吊打面试官系列：Spring如何使用三级缓存解决循环依赖

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01 引言

Spring的面试中，绕不开的话题是循环依赖以及解决方案，而Spring的三级缓存机制正是解决单例 Bean 的循环依赖问题。其核心思想是 提前暴露未初始化的 Bean 实例，结合 ObjectFactory 延迟处理代理对象。

今天我们将一探究竟！

02 循环依赖

循环依赖的问题，就是两个实例对象相互引用，导致无法正常实例化。

@Component
public class WorkService {

    @Autowired
    private UserService userService;
}

@Component
public class UserService {
	
    @Autowired
    private WorkService workService;
}

其中WorkService就引用userService，userService中引用workService，这就是循环依赖。你是你会发现我们经常这样操作，但是没有发现任何问题。

那是因为Spring已经帮我们解决了。通过构造或者Setter方法注入就是复现问题。

03 三级缓存

源码位置：

org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry

// 一级缓存：存放完全初始化好的 Bean（成品）
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

// 二级缓存：存放提前暴露的 Bean（半成品，已实例化但未初始化）
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(16);

// 三级缓存：存放 ObjectFactory，用于生成提前暴露的 Bean（可能包含代理）
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16)

所谓三级缓存只不是就是三个Map集合而已，通过巧妙的设计解决循环依赖的问题。

04 解决循环依赖的流程

以文章的代码为案例，假设先实例化WorkService。

Spring中的核心方法就是refresh()方法，而实例化的方法就在finishBeanFactoryInitialization(beanFactory)方法里。

4.1 创建WorkService

创建Bean的核心代码:

org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean

// 实例化 Bean
instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
Object bean = instanceWrapper.getWrappedInstance();

//......

// 将 Bean 包装成 ObjectFactory 放入三级缓存（仅未初始化且允许循环依赖时）
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));

从源码中，可以看出addSingletonFactory方法将 ObjectFactory 存入三级缓存singletonFactories中。

4.2 填充属性

Spring将Bean对象的ObjectFactory放在三级缓存后，并不着急调用getObject方法或者对象本身。而是直接填充WorkService的属性。

填充属性的时候，会通过InstantiationAwareBeanPostProcessor采用反射机制处理注入的属性。

其中关键实现为：

org.springframework.beans.factory.annotation.AutowiredAnnotationBeanPostProcessor

主要的流程如下：

发现userService不存在，就会触发userService的创建。

4.3 创建UserService

创建UserService的时候，重复4.1的方法，将UserService的半成品(未填充属性)，同样将 ObjectFactory 存入三级缓存。

此时，为UserService注入WorkService，同样会执行4.2 populateBean()方法。这是发现UserService依赖WorkService，就会尝试获取WorkService。

getSingleton()将是经典的从三级缓存中获取Bean对象的数据。

关键的地方来了：

因为前面的操作都是讲对象的放在了三级缓存中，这里肯定可以取到值。主要代码如下：

ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
if (singletonFactory != null) {
    singletonObject = singletonFactory.getObject();
    // 获取到代理对象，放到二级缓存中
    this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
    // 将三级缓存中的对象删除
    this.singletonFactories.remove(beanName);
}

而singletonFactory.getObject()方法执行的如下图所示：

4.4 完成UserService初始化

UserService获取WorkService的早期引用后，继续完成属性填充和初始化，最终放入一级缓存。

4.5 完成WorkService初始化

WorkService 获得已初始化的 UserService 对象，继续完成属性填充和初始化，最终移入一级缓存，并清理二级缓存。

05 为什么需要三级缓存

Spring设计的三级缓存，二级缓存可不可以解决循环依赖的问题呢？普通的对象是可以的。

问题的根源：代理对象与原始对象的冲突

若只有二级缓存（无 ObjectFactory），无法区分何时创建代理对象。代理对象应在原始对象生成后，由 BeanPostProcessor 在初始化阶段创建，但循环依赖要求 在属性注入阶段提前暴露对象，此时原始对象尚未代理。

三级缓存的核心就是延迟处理代理，确保在循环依赖时提前返回正确的代理对象.

06 三级缓存的流程示意图