day07-Spring循环依赖

前言：

项目启动时候，可能会存在A创建依赖B，B创建依赖A，这样就出现了循环依赖。

摘要：

Spring通过三级缓存机制解决循环依赖问题。一级缓存存储完整初始化的单例Bean，二级缓存存储半成品Bean，三级缓存存储ObjectFactory用于生成早期引用。当检测到循环依赖时，Spring会通过三级缓存获取早期引用并存入二级缓存，避免重复创建。该机制还支持AOP代理，确保在循环依赖时也能正确创建代理对象。核心流程包括实例化后提前暴露ObjectFactory、三级缓存的添加与查询逻辑，以及早期引用的处理，从而保证Bean创建过程的一致性和正确性。

流程图：

1、三级缓存的定义

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// 一级缓存：存储完全初始化好的单例bean
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

// 二级缓存：存储提前暴露（已经初始化，但是没有实例化）
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(16);

// 三级缓存：存储ObjectFactory，用于生成早期Bean的引用
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

1、singletonObjects ：缓存经过了完整生命周期的bean

2、earlySingletonObjects：缓存未经过完整生命周期的bean，

2.1 如果某个bean出现了循环依赖，就会提前把暂时未经过完整生命周期的bean放入earlySingletonObjects中，

2.2 这个bean如果经过AOP那么就会把代理对象放入earlySingletonObjects中，否则就把原始对象放入earlySingletonObjects中。

3、singletonFactories：缓存一个ObjectFactory，也是 Lambda表达式。每个Bean的生成过程中，经过实例化得到一个原始对象后，都会提前暴露一个Lambda表达式，并保存到三级缓存中。

3.1 三级缓存可能用到，也可能用不到。

3.2 如果当前Bean没有出现循环依赖，那么这个Lambda用不到，会正常执行完生成完整的Bean放入 singletonObjects中，

3.3 如果bean在依赖注入时出现了循环依赖，从三级缓存拿到一个对象，放入二级缓存中，并根据beanName从三级缓存中删除。

4、earlyProxyReferences ：主要用来记录原始对象是否进行AOP。

2、三级缓存的作用

缓存级别	名称	存储内容	作用
一级缓存	singletonObjects	完全初始化好的Bean	提供最终单例bean
二级缓存	earlySingletonObjects	半成品	避免重复创建早期引用
三级缓存	singletonFactories	ObjectFactory	创建早期Bean，支持AOP代理

3、核心代码讲解

3.1 实例化后提前暴露，在Bean的实例化后，属性填充前

1）Spring会判断该Bean单例允许循环引用，将会创建一个返回该Bean的当前的原始对象 ObjectFactory 存入三级缓存中。

2）处理循环依赖，当一个Bean 在填充属性发现依赖另一个 Bean的时候，这时会调用getEarlyBeanReference() 方法，遍历所有的SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ，给后处理器一个机会，返回早期引用。

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// org/springframework/beans/factory/support/AbstractAutowireCapableBeanFactory.java:596
// 单例&&是否是当前正在创建的bean
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");
    }
    // 主要是：添加到三级缓存中，并删除二级缓存
    addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}

3.2 三级缓存添加的逻辑

synchronized (this.singletonObjects) 先加入锁原因，是保证多线程的缓存操作下的一致性，防止同一个Bean被重复创建

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protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
     synchronized (this.singletonObjects) {
       // 一级缓存不存在情况下
       if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
           // 先添加三级缓存，再根据beanName删除二级缓存中的半成品bean
          this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
          this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
          this.registeredSingletons.add(beanName);
       }
    }
}

3.3 获取单例bean的缓存查询

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@Nullable
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    // 1.检查一级缓存，如果有直接返回
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
        // 2.从二级缓存中获取
       singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
       if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
          synchronized (this.singletonObjects) {
             // 双重检查
             singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
             if (singletonObject == null) {
                singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
                if (singletonObject == null) {
                    // 3.从三级缓存获取，放入二级缓存， 并删除三级缓存
                   ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                   if (singletonFactory != null) {
                      singletonObject = singletonFactory.getObject();
                      this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                      this.singletonFactories.remove(beanName);
                   }
                }
             }
          }
       }
    }
    return singletonObject;
}

