Spring 循环依赖详解：问题分析与三级缓存解决方案

在Spring框架中，循环依赖（Circular Dependency）是指多个Bean相互依赖，形成一个循环引用。例如，Bean A依赖于Bean B，而Bean B又依赖于Bean A。这种情况在Bean创建时可能导致Spring容器无法正常完成初始化，抛出错误，如下：

java 复制代码

public class A {
    private final B b;
    public A(B b) {
        this.b = b;
    }
}

public class B {
    private final A a;
    public B(A a) {
        this.a = a;
    }
}

启动时会出现如下错误：

java 复制代码

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

一、解决循环依赖的方法

1. 构造器注入

构造器注入不支持循环依赖，因为Spring在创建Bean时需要解析所有构造函数参数，这导致了依赖循环。可以通过使用@Lazy注解延迟Bean的初始化来解决此问题，@Lazy会告诉Spring在第一次使用Bean时才初始化，而不是立即初始化。

java 复制代码

@Component
public class A {
    private final B b;

    @Autowired
    public A(@Lazy B b) {
        this.b = b;
    }
}

@Component
public class B {
    private final A a;

    @Autowired
    public B(@Lazy A a) {
        this.a = a;
    }
}

2. Setter注入

Setter注入可以解决循环依赖，因为Spring可以先创建Bean的实例，再注入其依赖。

java 复制代码

public class A {
    private B b;
    public void setB(B b) {
        this.b = b;
    }
}

public class B {
    private A a;
    public void setA(A a) {
        this.a = a;
    }
}

3. 使用@Autowired注解

可以使用@Autowired进行Setter注入或字段注入，同样可以解决循环依赖问题。

java 复制代码

public class A {
    @Autowired
    private B b;
}

public class B {
    @Autowired
    private A a;
}

4. 使用@Lazy注解

@Lazy注解可以延迟Bean的初始化，避免循环依赖。

java 复制代码

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

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

5. 使用ObjectFactory或Provider

使用ObjectFactory或Provider可以在需要时才获取Bean实例，从而解决循环依赖。

java 复制代码

public class A {
    @Autowired
    private ObjectFactory<B> bFactory;

    public void someMethod() {
        B b = bFactory.getObject();
        // 使用B
    }
}

public class B {
    @Autowired
    private ObjectFactory<A> aFactory;

    public void someMethod() {
        A a = aFactory.getObject();
        // 使用A
    }
}

6. 配置allow-circular-references: true

通过allow-circular-references: true配置来允许Spring容器处理Bean之间的循环依赖问题，但从设计角度来看，尽量避免循环依赖更为合理。

java 复制代码

spring:
  main:
    allow-circular-references: true

二、Spring三级缓存解决循环依赖的原理

Spring在创建Bean时使用三级缓存来处理循环依赖问题。整个过程分为三个阶段：

实例化 ：创建Bean实例，对应于AbstractAutowireCapableBeanFactory的createBeanInstance方法。
属性注入 ：为实例化的Bean注入属性，对应于populateBean方法。
初始化 ：执行Bean的初始化操作，对应于initializeBean方法，完成AOP代理等。

Spring使用三级缓存的策略如下：

一级缓存（singletonObjects）：存储已经完全初始化的单例Bean。
二级缓存（earlySingletonObjects）：存储早期的Bean对象，未完全初始化时放入该缓存。
三级缓存（singletonFactories） ：存储Bean工厂ObjectFactory，用于创建Bean的早期引用。

缓存的工作流程如下：

创建Bean实例 ：Spring首先尝试从一级缓存singletonObjects中获取Bean，如果没有则尝试从二级缓存earlySingletonObjects获取。如果依然没有找到，则从三级缓存singletonFactories获取。
提前曝光Bean ：当Spring检测到循环依赖时，会将Bean的早期引用（通过ObjectFactory创建的代理对象）放入三级缓存。
解决循环依赖：当另一个Bean需要依赖尚未完全初始化的Bean时，Spring会从三级缓存中获取其早期引用，并将其放入二级缓存。
完成初始化：当Bean完全初始化后，Spring会将其移至一级缓存，确保Bean的正常使用。

图解分析：对于通过构造器注入相互依赖的两个类A和B，Spring的处理步骤如下：

创建A时，因A依赖B，Spring将A的早期引用放入三级缓存。
创建B时，因B依赖A，Spring从三级缓存中获取A的早期引用。
B初始化完成后，B的实例放入一级缓存。
A随后也完成初始化，并将其实例放入一级缓存。

三、为什么Spring使用三级缓存而不是二级缓存？

代理对象的创建 ：某些场景（如AOP）需要在Bean初始化的后期生成代理对象。如果仅使用二级缓存，代理对象的创建可能会在Bean未完全初始化时进行，导致代理不完整。三级缓存中的ObjectFactory可以确保在需要时动态生成代理对象。
延迟创建早期引用：三级缓存允许Spring延迟创建早期引用，从而在特殊场景下实现灵活的依赖处理，避免了Bean在完全初始化前被错误引用。

三级缓存机制为Spring处理复杂的依赖关系提供了灵活性和可靠性，同时保证了Bean初始化和代理生成的顺序。