Spring 一文彻底搞定循环依赖

Spring 解读循环依赖

一. 前言

Spring是怎么解决循环依赖问题

第一级缓存存放的是完全初始化完成的可以直接使用的对象，
第二级缓存存放的是经过后置处理器处理（即代理过）的对象，
第三级缓存村放的是刚实例化好没有经过后置处理器处理（即没有被代理过）的对象。

二. 什么是循环依赖

首先我们需要明确，什么是循环依赖呢？ 这里举一个简单的例子：

@Service
public class A {
    @Autowired
    private B b;
}
@Service
public class B {
    @Autowired
    private A a;
}

以这个例子来看，我们声明了a、b两个bean，且a中需要注入一个b，b中需要注入一个a

结合bean生命周期的知识，我们来模拟一下这两个bean创建的流程：

如果没有缓存的设计，我们的虚线所示的分支将永远无法到达，导致出现无法解决的循环依赖问题…

三. 三级缓存设计

1. 解决循环依赖问题

现在，假如我们是spring的架构师，我们应该怎么解决这个循环依赖问题呢？

1.1. 流程设计

首先如果要解决这个问题，我们的目标应该是要把之前的级联的无限创建流程切到，也就是说我们的流程要变为如下所示：

也就是说，我们需要在B实例创建后，注入A的时候，能够拿到A的实例，这样才能打破无限创建实例的情况。
而B实例的初始化流程，是在A实例创建之后，在populateBean方法中进行依赖注入时触发的。那么如果我们B实例化过程中，想要拿到A的实例，那么A实例必须在createBeanInstance创建实例后（实例都没有就啥也别说了）、populateBean方法调用之前，就暴露出去，让B能通过getBean获取到！（同学们认真想一下这个流程，在现有的流程下改造，是不是只能够这样操作？自己先想清楚这个流程，再去结合spring源码验证，这一块的知识点你以后想忘都忘不掉）
那么结合我们的思路，我们再修改一下流程图：

1.2. 伪代码实现

流程已经设计好了，那么我们其实也可以出一下这个流程的伪代码（伪代码就不写加锁那些流程了）：

// 正真已经初始化完成的map
private Map<String, Object> singleMap = new ConcurrentHashMap<>(16);
// 缓存的map
private Map<String, Object> cacheMap = new ConcurrentHashMap<>(16);

protected Object getBean(final String beanName) {
    // 先看一下目标bean是否完全初始化完了，完全初始化完直接返回
    Object single = singleMap.get(beanName);
    if (single != null) {
        return single;
    }
    // 再看一下目标bean实例是否已经创建，已经创建直接返回
    single = cacheMap.get(beanName);
    if (single != null) {
        return single;
    }
    // 创建实例
    Object beanInstance = createBeanInstance(beanName);
    // 实例创建之后，放入缓存
    // 因为已经创建实例了，这个时候这个实例的引用暴露出去已经没问题了
    // 之后的属性注入等逻辑还是在这个实例上做的
    cacheMap.put(beanName, beanInstance);
    // 依赖注入，会触发依赖的bean的getBean方法
    populateBean(beanName, beanInstance);
    // 初始化方法调用
    initializeBean(beanName, beanInstance);
    // 从缓存移除，放入实例map
    singleMap.put(beanName, beanInstance);
    cacheMap.remove(beanName)
    
    return beanInstance;
}

可以看到，如果我们自己实现一个缓存结构来解决循环依赖的问题的话，可能只需要两层结构就可以了，但是spring却使用了3级缓存，它有哪些不一样的考量呢？

2. Spring源码

我们已经知道该怎么解决循环依赖问题了，那么现在我们就一起看一下spring源码，看一下我们的分析是否正确。由于之前我们已经详细讲过整个bean的生命周期了，所以这里就只挑三级缓存相关的代码段来讲了，会跳过比较多的代码，同学们如果有点懵，可以温习一下万字长文讲透bean的生命周期。

