。当 ​​getSingleton​​​ 是 ​​null​​​。继续往下走。其他源码就跳过了，不是本篇的主要内容，我们只看
解决循环依赖的核心代码。

• doCreateBean#createBeanInstance 先实现实例化。
• 当前bean是单例,不会添加到二级缓存，直接就添加到三级缓存中,注意这里不是添加的Bean，而是生成Bean的工厂方法​​ObjectFactory(#getEarlyBeanReference)​​。

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));
    }

• doCreateBean#populateBean 实现属性注入

以上面的代码的例子，A创建时候被加入到了三级缓存中，然后继续执行 ​​populateBean​​​。发现要依赖B。然后依次从缓存中
来找这个A。最终在三级缓存中读取到了B。然后实现注入。这里三级缓存中的 ​​​Bean​​​。 有可能只是完成了 ​​new​​​。但是容器
不管，先完成循环注入。至于注入的东西是否是完全品还是半成品不关心，因为都是单例所以，后面在注入属性也没关系。
这里我们知道单例的用处了吧。试想一下，如果不是单例模式，而是原型模式。那么bean就必须是完全品，不然就陷入了死循环。

下面我们还用伪代码的方式再来说一篇实现思路。

// createBeanInstance先实例化，然后加入到三级缓存中
A a = new A();
// a在执行populateBean的时候，发现要注入属性B，于是就使用getBean。
// getBean(b) 执行createBeanInstance先实例化
B b = new B();
// 然后加入到三级缓存中，b在执行populateBean注入属性值的时候。发现也依赖了A。
// 然后从缓存中找到办成品A。于是乎B的注入就完成，然后再执行B的init方法。
b.setA(a);
// B完成后,则返回到A的populateBean也注入了B。然后在执行A的init方法
a.setB(b);

到这里就完成了循环注入，这里有点绕，小编画了一个图，大家跟着序号来看，然后好好理解下。

通过这个图其实我们能发现一个问题。B此时从三级缓存中拿到的A是一个半成品的A。
假如B在执行初始化方法的时候,依赖A的populateBean注入的属性。那么此时一定会拿不到的。
下面写点伪代码，说一下这个问题。

3.3 发现点问题

3.3.1 半成品问题-1

@Component
public class A implements InitializingBean {

    @Autowired
    private B b;

    @Value("${a.name}")
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        System.out.println("A:" + b);
    }
}

@Component
public class B implements InitializingBean {

    @Autowired
    private A a;

    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        System.out.println("B:" + a.getName());
    }
}

通过上图我们知道B会先执行初始化，而这里B的初始化 (图例8) 会依赖A的参数注入 (图例4) 。而B在执行初始化的时候。A(图例4没有完全完成注入)并没有完成属性注入。
那么我们此时在拿到A的getName一定是空的。

以上代码执行就是:

B:null
A:com.example.demo.B@38aa816f

3.3.2 半成品问题-2

A的BeanPostProcessor没有执行,那么假如我们想要对A进行方法代理。B在执行初始化的时候,调用A的 ​​getName​​。会成功代理上吗?

@Component
public class A implements InitializingBean {

    @Autowired
    private B b;

    private final String name = "孙悟空";

    public String getName() {
        return name;
    }

    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        System.out.println("A:" + b);
    }
}
@Component
public class B implements InitializingBean {

    @Autowired
    private A a;

    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        System.out.println("B:" + a.getName());
    }
}
@Aspect
@Component
public class AopConfig {

    /**
     * 精确匹配类名
     */
    @Pointcut("within(A)")
    private void matchClass() {
    }

    @Before("matchClass()")
    public void beforeMatchClassName() {
        System.out.println("--------精确匹配类名-------");
    }

}

执行结果:

--------精确匹配类名-------
B:孙悟空
A:com.example.demo.B@5e01a982

发现疑问了吗? 前面我们说了,在执行B图例8的时候(b的初始化方法)，A图例9并没有执行，那为什么这里会代理成功呢?

::: info 答案揭晓
这里在添加缓存的时候，并不是直接把实例添加到缓存中的。
而是将图例9的逻辑，封装到
ObjectFactory的方式添加到缓存中的。
ObjectFactory#getObject时候执行了Bean
的处理。(AOP代理等)
:::

注意: 这里并不是把所有的处理器都包装到ObjectFactory方法中,而是有选择的使用,只有实现了SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor接口
才会放到里面。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jckx7F95-1658308703745)(https://img.springlearn.cn/blog/learn_1647106252000.png)]

答案就在这里，这里执行了。一些特殊逻辑的处理器。当实现了 ​​SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor​​​ 接口。
就可以提前对那些半成品的Bean进行处理。

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;
  }

比如AOP的实现类。

这里我们在思考一个问题。A半成品的时候被AOP代理了一次，那么当A在执行Bean处理器的时候岂不是有要被代理一次吗?

AbstractAutoProxyCreator#getEarlyBeanReference

第一次代理时候会被加到缓存中。

public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
        Object cacheKey = this.getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
        this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
        return this.wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
    }

第二次时候在执行AOP后置处理器,会先判断缓存,如果缓存中存在就不在处理了。

public Object postProcessAfterInitialization(@Nullable Object bean, String beanName) {
        if (bean != null) {
            Object cacheKey = this.getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
            if (this.earlyProxyReferences.remove(cacheKey) != bean) {
                return this.wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
            }
        }

        return bean;
    }

四、知识点总结

4.1 满足循环依赖的条件是什么?

1. 必须是单例模式
2. 循环依赖类,必须能实例化(空构造,或构造参数满足循环依赖条件)

4.2 循环依赖可能导致什么问题?

在执行初始化的时候，如果初始化方法，依赖循环来的属性注入参数，可能导致获取不到数据信息的情况

如上面问题1。

4.3 为什么要用三级缓存而不是二级缓存?

为了满足Spring声明周期方法,即对半成品的B进行提前生命周期处理。如实现AOP。

五、开放性问题

只使用一级缓存，和三级缓存是否就能解决循环依赖，并且满足bean一些特殊逻辑处理呢（eg:aop）?

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    // Quick check for existing instance without full singleton lock
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
      singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
      if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
        synchronized (this.singletonObjects) {
          // Consistent creation of early reference within full singleton lock
          singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
          if (singletonObject == null) {
            singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
            if (singletonObject == null) {
              ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
              if (singletonFactory != null) {
                singletonObject = singletonFactory.getObject();
                this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                this.singletonFactories.remove(beanName);
              }
            }
          }
        }
      }
    }
    return singletonObject;
  }

小编回答: 仅仅使用1级缓存和3级缓存完全可以的。

之所以使用2级缓存是因为三级缓存是ObjectFactory#getObject()。是每次都从工厂里面去拿。而使用了2级缓存，仅仅是为了提高性能。
而设计的。所以一单这个单例Bean完成后。会里面把二级和三级缓存给移除掉。

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);
    }
  }