Spring 如何解决循环依赖的问题

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There are plenty of things in life that you don't want to do but you have to,this is responsibility.For the things that you want to do but you can't,this is fate.

生命中有许多你不想做却不能不做的事，这就是责任；生命中有许多你想做却不能做的事，这就是命运。

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程序员小乐(ID:study_tech)第 703 次推文   图片来自网络

往日回顾：我很神秘的采访了一位 Pornhub 工程师，聊了这些纯纯的话题

   正文   

在关于Spring的面试中，我们经常会被问到一个问题，就是Spring是如何解决循环依赖的问题的。这个问题算是关于Spring的一个高频面试题，因为如果不刻意研读，相信即使读过源码，面试者也不一定能够一下子思考出个中奥秘。本文主要针对这个问题，从源码的角度对其实现原理进行讲解。

1. 过程演示

关于Spring bean的创建，其本质上还是一个对象的创建，既然是对象，读者朋友一定要明白一点就是，一个完整的对象包含两部分：当前对象实例化和对象属性的实例化。在Spring中，对象的实例化是通过反射实现的，而对象的属性则是在对象实例化之后通过一定的方式设置的。这个过程可以按照如下方式进行理解：

理解这一个点之后，对于循环依赖的理解就已经帮助一大步了，我们这里以两个类A和B为例进行讲解，如下是A和B的声明：

@Component
public class A {

  private B b;

  public void setB(B b) {
    this.b = b;
  }
}

@Component
public class B {

  private A a;

  public void setA(A a) {
    this.a = a;
  }
}

可以看到，这里A和B中各自都以对方为自己的全局属性。这里首先需要说明的一点是，Spring实例化bean是通过ApplicationContext.getBean()方法来进行的。如果要获取的对象依赖了另一个对象，那么其首先会创建当前对象，然后通过递归的调用ApplicationContext.getBean()方法来获取所依赖的对象，最后将获取到的对象注入到当前对象中。这里我们以上面的首先初始化A对象实例为例进行讲解。首先Spring尝试通过ApplicationContext.getBean()方法获取A对象的实例，由于Spring容器中还没有A对象实例，因而其会创建一个A对象，然后发现其依赖了B对象，因而会尝试递归的通过ApplicationContext.getBean()方法获取B对象的实例，但是Spring容器中此时也没有B对象的实例，因而其还是会先创建一个B对象的实例。读者需要注意这个时间点，此时A对象和B对象都已经创建了，并且保存在Spring容器中了，只不过A对象的属性b和B对象的属性a都还没有设置进去。在前面Spring创建B对象之后，Spring发现B对象依赖了属性A，因而此时还是会尝试递归的调用ApplicationContext.getBean()方法获取A对象的实例，因为Spring中已经有一个A对象的实例，虽然只是半成品（其属性b还未初始化），但其也还是目标bean，因而会将该A对象的实例返回。此时，B对象的属性a就设置进去了，然后还是ApplicationContext.getBean()方法递归的返回，也就是将B对象的实例返回，此时就会将该实例设置到A对象的属性b中。这个时候，注意A对象的属性b和B对象的属性a都已经设置了目标对象的实例了。读者朋友可能会比较疑惑的是，前面在为对象B设置属性a的时候，这个A类型属性还是个半成品。但是需要注意的是，这个A是一个引用，其本质上还是最开始就实例化的A对象。而在上面这个递归过程的最后，Spring将获取到的B对象实例设置到了A对象的属性b中了，这里的A对象其实和前面设置到实例B中的半成品A对象是同一个对象，其引用地址是同一个，这里为A对象的b属性设置了值，其实也就是为那个半成品的a属性设置了值。下面我们通过一个流程图来对这个过程进行讲解：

图中getBean()表示调用Spring的ApplicationContext.getBean()方法，而该方法中的参数，则表示我们要尝试获取的目标对象。图中的黑色箭头表示一开始的方法调用走向，走到最后，返回了Spring中缓存的A对象之后，表示递归调用返回了，此时使用绿色的箭头表示。从图中我们可以很清楚的看到，B对象的a属性是在第三步中注入的半成品A对象，而A对象的b属性是在第二步中注入的成品B对象，此时半成品的A对象也就变成了成品的A对象，因为其属性已经设置完成了。

2. 源码讲解

对于Spring处理循环依赖问题的方式，我们这里通过上面的流程图其实很容易就可以理解，需要注意的一个点就是，Spring是如何标记开始生成的A对象是一个半成品，并且是如何保存A对象的。这里的标记工作Spring是使用ApplicationContext的属性Set<String> singletonsCurrentlyInCreation来保存的，而半成品的A对象则是通过Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories来保存的，这里的ObjectFactory是一个工厂对象，可通过调用其getObject()方法来获取目标对象。在AbstractBeanFactory.doGetBean()方法中获取对象的方法如下：

protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,
    @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
  // 尝试通过bean名称获取目标bean对象，比如这里的A对象
  Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
  