2.1. Spring的三级缓存设计

2.1.1. 三级缓存源码

首先，在我们的AbstractBeanFactory#doGetBean的逻辑中：

// 初始化是通过getBean触发bean创建的，依赖注入最终也会使用getBean获取依赖的bean的实例
public Object getBean(String name) throws BeansException {
    return doGetBean(name, null, null, false);
}
protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,
                          @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {

    final String beanName = transformedBeanName(name);
    Object bean;

    // 获取bean实例
    Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
    if (sharedInstance != null && args == null) {
        // beanFactory相关，之后再讲
        bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);
    }
    else {
        // 跳过一些代码
        // 创建bean的逻辑
        if (mbd.isSingleton()) {
            sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
                try {
                    return createBean(beanName, mbd, args);
                }
                catch (BeansException ex) {
                    destroySingleton(beanName);
                    throw ex;
                }
            });
            bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
        }
        // 跳过一些代码
    }
    // 跳过一些代码
    // 返回bean实例
    return (T) bean;
}

可以看到，如果我们使用getSingleton(beanName)直接获取到bean实例了，是会直接把bean实例返回的，我们一起看一下这个方法（这个方法属于DefaultSingletonBeanRegistry）：

// 一级缓存，缓存正常的bean实例
/** Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);doCreateBean


// 二级缓存，缓存还未进行依赖注入和初始化方法调用的bean实例
/** Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);

// 三级缓存，缓存bean实例的ObjectFactory
/** Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

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

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    // 先尝试中一级缓存获取
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    // 获取不到，并且当前需要获取的bean正在创建中
    // 第一次容器初始化触发getBean(A)的时候，这个isSingletonCurrentlyInCreation判断一定为false
    // 这个时候就会去走创建bean的流程，创建bean之前会先把这个bean标记为正在创建
    // 然后A实例化之后，依赖注入B，触发B的实例化，B再注入A的时候，会再次触发getBean(A)
    // 此时isSingletonCurrentlyInCreation就会返回true了
    
    // 当前需要获取的bean正在创建中时，代表出现了循环依赖（或者一前一后并发获取这个bean）
    // 这个时候才需要去看二、三级缓存
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
        // 加锁了
        synchronized (this.singletonObjects) {
            // 从二级缓存获取
            singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
            if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
                // 二级缓存也没有，并且允许获取早期引用的话 - allowEarlyReference传进来是true
                ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                // 从三级缓存获取ObjectFactory
                if (singletonFactory != null) {
                    // 通过ObjectFactory获取bean实例
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                    // 放入二级缓存
                    this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                    // 从三级缓存删除
                    // 也就是说对于一个单例bean，ObjectFactory#getObject只会调用到一次
                    // 获取到早期bean实例之后，就把这个bean实例从三级缓存升级到二级缓存了
                    this.singletonFactories.remove(beanName);
                }
            }
        }
    }
    // 不管从哪里获取到的bean实例，都会返回
    return singletonObject;
}

一二级缓存都好理解，其实就可以理解为我们伪代码里面的那两个Map，但是这个三级缓存是怎么回事？ObjectFactory又是个什么东西？我们就先看一下这个ObjectFactory的结构：

@FunctionalInterface
public interface ObjectFactory<T> {
    // 好吧，就是简简单单的一个获取实例的函数接口而已
    T getObject() throws BeansException;
}

我们回到这个三级缓存的结构，二级缓存是是在getSingleton方法中put进去的，这跟我们之前分析的，创建bean实例之后放入，好像不太一样？那我们是不是可以推断一下，其实创建bean实例之后，是放入三级缓存的呢（总之实例创建之后是需要放入缓存的）？我们来跟一下bean实例化的代码，主要看一下上一篇时刻意忽略掉的地方：

// 代码做了很多删减，只把主要的逻辑放出来的
protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
    throws BeanCreationException {

    // 创建bean实例
    BeanWrapper instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
    final Object bean = instanceWrapper.getWrappedInstance();
    // beanPostProcessor埋点调用
    applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(mbd, beanType, beanName);
    
    // 重点是这里了，如果是单例bean&&允许循环依赖&&当前bean正在创建
    boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                                      isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
    if (earlySingletonExposure) {
        // 加入三级缓存
        addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
    }

