Spring三级缓存思想解决循环依赖总结分析
作者：jacheut
三级缓存思想
Spring 解决循环依赖的核心就是提前暴露对象，而提前暴露的对象就是放置于第二级缓存中。下表是三级缓存的说明：
所有被 Spring 管理的 Bean，最终都会存放在 singletonObjects 中，这里面存放的 Bean 是经历了所有生命周期的（除了销毁的生命周期），完整的，可以给用户使用的。
earlySingletonObjects 存放的是已经被实例化，但是还没有注入属性和执行 init 方法的 Bean。
singletonFactories 存放的是生产 Bean 的工厂。
解决循环依赖
Spring 是如何通过上面介绍的三级缓存来解决循环依赖的呢？这里只用 A，B 形成的循环依赖来举例：
- 实例化 A，此时 A 还未完成属性填充和初始化方法（@PostConstruct）的执行，A 只是一个半成品。
- 为 A 创建一个 Bean 工厂，并放入到 singletonFactories 中。
- 发现 A 需要注入 B 对象，但是一级、二级、三级缓存均为发现对象 B。
- 实例化 B，此时 B 还未完成属性填充和初始化方法（@PostConstruct）的执行，B 只是一个半成品。
- 为 B 创建一个 Bean 工厂，并放入到 singletonFactories 中。
- 发现 B 需要注入 A 对象，此时在一级、二级未发现对象 A，但是在三级缓存中发现了对象 A，从三级缓存中得到对象 A，并将对象 A 放入二级缓存中，同时删除三级缓存中的对象 A。（注意，此时的 A 还是一个半成品，并没有完成属性填充和执行初始化方法）
- 将对象 A 注入到对象 B 中。
- 对象 B 完成属性填充，执行初始化方法，并放入到一级缓存中，同时删除二级缓存中的对象 B。（此时对象 B 已经是一个成品）
- 对象 A 得到对象 B，将对象 B 注入到对象 A 中。（对象 A 得到的是一个完整的对象 B）
- 对象 A 完成属性填充，执行初始化方法，并放入到一级缓存中，同时删除二级缓存中的对象 A。
我们从源码中来分析整个过程：
创建 Bean 的方法在 AbstractAutowireCapableBeanFactory::doCreateBean()
protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, Object[] args) throws BeanCreationException {
BeanWrapper instanceWrapper = null;
if (instanceWrapper == null) {
// ① 实例化对象
instanceWrapper = this.createBeanInstance(beanName, mbd, args);
}
final Object bean = instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedInstance() : null;
Class<?> beanType = instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedClass() : null;
// ② 判断是否允许提前暴露对象，如果允许，则直接添加一个 ObjectFactory 到三级缓存
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
// 添加三级缓存的方法详情在下方
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}
// ③ 填充属性
this.populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
// ④ 执行初始化方法，并创建代理
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
return exposedObject;
}添加三级缓存的方法如下：
protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
synchronized (this.singletonObjects) {
if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) { // 判断一级缓存中不存在此对象
this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory); // 添加至三级缓存
this.earlySingletonObjects.remove(beanName); // 确保二级缓存没有此对象
this.registeredSingletons.add(beanName);
}
}
}
@FunctionalInterface
public interface ObjectFactory<T> {
T getObject() throws BeansException;
}通过这段代码，我们可以知道 Spring 在实例化对象之后，就会为其创建一个 Bean 工厂，并将此工厂加入到三级缓存中。
因此，Spring 一开始提前暴露的并不是实例化的 Bean，而是将 Bean 包装起来的 ObjectFactory。为什么要这么做呢？
这实际上涉及到 AOP，如果创建的 Bean 是有代理的，那么注入的就应该是代理 Bean，而不是原始的 Bean。但是 Spring 一开始并不知道 Bean 是否会有循环依赖，通常情况下（没有循环依赖的情况下），Spring 都会在完成填充属性，并且执行完初始化方法之后再为其创建代理。但是，如果出现了循环依赖的话，Spring 就不得不为其提前创建代理对象，否则注入的就是一个原始对象，而不是代理对象。因此，这里就涉及到应该在哪里提前创建代理对象？
Spring 的做法就是在 ObjectFactory 中去提前创建代理对象。它会执行 getObject() 方法来获取到 Bean。实际上，它真正执行的方法如下：
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;
