面試必殺技：講一講Spring中的循環(huán)依賴

鷹兔牛熊眼 2020-08-04

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前言

Spring中的循環(huán)依賴一直是Spring中一個很重要的話題，一方面是因為源碼中為了解決循環(huán)依賴做了很多處理，另外一方面是因為面試的時候，如果問到Spring中比較高階的問題，那么循環(huán)依賴必定逃不掉。

如果你回答得好，那么這就是你的必殺技，反正，那就是面試官的必殺技，這也是取這個標(biāo)題的原因，當(dāng)然，本文的目的是為了讓你在之后的所有面試中能多一個必殺技，專門用來絕殺面試官！

本文的核心思想就是，

當(dāng)面試官問：

“請講一講Spring中的循環(huán)依賴?！钡臅r候，

我們到底該怎么回答？

主要分下面幾點

什么是循環(huán)依賴？
什么情況下循環(huán)依賴可以被處理？
Spring是如何解決的循環(huán)依賴？

同時本文希望糾正幾個目前業(yè)界內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)的幾個關(guān)于循環(huán)依賴的錯誤的說法

只有在setter方式注入的情況下，循環(huán)依賴才能解決（錯）
三級緩存的目的是為了提高效率（錯）

OK，鋪墊已經(jīng)做完了，接下來我們開始正文

什么是循環(huán)依賴？

從字面上來理解就是A依賴B的同時B也依賴了A，就像下面這樣

體現(xiàn)到代碼層次就是這個樣子

@Component
public class A {
    // A中注入了B
 @Autowired
 private B b;
}

@Component
public class B {
    // B中也注入了A
 @Autowired
 private A a;
}

當(dāng)然，這是最常見的一種循環(huán)依賴，比較特殊的還有

// 自己依賴自己
@Component
public class A {
    // A中注入了A
 @Autowired
 private A a;
}

雖然體現(xiàn)形式不一樣，但是實際上都是同一個問題----->循環(huán)依賴

什么情況下循環(huán)依賴可以被處理？

在回答這個問題之前首先要明確一點，Spring解決循環(huán)依賴是有前置條件的

出現(xiàn)循環(huán)依賴的Bean必須要是單例
依賴注入的方式不能全是構(gòu)造器注入的方式（很多博客上說，只能解決setter方法的循環(huán)依賴，這是錯誤的）

其中第一點應(yīng)該很好理解，第二點：不能全是構(gòu)造器注入是什么意思呢？我們還是用代碼說話

@Component
public class A {
// @Autowired
// private B b;
 public A(B b) {

 }
}


@Component
public class B {

// @Autowired
// private A a;

 public B(A a){

 }
}

在上面的例子中，A中注入B的方式是通過構(gòu)造器，B中注入A的方式也是通過構(gòu)造器，這個時候循環(huán)依賴是無法被解決，如果你的項目中有兩個這樣相互依賴的Bean，在啟動時就會報出以下錯誤：

Caused by: org.springframework.beans.factory.BeanCurrentlyInCreationException: Error creating bean with name 'a': Requested bean is currently in creation: Is there an unresolvable circular reference?

為了測試循環(huán)依賴的解決情況跟注入方式的關(guān)系，我們做如下四種情況的測試

依賴情況	依賴注入方式	循環(huán)依賴是否被解決
AB相互依賴（循環(huán)依賴）	均采用setter方法注入	是
AB相互依賴（循環(huán)依賴）	均采用構(gòu)造器注入	否
AB相互依賴（循環(huán)依賴）	A中注入B的方式為setter方法，B中注入A的方式為構(gòu)造器	是
AB相互依賴（循環(huán)依賴）	B中注入A的方式為setter方法，A中注入B的方式為構(gòu)造器	否

具體的測試代碼很簡單，我就不放了。從上面的測試結(jié)果我們可以看到，不是只有在setter方法注入的情況下循環(huán)依賴才能被解決，即使存在構(gòu)造器注入的場景下，循環(huán)依賴依然被可以被正常處理掉。