    Object exposedObject = bean;
    try {
        // 依赖注入
        populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
        // 初始化方法调用
        exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
    }
    catch (Throwable ex) {
        throw new BeanCreationException(...); 
    }

    if (earlySingletonExposure) {
        // 第二个参数传false是不会从三级缓存中取值的
        Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
        if (earlySingletonReference != null) {
            // 如果发现二级缓存中有值了 - 说明出现了循环依赖
            if (exposedObject == bean) {
                // 并且initializeBean没有改变bean的引用
                // 则把二级缓存中的bean实例返回出去
                exposedObject = earlySingletonReference;
            }
        }
    }
    
    try {
        // 注册销毁逻辑
        registerDisposableBeanIfNecessary(beanName, bean, mbd);
    }
    catch (BeanDefinitionValidationException ex) {
        throw new BeanCreationException(...);
    }

    return exposedObject;
}

可以看到，初始化一个bean是，创建bean实例之后，如果这个bean是单例bean&&允许循环依赖&&当前bean正在创建，那么将会调用addSingletonFactory加入三级缓存：

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    synchronized (this.singletonObjects) {
        if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
            // 加入三级缓存
            this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
            this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
            this.registeredSingletons.add(beanName);
        }
    }
}

也就是说我们伪代码中的这一段有了：

// 创建实例
Object beanInstance = createBeanInstance(beanName);
// 实例创建之后，放入缓存
// 因为已经创建实例了，这个时候这个实例的引用暴露出去已经没问题了
// 之后的属性注入等逻辑还是在这个实例上做的
cacheMap.put(beanName, beanInstance);

那么接下来，完全实例化完成的bean又是什么时候塞入我们的实例Map（一级缓存）singletonObjects的呢？这个时候我们就要回到调用createBean方法的这一块的逻辑了：

if (mbd.isSingleton()) {
    // 我们回到这个位置
    sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
        try {
            return createBean(beanName, mbd, args);
        }
        catch (BeansException ex) {
            destroySingleton(beanName);
            throw ex;
        }
    });
    bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
}

可以看到，我们的createBean创建逻辑是通过一个lamdba语法传入getSingleton方法了，我们进入这个方法看一下：

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    synchronized (this.singletonObjects) {
        Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
        if (singletonObject == null) {
            // 一级缓存拿不到
            // 注意一下这个方法，这里会标记这个bean正在创建
            beforeSingletonCreation(beanName);
            boolean newSingleton = false;
            try {
                // 调用外部传入的lamdba，即createBean逻辑
                // 获取到完全实例化好的bean
                // 需要注意的是，这个时候这个bean的实例已经在二级缓存或者三级缓存中了
                // 三级缓存：bean实例创建后放入的，如果没有循环依赖/并发获取这个bean，那会一直在三级缓存中
                // 二级缓存：如果出现循环依赖，第二次进入getBean->getSingleton的时候，会从三级缓存升级到二级缓存
                singletonObject = singletonFactory.getObject();
                // 标记一下
                newSingleton = true;
            }
            catch (IllegalStateException ex) {
                singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
                if (singletonObject == null) {
                    throw ex;
                }
            }
            catch (BeanCreationException ex) {
                throw ex;
            }
            finally {
                // 这里是从正在创建的列表移除，到这里这个bean要么已经完全初始化完成了
                // 要么就是初始化失败，都需要移除的
                afterSingletonCreation(beanName);
            }
            if (newSingleton) {
                // 如果是新初始化了一个单例bean，加入一级缓存
                addSingleton(beanName, singletonObject);
            }
        }
        return singletonObject;
    }
}

加入实例Map（一级缓存）singletonObjects的逻辑明显就是在这个addSingleton中了：

protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
    synchronized (this.singletonObjects) {
        // 这个逻辑应该一点也不意外吧
        // 放入一级缓存，从二、三级缓存删除，这里就用判断当前bean具体是在哪个缓存了
        // 反正都要删的
        this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
        this.singletonFactories.remove(beanName);
        this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
        this.registeredSingletons.add(beanName);
    }
}

