Spring Ioc源码分析之 Bean的加载（5）：循环依赖处理(populateBean())

首先回顾下Bean加载的主流程：

1.如果是单例模式，从factoryBeanInstanceCache 缓存中获取BeanWrapper 实例对象并删除缓存
2.调用 createBeanInstance() 实例化 bean
3.后置处理
4.单例模式的循环依赖处理
5.属性填充
6.初始化 bean 实例对象
7.依赖检查
8.注册 DisposableBean

本文我们主要分析第4步：

一、循环依赖是什么？

循环依赖，其实就是循环引用，就是两个或者两个以上的 bean 互相引用对方，最终形成一个闭环，如 A 依赖 B，B 依赖 C，C 依赖 A。如下图所示：

Spring中的循环依赖，其实就是一个死循环的过程，在初始化 A 的时候发现依赖了 B，这时就会去初始化 B，然后又发现 B 依赖 C，跑去初始化 C，初始化 C 的时候发现依赖了 A，则又会去初始化 A，依次循环永不退出，除非有终结条件。

一般来说，Spring 循环依赖的情况有两种：

构造器的循环依赖
对于构造器的循环依赖，Spring 是无法解决的，只能抛出 BeanCurrentlyInCreationException 异常表示循环依赖，所以下面我们分析的都是基于 field 属性的循环依赖。
field 属性的循环依赖
我们之前提到，Spring 只解决 scope 为 singleton 的循环依赖。对于scope 为 prototype 的 bean ，Spring 无法解决，直接抛出 BeanCurrentlyInCreationException 异常。
为什么 Spring 不处理 prototype bean 呢？其实如果理解 Spring 是如何解决 singleton bean 的循环依赖就明白了。这里先留个疑问，我们先来看下 Spring 是如何解决 singleton bean 的循环依赖的。

二、解决singleton循环依赖

在AbstractBeanFactory 的 doGetBean()方法中，我们根据BeanName去获取Singleton Bean的时候，会先从缓存获取。
代码如下：

//DefaultSingletonBeanRegistry.java@Nullable
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {// 从一级缓存缓存 singletonObjects 中加载 beanObject singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);// 缓存中的 bean 为空，且当前 bean 正在创建if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {// 加锁synchronized (this.singletonObjects) {// 从 二级缓存 earlySingletonObjects 中获取singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);// earlySingletonObjects 中没有，且允许提前创建if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {// 从 三级缓存 singletonFactories 中获取对应的 ObjectFactoryObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);if (singletonFactory != null) {//从单例工厂中获取beansingletonObject = singletonFactory.getObject();// 添加到二级缓存this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);// 从三级缓存中删除this.singletonFactories.remove(beanName);}}}}return singletonObject;
}

这段代码涉及的3个关键的变量，分别是3个级别的缓存，定义如下：

/** Cache of singleton objects: bean name --> bean instance */
//单例bean的缓存 一级缓存
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);/** Cache of singleton factories: bean name --> ObjectFactory */
//单例对象工厂缓存 三级缓存
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);/** Cache of early singleton objects: bean name --> bean instance */
//预加载单例bean缓存 二级缓存
//存放的 bean 不一定是完整的
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);

getSingleton()的逻辑比较清晰：

1.首先，尝试从一级缓存singletonObjects中获取单例Bean。
2.如果获取不到，则从二级缓存earlySingletonObjects中获取单例Bean。
3.如果仍然获取不到，则从三级缓存singletonFactories中获取单例BeanFactory。
4.最后，如果从三级缓存中拿到了BeanFactory，则通过getObject()把Bean存入二级缓存中，并把该Bean的三级缓存删掉。

2.1、三级缓存
看到这里可能会有些疑问，这3个缓存怎么就解决了singleton循环依赖了呢？
先别着急，我们现在分析了获取缓存的代码，再来看下存储缓存的代码。 在 AbstractAutowireCapableBeanFactory 的 doCreateBean() 方法中，有这么一段代码：