那么到底是為什么呢？Spring到底是怎么處理的循環(huán)依賴呢？不要急，我們接著往下看

Spring是如何解決的循環(huán)依賴？

關(guān)于循環(huán)依賴的解決方式應(yīng)該要分兩種情況來討論

簡單的循環(huán)依賴（沒有AOP）
結(jié)合了AOP的循環(huán)依賴

簡單的循環(huán)依賴（沒有AOP）

我們先來分析一個最簡單的例子，就是上面提到的那個demo

@Component
public class A {
    // A中注入了B
 @Autowired
 private B b;
}

@Component
public class B {
    // B中也注入了A
 @Autowired
 private A a;
}

通過上文我們已經(jīng)知道了這種情況下的循環(huán)依賴是能夠被解決的，那么具體的流程是什么呢？我們一步步分析

首先，我們要知道Spring在創(chuàng)建Bean的時候默認是按照自然排序來進行創(chuàng)建的，所以第一步Spring會去創(chuàng)建A。

與此同時，我們應(yīng)該知道，Spring在創(chuàng)建Bean的過程中分為三步

實例化，對應(yīng)方法：AbstractAutowireCapableBeanFactory中的createBeanInstance方法
屬性注入，對應(yīng)方法：AbstractAutowireCapableBeanFactory的populateBean方法
初始化，對應(yīng)方法：AbstractAutowireCapableBeanFactory的initializeBean

這些方法在之前源碼分析的文章中都做過詳細的解讀了，如果你之前沒看過我的文章，那么你只需要知道

實例化，簡單理解就是new了一個對象
屬性注入，為實例化中new出來的對象填充屬性
初始化，執(zhí)行aware接口中的方法，初始化方法，完成AOP代理

基于上面的知識，我們開始解讀整個循環(huán)依賴處理的過程，整個流程應(yīng)該是以A的創(chuàng)建為起點，前文也說了，第一步就是創(chuàng)建A嘛！

創(chuàng)建A的過程實際上就是調(diào)用getBean方法，這個方法有兩層含義

創(chuàng)建一個新的Bean
從緩存中獲取到已經(jīng)被創(chuàng)建的對象

我們現(xiàn)在分析的是第一層含義，因為這個時候緩存中還沒有A嘛！

調(diào)用getSingleton(beanName)

首先調(diào)用getSingleton(a)方法，這個方法又會調(diào)用getSingleton(beanName, true)，在上圖中我省略了這一步

public Object getSingleton(String beanName) {
    return getSingleton(beanName, true);
}

getSingleton(beanName, true)這個方法實際上就是到緩存中嘗試去獲取Bean，整個緩存分為三級

singletonObjects，一級緩存，存儲的是所有創(chuàng)建好了的單例Bean
earlySingletonObjects，完成實例化，但是還未進行屬性注入及初始化的對象
singletonFactories，提前暴露的一個單例工廠，二級緩存中存儲的就是從這個工廠中獲取到的對象

因為A是第一次被創(chuàng)建，所以不管哪個緩存中必然都是沒有的，因此會進入getSingleton的另外一個重載方法getSingleton(beanName, singletonFactory)。

調(diào)用getSingleton(beanName, singletonFactory)

這個方法就是用來創(chuàng)建Bean的，其源碼如下：

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(beanName, 'Bean name must not be null');
    synchronized (this.singletonObjects) {
        Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
        if (singletonObject == null) {

            // ....
            // 省略異常處理及日志
            // ....

            // 在單例對象創(chuàng)建前先做一個標(biāo)記
            // 將beanName放入到singletonsCurrentlyInCreation這個集合中
            // 標(biāo)志著這個單例Bean正在創(chuàng)建
            // 如果同一個單例Bean多次被創(chuàng)建，這里會拋出異常
            beforeSingletonCreation(beanName);
            boolean newSingleton = false;
            boolean recordSuppressedExceptions = (this.suppressedExceptions == null);
            if (recordSuppressedExceptions) {
                this.suppressedExceptions = new LinkedHashSet<>();
            }
            try {
                // 上游傳入的lambda在這里會被執(zhí)行，調(diào)用createBean方法創(chuàng)建一個Bean后返回
                singletonObject = singletonFactory.getObject();
                newSingleton = true;
            }
            // ...
            // 省略catch異常處理
            // ...
            finally {
                if (recordSuppressedExceptions) {
                    this.suppressedExceptions = null;
                }
                // 創(chuàng)建完成后將對應(yīng)的beanName從singletonsCurrentlyInCreation移除
                afterSingletonCreation(beanName);
            }
            if (newSingleton) {
                // 添加到一級緩存singletonObjects中
                addSingleton(beanName, singletonObject);
            }
        }
        return singletonObject;
    }
}