也就是说，我们伪代码的这一块在spring里面也有对应的体现，完美：

// 初始化方法调用
initializeBean(beanName, beanInstance);
// 从缓存移除，放入实例map
singleMap.put(beanName, beanInstance);
cacheMap.remove(beanName)

就这样，spring通过缓存设计解决了循环依赖的问题。

2.1.2. 三级缓存解决循环依赖流程图

什么，看完代码之后还是有点模糊？那么把我们的流程图再改一下，按照spring的流程来：

2.1.3. 三级缓存解决循环依赖伪代码

看完图还觉得不清晰的话，我们把所有spring中三级缓存相关的代码汇总到一起，用伪代码的方式，拍平成一个方法，大家应该感觉会更清晰了：

// 一级缓存
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);
// 二级缓存
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);
// 三级缓存
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

protected Object getBean(final String beanName) {
    // !以下为getSingleton逻辑！
    // 先从一级缓存获取
    Object single = singletonObjects.get(beanName);
    if (single != null) {
        return single;
    }
    // 再从二级缓存获取
    single = earlySingletonObjects.get(beanName);
    if (single != null) {
        return single;
    }
    // 从三级缓存获取objectFactory
    ObjectFactory<?> objectFactory = singletonFactories.get(beanName);
    if (objectFactory != null) {
        single = objectFactory.get();
        // 升到二级缓存
        earlySingletonObjects.put(beanName, single);
        singletonFactories.remove(beanName);
        return single;
    }
    // !以上为getSingleton逻辑！
    
    // ！以下为doCreateBean逻辑
    // 缓存完全拿不到，需要创建
    // 创建实例
    Object beanInstance = createBeanInstance(beanName);
    // 实例创建之后，放入三级缓存
    singletonFactories.put(beanName, () -> return beanInstance);
    // 依赖注入，会触发依赖的bean的getBean方法
    populateBean(beanName, beanInstance);
    // 初始化方法调用
    initializeBean(beanName, beanInstance);
    
    // 依赖注入完之后，如果二级缓存有值，说明出现了循环依赖
    // 这个时候直接取二级缓存中的bean实例
    Object earlySingletonReference = earlySingletonObjects.get(beanName);
    if (earlySingletonReference != null) {
        beanInstance = earlySingletonObject;
    }
    // ！以上为doCreateBean逻辑
    
    // 从二三缓存移除，放入一级缓存
    singletonObjects.put(beanName, beanInstance);
    earlySingletonObjects.remove(beanName);
    singletonFactories.remove(beanName);
    
    return beanInstance;
}

把所有逻辑放到一起之后会清晰很多，同学们只需要自行模拟一遍，再populateBean中再次调用getBean逻辑进行依赖注入，应该就能捋清楚了。

2.1.4. 标记当前bean正在创建

在我们刚刚看到的将bean实例封装成ObjectFactory并放入三级缓存的流程中，有一个判断是当前bean是正在创建，这个状态又是怎么判断的呢：

// 重点是这里了，如果是单例bean&&允许循环依赖&&当前bean正在创建
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                                  isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
    // 加入三级缓存
    addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}

我们看一下这个isSingletonCurrentlyInCreation的逻辑：

private final Set<String> singletonsCurrentlyInCreation =
    Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(16));
public boolean isSingletonCurrentlyInCreation(String beanName) {
    return this.singletonsCurrentlyInCreation.contains(beanName);
}

可以看到额，其实就是判断当前beanName是不是在这个singletonsCurrentlyInCreation容器中，那么这个容器中的值又是什么时候操作的呢？
希望同学们还记得getSingleton(beanName, singletonFactory)中有调用的beforeSingletonCreation和afterSingletonCreation：