// 如果需要代理，这里会返回代理对象；否则返回原始对象
exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
}
}
}
return exposedObject;
}因为提前进行了代理，避免对后面重复创建代理对象，会在 earlyProxyReferences 中记录已被代理的对象。
public abstract class AbstractAutoProxyCreator extends ProxyProcessorSupport
implements SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor, BeanFactoryAware {
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
// 记录已被代理的对象
this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}
}通过上面的解析，我们可以知道 Spring 需要三级缓存的目的是为了在没有循环依赖的情况下，延迟代理对象的创建，使 Bean 的创建符合 Spring 的设计原则。
如何获取依赖
通过一个 getSingleton() 方法去获取所需要的 Bean 的。
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
// 一级缓存
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
synchronized (this.singletonObjects) {
// 二级缓存
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
// 三级缓存
ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
if (singletonFactory != null) {
// Bean 工厂中获取 Bean
singletonObject = singletonFactory.getObject();
// 放入到二级缓存中
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
return singletonObject;
}当 Spring 为某个 Bean 填充属性的时候，它首先会寻找需要注入对象的名称，然后依次执行 getSingleton() 方法得到所需注入的对象，而获取对象的过程就是先从一级缓存中获取，一级缓存中没有就从二级缓存中获取，二级缓存中没有就从三级缓存中获取，如果三级缓存中也没有，那么就会去执行 doCreateBean() 方法创建这个 Bean。
二级缓存能够解决循环依赖吗
第三级缓存的目的是为了延迟代理对象的创建，因为如果没有依赖循环的话，那么就不需要为其提前创建代理，可以将它延迟到初始化完成之后再创建。
既然目的只是延迟的话，那么我们是不是可以不延迟创建，而是在实例化完成之后，就为其创建代理对象，这样我们就不需要第三级缓存了。因此，我们可以将addSingletonFactory() 方法进行改造。
protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
synchronized (this.singletonObjects) {
if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) { // 判断一级缓存中不存在此对象
object o = singletonFactory.getObject(); // 直接从工厂中获取 Bean
this.earlySingletonObjects.put(beanName, o); // 添加至二级缓存中
this.registeredSingletons.add(beanName);
}
}
}这样的话，每次实例化完 Bean 之后就直接去创建代理对象，并添加到二级缓存中。测试结果是完全正常的，Spring 的初始化时间应该也是不会有太大的影响，因为如果 Bean 本身不需要代理的话，是直接返回原始 Bean 的，并不需要走复杂的创建代理 Bean 的流程。
测试证明，二级缓存也是可以解决循环依赖的。为什么 Spring 不选择二级缓存，而要额外多添加一层缓存呢？
如果 Spring 选择二级缓存来解决循环依赖的话，那么就意味着所有 Bean 都需要在实例化完成之后就立马为其创建代理，而 Spring 的设计原则是在 Bean 初始化完成之后才为其创建代理。所以，Spring 选择了三级缓存。但是因为循环依赖的出现，导致了 Spring 不得不提前去创建代理，因为如果不提前创建代理对象，那么注入的就是原始对象，这样就会产生错误。
解决循环依赖总结
Spring设计了三级缓存来解决循环依赖问题。
- 第一级缓存里面存储完整的bean实例，这些实例是可以直接被使用的；
- 第二级缓存里面存储的实例化以后但是还没有设置属性值的bean实例，也就是bean里面的依赖注入还没有做；
- 第三级缓存用来存放bean工厂，它主要用来生成原始bean对象，并且放到第二个缓存里面。
三级缓存的核心思想就是把bean的实例化和bean里面的依赖注入进行分离，采用一级缓存存储完整的bean实例，采用二级缓存来储存不完整的bean实例。通过不完整的bean实例作为突破口，解决循环依赖问题。至于第三级缓存，主要是解决代理对象的循环依赖问题。
spring无法解决的循环依赖场景
- 多实例的Setter注入导致的循环依赖，需要把bean改成单例。
- 构造器注入导致的循环依赖，可以通过@Lazy注解。
- DependsOn导致的循环依赖，找到注解循环依赖的地方，使它不循环依赖。
- 单例代理对象Setter注入导致的循环依赖，可以使用 @Lazy注解；或者使用 @DependsOn注解指定加载先后关系。
多例、构造器注入为什么不能解决循环依赖？
因为循环依赖的原理是实例化后提前暴露的引用，这两种情况还没实例化
以上就是Spring三级缓存思想解决循环依赖总结分析的详细内容，更多关于Spring解决循环依赖的资料请关注脚本之家其它相关文章！