上面的代碼我們主要抓住一點，通過createBean方法返回的Bean最終被放到了一級緩存，也就是單例池中。

那么到這里我們可以得出一個結(jié)論：一級緩存中存儲的是已經(jīng)完全創(chuàng)建好了的單例Bean

調(diào)用addSingletonFactory方法

如下圖所示：

在完成Bean的實例化后，屬性注入之前Spring將Bean包裝成一個工廠添加進了三級緩存中，對應(yīng)源碼如下：

// 這里傳入的參數(shù)也是一個lambda表達式，() -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean)
protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(singletonFactory, 'Singleton factory must not be null');
    synchronized (this.singletonObjects) {
        if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
            // 添加到三級緩存中
            this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
            this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
            this.registeredSingletons.add(beanName);
        }
    }
}

這里只是添加了一個工廠，通過這個工廠（ObjectFactory）的getObject方法可以得到一個對象，而這個對象實際上就是通過getEarlyBeanReference這個方法創(chuàng)建的。那么，什么時候會去調(diào)用這個工廠的getObject方法呢？這個時候就要到創(chuàng)建B的流程了。

當(dāng)A完成了實例化并添加進了三級緩存后，就要開始為A進行屬性注入了，在注入時發(fā)現(xiàn)A依賴了B，那么這個時候Spring又會去getBean(b)，然后反射調(diào)用setter方法完成屬性注入。

因為B需要注入A，所以在創(chuàng)建B的時候，又會去調(diào)用getBean(a)，這個時候就又回到之前的流程了，但是不同的是，之前的getBean是為了創(chuàng)建Bean，而此時再調(diào)用getBean不是為了創(chuàng)建了，而是要從緩存中獲取，因為之前A在實例化后已經(jīng)將其放入了三級緩存singletonFactories中，所以此時getBean(a)的流程就是這樣子了

從這里我們可以看出，注入到B中的A是通過getEarlyBeanReference方法提前暴露出去的一個對象，還不是一個完整的Bean，那么getEarlyBeanReference到底干了啥了，我們看下它的源碼

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;
}

它實際上就是調(diào)用了后置處理器的getEarlyBeanReference，而真正實現(xiàn)了這個方法的后置處理器只有一個，就是通過@EnableAspectJAutoProxy注解導(dǎo)入的AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator。也就是說如果在不考慮AOP的情況下，上面的代碼等價于：

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

也就是說這個工廠啥都沒干，直接將實例化階段創(chuàng)建的對象返回了！所以說在不考慮AOP的情況下三級緩存有用嘛？講道理，真的沒什么用，我直接將這個對象放到二級緩存中不是一點問題都沒有嗎？如果你說它提高了效率，那你告訴我提高的效率在哪?

那么三級緩存到底有什么作用呢？不要急，我們先把整個流程走完，在下文結(jié)合AOP分析循環(huán)依賴的時候你就能體會到三級緩存的作用！

到這里不知道小伙伴們會不會有疑問，B中提前注入了一個沒有經(jīng)過初始化的A類型對象不會有問題嗎？

答：不會

這個時候我們需要將整個創(chuàng)建A這個Bean的流程走完，如下圖：

從上圖中我們可以看到，雖然在創(chuàng)建B時會提前給B注入了一個還未初始化的A對象，但是在創(chuàng)建A的流程中一直使用的是注入到B中的A對象的引用，之后會根據(jù)這個引用對A進行初始化，所以這是沒有問題的。

結(jié)合了AOP的循環(huán)依賴

之前我們已經(jīng)說過了，在普通的循環(huán)依賴的情況下，三級緩存沒有任何作用。三級緩存實際上跟Spring中的AOP相關(guān)，我們再來看一看getEarlyBeanReference的代碼：