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    synchronized (this.singletonObjects) {
        Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
        if (singletonObject == null) {
            // 一级缓存拿不到
            // 注意一下这个方法，这里会标记这个bean正在创建
            beforeSingletonCreation(beanName);
            boolean newSingleton = false;
            try {
                // 调用外部传入的lamdba，即createBean逻辑
                singletonObject = singletonFactory.getObject();
                // 标记一下
                newSingleton = true;
            }
            catch (BeanCreationException ex) {
                throw ex;
            }
            finally {
                // 这里是从正在创建的列表移除，到这里这个bean要么已经完全初始化完成了
                // 要么就是初始化失败，都需要移除的
                afterSingletonCreation(beanName);
            }
            if (newSingleton) {
                // 如果是新初始化了一个单例bean，加入一级缓存
                addSingleton(beanName, singletonObject);
            }
        }
        return singletonObject;
    }
}

我们现在来看一下这两个方法的逻辑：

protected void beforeSingletonCreation(String beanName) {
    // 加入singletonsCurrentlyInCreation，由于singletonsCurrentlyInCreation是一个set
    // 如果加入失败的话，说明在创建两次这个bean
    // 这个时候会抛出循环依赖异常
    if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName)) {
        throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
    }
}

protected void afterSingletonCreation(String beanName) {
    // 从singletonsCurrentlyInCreation中删除
    if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.remove(beanName)) {
        throw new IllegalStateException("Singleton '" + beanName + "' isn't currently in creation");
    }
}

可以看到，我们这两个方法主要就是对singletonsCurrentlyInCreation容器进行操作的，inCreationCheckExclusions这个容器可以不用管它，这名称一看就是一些白名单之类的配置。
这里需要主要的是beforeSingletonCreation中，如果singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName)失败的话，是会抛出BeanCurrentlyInCreationException的，这代表spring遇到了无法解决的循环依赖问题，此时会抛出异常中断初始化流程，毕竟单例的bean不允许被创建两次。

2.2. 为什么要设计为三级结构？

2.2.1. 只做两级缓存会有什么问题？

其实到这里，我们已经清楚，三级缓存的设计已经成功的解决了循环依赖的问题。可是按我们自己的设计思路，明明只需要两级缓存就可以解决，spring却使用了三级缓存，难道是为了炫技么？这个时候，就需要我们再细致的看一下bean初始化过程了：

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
    throws BeanCreationException {
    // ...
    if (earlySingletonExposure) {
        // 放入三级缓存
        addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
    }
    Object exposedObject = bean;
    try {
        populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
        // 这里这个引用被替换了
        exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
    }
    // ...
    return exposedObject;
}

仔细观察，initializeBean方法是可能返回一个新的对象，从而把createBeanInstance创建的bean实例替换掉的：

protected Object initializeBean(final String beanName, final Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd) {
    // 调用aware接口
    invokeAwareMethods(beanName, bean);
    Object wrappedBean = bean;
    if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
        // 埋点
        wrappedBean = applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(wrappedBean, beanName);
    }

    try {
        // 初始化方法
        invokeInitMethods(beanName, wrappedBean, mbd);
    }
    catch (Throwable ex) {
        throw new BeanCreationException(...);
    }
    if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
        // 埋点
        wrappedBean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(wrappedBean, beanName);
    }

    return wrappedBean;
}

可以看到，我们的postProcessBeforeInitialization和postProcessAfterInitialization的埋点方法都是有可能把我们的bean替换掉的。那么结合整个流程来看，由于我们放入缓存之后，initializeBean方法中可能存在替换bean的情况，如果只有两级缓存的话：

这会导致B中注入的A实例与singletonObjects中保存的AA实例不一致，而之后其他的实例注入a时，却会拿到singletonObjects中的AA实例，这样肯定是不符合预期的。

2.2.2. 三级缓存是如何解决问题的

那么这个问题应该怎么解决呢？这个时候我们就要回到添加三级缓存的地方看一下了。addSingletonFactory的第二个参数就是一个ObjectFactory，并且这个ObjectFactory最终将会放入三级缓存，现在我们再回头看调用addSingletonFactory的地方：

 // 加入三级缓存
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));

熟悉lamdba语法的同学都知道，getEarlyBeanReference其实就是放入三级缓存中的ObjectFactory的getObject方法的逻辑了，那我们一起来看一下，这个方法是做了什么：