3.4 早期引用

// org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#getEarlyBeanReference

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protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
    Object exposedObject = bean;
    if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
       for (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessorCache().smartInstantiationAware) {
           // 获取早期引用 
           exposedObject = bp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
       }
    }
    return exposedObject;
}

3.5 AOP代理创建

org.springframework.aop.framework.autoproxy.AbstractAutoProxyCreator#getEarlyBeanReference

时机：
AOP 代理器(AbstractAutoProxyCreator) 在getEarlyBeanReference方法就会工作在循环依赖发生时就提前创建代理对象，而不是等待初始化之后。
保证一致性：
调用 getEarlyBeanReference() 方法内部会先记录该Bean earlyProxyReferences，postProcessAfterInitialization 方法里会判断该Bean是否已经提前代理过了，如果代理过则不再重复处理，确保整个容器中对于同一个Bean，循环依赖时拿到和最终持有的都是同一个代理对象。【org.springframework.aop.framework.autoproxy.AbstractAutoProxyCreator#postProcessAfterInitialization】

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// org.springframework.aop.framework.autoproxy.AbstractAutoProxyCreator#postProcessAfterInitialization
// 方法里会判断该Bean是否已经提前代理过了，如果代理过则不再重复处理，确保整个容器中对于同一个Bean，循环依赖时拿到和最终持有的都是同一个代理对象
@Override
public Object postProcessAfterInitialization(@Nullable Object bean, String beanName) {
    if (bean != null) {
       Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
       if (this.earlyProxyReferences.remove(cacheKey) != bean) {
          return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
       }
    }
    return bean;
}


@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
    Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
    // 记录原始bean，避免重复代理
    this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
    // 如果这个bean经过AOP，那么把这个代理对象放入 earlySingletonObjects，否则把原始对象放入里面
    return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

4、三级缓存的设计思想以及常见面试题

问题一：二级缓存能否去掉

不能，二级缓存作用

避免重复执行ObjectFactory.getObject()（性能考虑）
保证同一个 Bean在循环依赖中返回相同的早期引用。

问题二：添加三级缓存bean的引用和获取singleton bean 添加 synchronized的作用是什么？

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synchronized (this.singletonObjects) {
    // 1.保证多线程环境下，缓存操作的一致性
    // 2.防止同一个bean被重复创建
}

位置如下：

获取bean的位置

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// org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton(java.lang.String, boolean)
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;
}

添加三级缓存的地方：

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// org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry#addSingletonFactory
protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
    synchronized (this.singletonObjects) {
       if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
          this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
          this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
          this.registeredSingletons.add(beanName);
       }
    }
}

问题三：在使用Spring如果避免多级缓存带来的复杂性

通过清晰的缓存升级策略

创建中：三级缓存
早期引用：二级缓存
完整体：一级缓存
状态时不可逆，只能向上一季流动。

问题四：为什么必须是三级缓存？

三级缓存：singletonFactories 核心是（ObjectFactory）的能力，封装了复杂的后处理器（如getEarlyBeanReference()），可以按需生成，可能被包装过的对象（如代理）。这是一个"懒加载"过程，只在发生循环依赖时才调用。
二级缓存：earlySingletonObjects，半成品暂存区，一旦通过通过缓存的工厂生产出对象，就放入二级缓存，下次需要时直接获取，避免重复执行工厂逻辑。
如果只是二级缓存：
那么就需要Bean实例化后立即执行所有可能的AOP代理后处理逻辑来创建对象，这样违反了Bean生命周期的设计原则，而且对于没有循环依赖的Bean，这种"提前代理"是不必要的开销。

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