  // 我们这里的目标对象都是单例的
  if (mbd.isSingleton()) {
    // 这里就尝试创建目标对象，第二个参数传的就是一个ObjectFactory类型的对象，这里是使用Java8的lamada
    // 表达式书写的，只要上面的getSingleton()方法返回值为空，则会调用这里的getSingleton()方法来创建
    // 目标对象
    sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
      try {
        // 尝试创建目标对象
        return createBean(beanName, mbd, args);
      } catch (BeansException ex) {
        throw ex;
      }
    });
  }
  return (T) bean;
}

这里的doGetBean()方法是非常关键的一个方法（中间省略了其他代码），上面也主要有两个步骤，第一个步骤的getSingleton()方法的作用是尝试从缓存中获取目标对象，如果没有获取到，则尝试获取半成品的目标对象；如果第一个步骤没有获取到目标对象的实例，那么就进入第二个步骤，第二个步骤的getSingleton()方法的作用是尝试创建目标对象，并且为该对象注入其所依赖的属性。

这里其实就是主干逻辑，我们前面图中已经标明，在整个过程中会调用三次doGetBean()方法，第一次调用的时候会尝试获取A对象实例，此时走的是第一个getSingleton()方法，由于没有已经创建的A对象的成品或半成品，因而这里得到的是null，然后就会调用第二个getSingleton()方法，创建A对象的实例，然后递归的调用doGetBean()方法，尝试获取B对象的实例以注入到A对象中，此时由于Spring容器中也没有B对象的成品或半成品，因而还是会走到第二个getSingleton()方法，在该方法中创建B对象的实例，创建完成之后，尝试获取其所依赖的A的实例作为其属性，因而还是会递归的调用doGetBean()方法，此时需要注意的是，在前面由于已经有了一个半成品的A对象的实例，因而这个时候，再尝试获取A对象的实例的时候，会走第一个getSingleton()方法，在该方法中会得到一个半成品的A对象的实例。然后将该实例返回，并且将其注入到B对象的属性a中，此时B对象实例化完成。然后将实例化完成的B对象递归的返回，此时就会将该实例注入到A对象中，这样就得到了一个成品的A对象。我们这里可以阅读上面的第一个getSingleton()方法：

@Nullable
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
  // 尝试从缓存中获取成品的目标对象，如果存在，则直接返回
  Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
  // 如果缓存中不存在目标对象，则判断当前对象是否已经处于创建过程中，在前面的讲解中，第一次尝试获取A对象
  // 的实例之后，就会将A对象标记为正在创建中，因而最后再尝试获取A对象的时候，这里的if判断就会为true
  if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
    synchronized (this.singletonObjects) {
      singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
      if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
        // 这里的singletonFactories是一个Map，其key是bean的名称，而值是一个ObjectFactory类型的
        // 对象，这里对于A和B而言，调用图其getObject()方法返回的就是A和B对象的实例，无论是否是半成品
        ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
        if (singletonFactory != null) {
          // 获取目标对象的实例
          singletonObject = singletonFactory.getObject();
          this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
          this.singletonFactories.remove(beanName);
        }
      }
    }
  }
  return singletonObject;
}

这里我们会存在一个问题就是A的半成品实例是如何实例化的，然后是如何将其封装为一个ObjectFactory类型的对象，并且将其放到上面的singletonFactories属性中的。这主要是在前面的第二个getSingleton()方法中，其最终会通过其传入的第二个参数，从而调用createBean()方法，该方法的最终调用是委托给了另一个doCreateBean()方法进行的，这里面有如下一段代码：

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
  throws BeanCreationException {

  // 实例化当前尝试获取的bean对象，比如A对象和B对象都是在这里实例化的
  BeanWrapper instanceWrapper = null;
  if (mbd.isSingleton()) {
    instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
  }
  if (instanceWrapper == null) {
    instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
  }
  
  // 判断Spring是否配置了支持提前暴露目标bean，也就是是否支持提前暴露半成品的bean
  boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences
    && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
  if (earlySingletonExposure) {
    // 如果支持，这里就会将当前生成的半成品的bean放到singletonFactories中，这个singletonFactories
    // 就是前面第一个getSingleton()方法中所使用到的singletonFactories属性，也就是说，这里就是
    // 封装半成品的bean的地方。而这里的getEarlyBeanReference()本质上是直接将放入的第三个参数，也就是
    // 目标bean直接返回
    addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
  }

  try {
    // 在初始化实例之后，这里就是判断当前bean是否依赖了其他的bean，如果依赖了，
    // 就会递归的调用getBean()方法尝试获取目标bean
    populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
  } catch (Throwable ex) {
    // 省略...
  }
  
  return exposedObject;
}

到这里，Spring整个解决循环依赖问题的实现思路已经比较清楚了。对于整体过程，读者朋友只要理解两点：

• Spring是通过递归的方式获取目标bean及其所依赖的bean的；

• Spring实例化一个bean的时候，是分两步进行的，首先实例化目标bean，然后为其注入属性。

结合这两点，也就是说，Spring在实例化一个bean的时候，是首先递归的实例化其所依赖的所有bean，直到某个bean没有依赖其他bean，此时就会将该实例返回，然后反递归的将获取到的bean设置为各个上层bean的属性的。

3. 小结

本文首先通过图文的方式对Spring是如何解决循环依赖的问题进行了讲解，然后从源码的角度详细讲解了Spring是如何实现各个bean的装配工作的。

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