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;
                // 调用了beanPostProcessor的一个埋点方法
                exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
            }
        }
    }
    // 返回的是埋点替换的bean
    return exposedObject;
}

咦，这里也有个埋点，可以替换掉bean的引用。原来为了解决initializeBean可能替换bean引用的问题，spring就设计了这个三级缓存，他在第三级里保存了一个ObjectFactory，其实具体就是getEarlyBeanReference的调用，其中提供了一个getEarlyBeanReference的埋点方法，通过这个埋点方法，它允许开发人员把需要替换的bean，提早替换出来。比如说如果在initializeBean方法中希望把A换成AA（这个逻辑肯定是通过某个beanPostProcessor来做的），那么你这个beanPostProcessor可以同时提供getEarlyBeanReference方法，在出现循环依赖的时候，可以提前把A->AA这个逻辑做了，并且initializeBean方法不再做这个A->AA的逻辑，并且，当我们的循环依赖逻辑走完，A创建->注入B->触发B初始化->注入A->执行缓存逻辑获取AA实例并放入二级缓存->B初始化完成->回到A的初始化逻辑时，通过以下代码：

protected Object doCreateBean(...) {
    populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
    Object exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);

    if (earlySingletonExposure) {
        Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
        if (earlySingletonReference != null) {
            if (exposedObject == bean) {
                // 如果二级缓存存在，直接使用二级缓存
                exposedObject = earlySingletonReference;
            }
        }
    }
    return exposedObject;
}

这样就能保证当前bean中注入的AA和singletonObjects中的AA实例是同一个对象了。将会把二级缓存中的AA直接返回，这是就能保证B中注入的AA实例与spring管理起来的最终的AA实例是同一个了。整个流程梳理一下就是这样：

2.2.3. 三级缓存的实际应用

既然设计了这个三级缓存，那么肯定是有实际需求的，我们上面分析了一大堆，现在正好举一个例子看一下，为什么spring需要三级缓存。我们都知道，Spring的AOP功能，是通过生成动态代理类来实现的，而最后我们使用的也都是代理类实例而不是原始类实例。而AOP代理类的创建，就是在initializeBean方法的postProcessAfterInitialization埋点中，我们直接看一下getEarlyBeanReference和postProcessAfterInitialization这两个埋点吧（具体类是AbstractAutoProxyCreator，之后讲AOP的时候会细讲）：

public abstract class AbstractAutoProxyCreator extends ProxyProcessorSupport
    implements SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor, BeanFactoryAware {
    
    private final Map<Object, Object> earlyProxyReferences = new ConcurrentHashMap<>(16);
    // 如果出现循环依赖，getEarlyBeanReference会先被调用到
    public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
        Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
        // 这个时候把当前类放入earlyProxyReferences
        this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
        // 直接返回了一个代理实例
        return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
    }
    
    public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) {
        if (bean != null) {
            Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
            // 注意这个判断，如果出现了循环依赖，这个if块是进不去的
            if (this.earlyProxyReferences.remove(cacheKey) != bean) {
                // 如果没有出现循环依赖，会在这里创建代理类
                return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
            }
        }
        return bean;
    }
}

就这样，Spring巧妙的使用三级缓存来解决了这个不同实例的问题。当然，如果我们需要自己开发类似代理之类的可能改变bean引用的功能时，也需要遵循getEarlyBeanReference方法的埋点逻辑，学习AbstractAutoProxyCreator中的方式，才能让spring按照我们的预期来工作

四、三级缓存无法解决的问题

1. 构造器循环依赖刚刚讲了很多三级缓存的实现，以及它是怎么解决循环依赖的问题的。但是，是不是使用了三级缓存，就能解决所有的循环依赖问题呢？当然不是的，有一个特殊的循环依赖，由于java语言特性的原因，是永远无法解决的，那就是构造器循环依赖。
2. 比如以下两个类：

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

抛开Spring来讲，同学们你们有办法让这两个类实例化成功么？该不会有同学说，这有何难看我的：

// 你看，这样不行么~
final A a = new A(new B(a));

不好意思，这个真的不行，不信可以去试试。从语法上来讲，java的语言特性决定了不允许使用未初始化完成的变量。我们只能无限套娃：

// 这样明显就没有解决问题，是个无限套娃的死循环
final A a = new A(new B(new A(new B(new A(new B(...))))));

复制代码所以，连我们都无法解决的问题，就不应该强求spring来解决了吧~

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

启动之后，果然报错了：

Error creating bean with name 'a': Requested bean is currently in creation: Is there an unresolvable circular reference?