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;
}

如果在開啟AOP的情況下，那么就是調(diào)用到AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator的getEarlyBeanReference方法，對應(yīng)的源碼如下：

public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
    Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
    this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
    // 如果需要代理，返回一個代理對象，不需要代理，直接返回當(dāng)前傳入的這個bean對象
    return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

回到上面的例子，我們對A進行了AOP代理的話，那么此時getEarlyBeanReference將返回一個代理后的對象，而不是實例化階段創(chuàng)建的對象，這樣就意味著B中注入的A將是一個代理對象而不是A的實例化階段創(chuàng)建后的對象。

看到這個圖你可能會產(chǎn)生下面這些疑問

在給B注入的時候為什么要注入一個代理對象？

答：當(dāng)我們對A進行了AOP代理時，說明我們希望從容器中獲取到的就是A代理后的對象而不是A本身，因此把A當(dāng)作依賴進行注入時也要注入它的代理對象

明明初始化的時候是A對象，那么Spring是在哪里將代理對象放入到容器中的呢？

在完成初始化后，Spring又調(diào)用了一次getSingleton方法，這一次傳入的參數(shù)又不一樣了，false可以理解為禁用三級緩存，前面圖中已經(jīng)提到過了，在為B中注入A時已經(jīng)將三級緩存中的工廠取出，并從工廠中獲取到了一個對象放入到了二級緩存中，所以這里的這個getSingleton方法做的時間就是從二級緩存中獲取到這個代理后的A對象。exposedObject == bean可以認為是必定成立的，除非你非要在初始化階段的后置處理器中替換掉正常流程中的Bean，例如增加一個后置處理器：

@Component
public class MyPostProcessor implements BeanPostProcessor {
 @Override
 public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
  if (beanName.equals('a')) {
   return new A();
  }
  return bean;
 }
}

不過，請不要做這種騷操作，徒增煩惱！

初始化的時候是對A對象本身進行初始化，而容器中以及注入到B中的都是代理對象，這樣不會有問題嗎？

答：不會，這是因為不管是cglib代理還是jdk動態(tài)代理生成的代理類，內(nèi)部都持有一個目標(biāo)類的引用，當(dāng)調(diào)用代理對象的方法時，實際會去調(diào)用目標(biāo)對象的方法，A完成初始化相當(dāng)于代理對象自身也完成了初始化

三級緩存為什么要使用工廠而不是直接使用引用？換而言之，為什么需要這個三級緩存，直接通過二級緩存暴露一個引用不行嗎？

答：這個工廠的目的在于延遲對實例化階段生成的對象的代理，只有真正發(fā)生循環(huán)依賴的時候，才去提前生成代理對象，否則只會創(chuàng)建一個工廠并將其放入到三級緩存中，但是不會去通過這個工廠去真正創(chuàng)建對象

我們思考一種簡單的情況，就以單獨創(chuàng)建A為例，假設(shè)AB之間現(xiàn)在沒有依賴關(guān)系，但是A被代理了，這個時候當(dāng)A完成實例化后還是會進入下面這段代碼：

// A是單例的，mbd.isSingleton()條件滿足
// allowCircularReferences：這個變量代表是否允許循環(huán)依賴，默認是開啟的，條件也滿足
// isSingletonCurrentlyInCreation：正在在創(chuàng)建A，也滿足
// 所以earlySingletonExposure=true
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                                  isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
// 還是會進入到這段代碼中
if (earlySingletonExposure) {
 // 還是會通過三級緩存提前暴露一個工廠對象
    addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}

看到了吧，即使沒有循環(huán)依賴，也會將其添加到三級緩存中，而且是不得不添加到三級緩存中，因為到目前為止Spring也不能確定這個Bean有沒有跟別的Bean出現(xiàn)循環(huán)依賴。