// AbstractAutowireCapableBeanFactory.java
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() // 单例模式&& this.allowCircularReferences // 允许循环依赖&& isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)); // 当前单例 bean 是否正在被创建
if (earlySingletonExposure) {if (logger.isTraceEnabled()) {logger.trace("Eagerly caching bean '" + beanName +"' to allow for resolving potential circular references");}// 为了后期避免循环依赖，提前将创建的 bean 实例加入到三级缓存 singletonFactories 中addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}

这段代码就是put三级缓存singletonFactories的地方，其核心逻辑是，当满足以下3个条件时，把bean加入三级缓存中：

1.单例
2.允许循环依赖
3.当前单例Bean正在创建

addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) 方法，代码如下：

// DefaultSingletonBeanRegistry.java
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);}}
}

从这段代码我们可以看出，singletonFactories 这个三级缓存才是解决 Spring Bean 循环依赖的关键。同时这段代码发生在 createBeanInstance(...) 方法之后，也就是说这个 bean 其实已经被创建出来了，但是它还没有完善（没有进行属性填充和初始化），但是对于其他依赖它的对象而言已经足够了（已经有内存地址了，可以根据对象引用定位到堆中对象），能够被认出来了。

2.2、一级缓存
到这里我们发现三级缓存 singletonFactories 和二级缓存 earlySingletonObjects 中的值都有出处了，那一级缓存在哪里设置的呢？在类 DefaultSingletonBeanRegistry 中，可以发现这个 addSingleton(String beanName, Object singletonObject) 方法，代码如下：

// DefaultSingletonBeanRegistry.java
protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {synchronized (this.singletonObjects) {//添加至一级缓存，同时从二级、三级缓存中删除。this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);this.singletonFactories.remove(beanName);this.earlySingletonObjects.remove(beanName);this.registeredSingletons.add(beanName);}
}

该方法是在 #doGetBean(...) 方法中，处理不同 scope 时，如果是 singleton调用的，如下图所示：

也就是说，一级缓存里面是完整的Bean。
小结：

1.一级缓存里面是完整的Bean,是当一个Bean完全创建后才put
2.三级缓存是不完整的BeanFactory,是当一个Bean在new之后就put(没有属性填充、初始化)
3.二级缓存是对三级缓存的易用性处理，只不过是通过getObject()方法从三级缓存的BeanFactory中取出Bean

总结

现在我们再来回顾下Spring解决单例循环依赖的方案：

1.Spring 在创建 bean 的时候并不是等它完全完成，而是在创建过程中将创建中的 bean 的 ObjectFactory 提前曝光（即加入到 singletonFactories 三级缓存中）。
2. 这样，一旦下一个 bean 创建的时候需要依赖 bean，则从三级缓存中获取。

举个栗子：

比如我们团队里要报名参加活动，你不用上来就把你的生日、性别、家庭信息什么的全部填完，你只要先报个名字，统计下人数就行，之后再慢慢完善你的个人信息。

核心思想：提前暴露，先用着

最后来描述下就上面那个循环依赖 Spring 解决的过程：

首先 A 完成初始化第一步并将自己提前曝光出来（通过三级缓存将自己提前曝光），在初始化的时候，发现自己依赖对象 B，此时就会去尝试 get(B)，这个时候发现 B 还没有被创建出来

然后 B 就走创建流程，在 B 初始化的时候，同样发现自己依赖 C，C 也没有被创建出来

这个时候 C 又开始初始化进程，但是在初始化的过程中发现自己依赖 A，于是尝试 get(A)，这个时候由于 A已经添加至缓存中（三级缓存 singletonFactories ），通过 ObjectFactory 提前曝光，所以可以通过ObjectFactory#getObject() 方法来拿到 A 对象，C 拿到 A 对象后顺利完成初始化，然后将自己添加到一级缓存中

回到 B ，B 也可以拿到 C 对象，完成初始化，A 可以顺利拿到 B 完成初始化。到这里整个链路就已经完成了初始化过程了

浓缩成一张图：

最后，为什么多例模式不能解决循环依赖呢？
因为多例模式下每次new() Bean都不是一个，如果按照这样存到缓存中，就变成单例了。

文章参考：https://juejin.im/post/5e927e27f265da47c8012ed9
文章转自：https://cloud.tencent.com/developer/article/1520922