2. Spring真的对构造器循环依赖束手无策么？
   难道，spring对于这种循环依赖真的束手无策了么？其实不是的，spring还有@Lazy这个大杀器…只需要我们对刚刚那两个类小小的改造一下：

@Service
public class A {
    private final B b;
    public A(final B b) {
        this.b = b;
    }
    public void prt() {
        System.out.println("in a prt");
    }
}
@Service
public class B {
    private final A a;
    public B(@Lazy final A a) {
        this.a = a;
    }
    public void prt() {
        a.prt();
    }
}
// 启动
@Test
public void test() {
    applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");
    B bean = applicationContext.getBean(B.class);
    bean.prt();
}

都说了成功了，运行结果同学们也能猜到了吧：

in a prt

3. @Lazy原理这个时候我们必须要想一下，spring是怎么通过 @Lazy来绕过我们刚刚解决不了的无限套娃问题了。因为这里涉及到之前没有细讲的参数注入时候的参数解析问题，我这边就不带大家从入口处一步一步深入了，这边直接空降到目标代码DefaultListableBeanFactory#resolveDependency：

public Object resolveDependency(DependencyDescriptor descriptor, @Nullable String requestingBeanName,
                                @Nullable Set<String> autowiredBeanNames, @Nullable TypeConverter typeConverter) throws BeansException {
    // 跳过...
    // 这个地方是我们获取依赖的地方
    // 尝试获取一个懒加载代理
    Object result = getAutowireCandidateResolver().getLazyResolutionProxyIfNecessary(
        descriptor, requestingBeanName);
    if (result == null) {
        // 如果没获取到懒加载代理，就直接去获取bean实例了，这里最终会调用getBean
        result = doResolveDependency(descriptor, requestingBeanName, autowiredBeanNames, typeConverter);
    }
    return result;
}

我们直接看一下这个getLazyResolutionProxyIfNecessary，这个方法就是获取LazyProxy的地方了：

public class ContextAnnotationAutowireCandidateResolver extends QualifierAnnotationAutowireCandidateResolver {

    @Override
    @Nullable
    public Object getLazyResolutionProxyIfNecessary(DependencyDescriptor descriptor, @Nullable String beanName) {
        // 如果是懒加载的，就构建一个懒加载的代理
        return (isLazy(descriptor) ? buildLazyResolutionProxy(descriptor, beanName) : null);
    }
    // 判断是否是懒加载的，主要就是判断@Lazy注解，简单看下就好了
    protected boolean isLazy(DependencyDescriptor descriptor) {
        for (Annotation ann : descriptor.getAnnotations()) {
            Lazy lazy = AnnotationUtils.getAnnotation(ann, Lazy.class);
            if (lazy != null && lazy.value()) {
                return true;
            }
        }
        MethodParameter methodParam = descriptor.getMethodParameter();
        if (methodParam != null) {
            Method method = methodParam.getMethod();
            if (method == null || void.class == method.getReturnType()) {
                Lazy lazy = AnnotationUtils.getAnnotation(methodParam.getAnnotatedElement(), Lazy.class);
                if (lazy != null && lazy.value()) {
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