假設(shè)我們在這里直接使用二級緩存的話，那么意味著所有的Bean在這一步都要完成AOP代理。這樣做有必要嗎？

不僅沒有必要，而且違背了Spring在結(jié)合AOP跟Bean的生命周期的設(shè)計！Spring結(jié)合AOP跟Bean的生命周期本身就是通過AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator這個后置處理器來完成的，在這個后置處理的postProcessAfterInitialization方法中對初始化后的Bean完成AOP代理。如果出現(xiàn)了循環(huán)依賴，那沒有辦法，只有給Bean先創(chuàng)建代理，但是沒有出現(xiàn)循環(huán)依賴的情況下，設(shè)計之初就是讓Bean在生命周期的最后一步完成代理而不是在實例化后就立馬完成代理。

三級緩存真的提高了效率了嗎？

現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了三級緩存的真正作用，但是這個答案可能還無法說服你，所以我們再最后總結(jié)分析一波，三級緩存真的提高了效率了嗎？分為兩點討論：

沒有進行AOP的Bean間的循環(huán)依賴

從上文分析可以看出，這種情況下三級緩存根本沒用！所以不會存在什么提高了效率的說法

進行了AOP的Bean間的循環(huán)依賴

就以我們上的A、B為例，其中A被AOP代理，我們先分析下使用了三級緩存的情況下，A、B的創(chuàng)建流程

假設(shè)不使用三級緩存，直接在二級緩存中

上面兩個流程的唯一區(qū)別在于為A對象創(chuàng)建代理的時機不同，在使用了三級緩存的情況下為A創(chuàng)建代理的時機是在B中需要注入A的時候，而不使用三級緩存的話在A實例化后就需要馬上為A創(chuàng)建代理然后放入到二級緩存中去。

對于整個A、B的創(chuàng)建過程而言，消耗的時間是一樣的。

綜上，不管是哪種情況，三級緩存提高了效率這種說法都是錯誤的！

總結(jié)

面試官：”Spring是如何解決的循環(huán)依賴？“

答：Spring通過三級緩存解決了循環(huán)依賴，其中一級緩存為單例池（singletonObjects）,二級緩存為早期曝光對象earlySingletonObjects，三級緩存為早期曝光對象工廠（singletonFactories）。

當(dāng)A、B兩個類發(fā)生循環(huán)引用時，在A完成實例化后，就使用實例化后的對象去創(chuàng)建一個對象工廠，并添加到三級緩存中，如果A被AOP代理，那么通過這個工廠獲取到的就是A代理后的對象，如果A沒有被AOP代理，那么這個工廠獲取到的就是A實例化的對象。

當(dāng)A進行屬性注入時，會去創(chuàng)建B，同時B又依賴了A，所以創(chuàng)建B的同時又會去調(diào)用getBean(a)來獲取需要的依賴，此時的getBean(a)會從緩存中獲?。?/span>

第一步，先獲取到三級緩存中的工廠；

第二步，調(diào)用對象工工廠的getObject方法來獲取到對應(yīng)的對象，得到這個對象后將其注入到B中。緊接著B會走完它的生命周期流程，包括初始化、后置處理器等。

當(dāng)B創(chuàng)建完后，會將B再注入到A中，此時A再完成它的整個生命周期。至此，循環(huán)依賴結(jié)束！

面試官：”為什么要使用三級緩存呢？二級緩存能解決循環(huán)依賴嗎？“

答：如果要使用二級緩存解決循環(huán)依賴，意味著所有Bean在實例化后就要完成AOP代理，這樣違背了Spring設(shè)計的原則，Spring在設(shè)計之初就是通過AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator這個后置處理器來在Bean生命周期的最后一步來完成AOP代理，而不是在實例化后就立馬進行AOP代理。

一道思考題

為什么在下表中的第三種情況的循環(huán)依賴能被解決，而第四種情況不能被解決呢？

提示：Spring在創(chuàng)建Bean時默認會根據(jù)自然排序進行創(chuàng)建，所以A會先于B進行創(chuàng)建

依賴情況	依賴注入方式	循環(huán)依賴是否被解決
AB相互依賴（循環(huán)依賴）	均采用setter方法注入	是
AB相互依賴（循環(huán)依賴）	均采用構(gòu)造器注入	否
AB相互依賴（循環(huán)依賴）	A中注入B的方式為setter方法，B中注入A的方式為構(gòu)造器	是
AB相互依賴（循環(huán)依賴）	B中注入A的方式為setter方法，A中注入B的方式為構(gòu)造器	否