    protected Object buildLazyResolutionProxy(final DependencyDescriptor descriptor, final @Nullable String beanName) {
        final DefaultListableBeanFactory beanFactory = (DefaultListableBeanFactory) getBeanFactory();
        // 构造了一个TargetSource
        TargetSource ts = new TargetSource() {
            @Override
            public Class<?> getTargetClass() {
                return descriptor.getDependencyType();
            }
            @Override
            public boolean isStatic() {
                return false;
            }
            @Override
            public Object getTarget() {
                // 再对应的getTarget方法里，才会去正真加载依赖，进而调用getBean方法
                Object target = beanFactory.doResolveDependency(descriptor, beanName, null, null);
                if (target == null) {
                    Class<?> type = getTargetClass();
                    if (Map.class == type) {
                        return Collections.emptyMap();
                    }
                    else if (List.class == type) {
                        return Collections.emptyList();
                    }
                    else if (Set.class == type || Collection.class == type) {
                        return Collections.emptySet();
                    }
                    throw new NoSuchBeanDefinitionException(...);
                }
                return target;
            }
            @Override
            public void releaseTarget(Object target) {
            }
        };
        // 创建代理工厂ProxyFactory
        ProxyFactory pf = new ProxyFactory();
        pf.setTargetSource(ts);
        Class<?> dependencyType = descriptor.getDependencyType();
        if (dependencyType.isInterface()) {
            pf.addInterface(dependencyType);
        }
        // 创建返回代理类
        return pf.getProxy(beanFactory.getBeanClassLoader());
    }
}

同学们可能对TargetSource和ProxyFactory这些不熟悉，没关系，这不妨碍我们理解逻辑。从源码我们可以看到，对于@Lazy的依赖，我们其实是返回了一个代理类（以下称为LazyProxy）而不是正真通过getBean拿到目标bean注入。而真正的获取bean的逻辑，被封装到了一个TargetSource类的getTarget方法中，而这个TargetSource类最终被用来生成LazyProxy了，那么我们是不是可以推测，LazyProxy应该持有这个TargetSource对象。而从我们懒加载的语意来讲，是说真正使用到这个bean（调用这个bean的某个方法时）的时候，才对这个属性进行注入/初始化。那么对于当前这个例子来讲，就是说其实B创建的时候，并没有去调用getBean(“a”)去获取构造器的参数，而是直接生成了一个LazyProxy来做B构造器的参数，而B之后正真调用到A的方法时，才会去调用TargetSource中的getTarget获取A实例，即调用getBean(“a”)，这个时候A早就实例化好了，所以也就不会有循环依赖问题了。

4. 伪代码
   描述还是同样，我们可以用伪代码来描述一下这个流程，伪代码我们就直接用静态代理来描述了：

public class A {
    private final B b;
    public A(final B b) {
        this.b = b;
    }
    public void prt() {
        System.out.println("in a prt");
    }
}

public class B {
    private final A a;
    public B(final A a) {
        this.a = a;
    }
    public void prt() {
        a.prt();
    }
}
// A的懒加载代理类
public class LazyProxyA extends A {
    private A source;
    private final Map<String, Object> ioc;
    private final String beanName;
    public LazyProxyA(Map<String, Object> ioc, String beanName) {
        super(null);
        this.ioc = ioc;
        this.beanName = beanName;
    }
    @Override
    public void prt() {
        if (source == null) {
            source = (A) ioc.get(beanName);
        }
        source.prt();
    }
}

那么整个初始化的流程简单来描述就是

Map<String, Object> ioc = new HashMap<>();
void init() {
    B b = new B(new LazyProxyA(ioc, "a"));
    ioc.put("b", b);
    A a = new A((B)ioc.get("b"));
    ioc.put("a", a);
}

我们也模拟一下运行：

void test() {
    // 容器初始化
    init();
    B b = (B)ioc.get("b");
    b.prt();
}

当然是能成功打印的：

in a prt

六、总结关于循环依赖的问题，Spring提供了通过设计缓存的方式来解决的，而设计为三级缓存，主要是为了解决bean初始化过程中，实例被放入缓存之后，实例的引用还可能在调用initializeBean方法时被替换的问题。对于构造器的循环依赖，三级缓存设计是无法解决的，这属于java语言的约束；但是spring提供了一种使用@Lazy的方式，绕过这个限制，使得构造器的循环依赖在特定情况下（循环链中的某个注入打上@Lazy注解）也能解决。