spring源码之：循环依赖

《Spring之23：AbstractBeanFactory》

循环依赖就是循环引用，就是两个或多个Bean相互之间的持有对方，比如CircleA引用CircleB，CircleB引用CircleC，CircleC引用CircleA，则它们最终反映为一个环。此处不是循环调用，循环调用是方法之间的环调用。如下图所示：

循环调用是无法解决的，除非有终结条件，否则就是死循环，最终导致内存溢出错误。

循环依赖的产生和解决的前提

循环依赖的产生可能有很多种情况，例如：

• A的构造方法中依赖了B的实例对象，同时B的构造方法中依赖了A的实例对象
• A的构造方法中依赖了B的实例对象，同时B的某个field或者setter需要A的实例对象，以及反之
• A的某个field或者setter依赖了B的实例对象，同时B的某个field或者setter依赖了A的实例对象，以及反之

当然，Spring对于循环依赖的解决不是无条件的，首先前提条件是针对scope单例并且没有显式指明不需要解决循环依赖的对象，而且要求该对象没有被代理过。同时Spring解决循环依赖也不是万能，以上三种情况只能解决两种，第一种在构造方法中相互依赖的情况Spring也无力回天。结论先给在这，下面来看看Spring的解决方法，知道了解决方案就能明白为啥第一种情况无法解决了。

Spring对于循环依赖的解决

Spring循环依赖的理论依据其实是Java基于引用传递，当我们获取到对象的引用时，对象的field或者或属性是可以延后设置的。
Spring单例对象的初始化其实可以分为三步：

• createBeanInstance， 实例化，实际上就是调用对应的构造方法构造对象，此时只是调用了构造方法，spring xml中指定的property并没有进行populate
• populateBean，填充属性，这步对spring xml中指定的property进行populate
• initializeBean，调用spring xml中指定的init方法，或者AfterPropertiesSet方法
  会发生循环依赖的步骤集中在第一步和第二步。

三级缓存

对于单例对象来说，在Spring的整个容器的生命周期内，有且只存在一个对象，很容易想到这个对象应该存在Cache中，Spring大量运用了Cache的手段，在循环依赖问题的解决过程中甚至使用了“三级缓存”。

在DefaultSingletonBeanRegistry使用三级缓存，“三级缓存”主要是指：

// 第一层: 初始化完备的单例bean
/** Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);
// 第二层: 提前曝光的单例对象的Cache 
/** Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);
// 第三层: ObjectFactory工厂bean缓存, 存储实例话后的bean Factory
/** Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

从字面意思来说：singletonObjects指单例对象的cache，singletonFactories指单例对象工厂的cache，earlySingletonObjects指提前曝光的单例对象的cache。以上三个cache构成了三级缓存，Spring就用这三级缓存巧妙的解决了循环依赖问题。

解决方法

回想《Spring之23：AbstractBeanFactory》文章中关于Bean创建的过程getBean()，首先Spring会尝试从缓存中获取单例对象，这个缓存就是指singletonObjects，

缓存中获取单例对象---主要调用的方法是：

    protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
         // 首先从第一层缓存获取
         Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
         // 其次第一层未找到缓存 且 bean处于创建中(例如A定义的构造函数依赖了B对象，得先去创建B对象，或者在populatebean过程中依赖了B对象，得先去创建B对象，此时A处于创建中)
         if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
             synchronized (this.singletonObjects) {
                 singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
                 // 最后第二层未找到缓存 并 允许循环依赖即从工厂类获取对象
                 if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
                     ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                     if (singletonFactory != null) {
                         singletonObject = singletonFactory.getObject();
                         // 此时会将三级缓存 移入 二级缓存
                         this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                         this.singletonFactories.remove(beanName);
                     }
                 }
             }
         }
         return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
     }

首先解释两个参数：

• isSingletonCurrentlyInCreation 判断对应的单例对象是否在创建中，当单例对象没有被初始化完全(例如A定义的构造函数依赖了B对象，得先去创建B对象，或者在populatebean过程中依赖了B对象，得先去创建B对象，此时A处于创建中)
• allowEarlyReference 是否允许从singletonFactories中通过getObject拿到对象

分析getSingleton的整个过程，Spring首先从singletonObjects（一级缓存）中尝试获取，如果获取不到并且对象在创建中，则尝试从earlySingletonObjects(二级缓存)中获取，如果还是获取不到并且允许从singletonFactories通过getObject获取，则通过singletonFactory.getObject()(三级缓存)获取。如果获取到了则

this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);

则移除对应的singletonFactory,将singletonObject放入到earlySingletonObjects，其实就是将三级缓存提升到二级缓存中！

Spring解决循环依赖的诀窍就在于singletonFactories这个cache，这个cache中存的是类型为ObjectFactory，其定义如下：

public interface ObjectFactory<T> {
    T getObject() throws BeansException;}

在bean创建过程中，有两处比较重要的匿名内部类实现了该接口。一处是

new ObjectFactory<Object>() {
   @Override   public Object getObject() throws BeansException {
      try {
         return createBean(beanName, mbd, args);
      }      catch (BeansException ex) {
         destroySingleton(beanName);
         throw ex;
      }   }

在上文已经提到，Spring利用其创建bean（这样做真的很不明确呀...）

另一处就是:

addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
   @Override   public Object getObject() throws BeansException {
      return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
   }});

此处就是解决循环依赖的关键，这段代码发生在createBeanInstance之后，也就是说单例对象此时已经被创建出来的。这个对象已经被生产出来了，虽然还不完美（还没有进行初始化的第二步和第三步），但是已经能被人认出来了（根据对象引用能定位到堆中的对象），所以Spring此时将这个对象提前曝光出来让大家认识，让大家使用。

这样做有什么好处呢？让我们来分析一下“A的某个field或者setter依赖了B的实例对象，同时B的某个field或者setter依赖了A的实例对象”这种循环依赖的情况。A首先完成了初始化的第一步，并且将自己提前曝光到singletonFactories中，此时进行初始化的第二步，发现自己依赖对象B，此时就尝试去get(B)，发现B还没有被create，所以走create流程，B在初始化第一步的时候发现自己依赖了对象A，于是尝试get(A)，尝试一级缓存singletonObjects(肯定没有，因为A还没初始化完全)，尝试二级缓存earlySingletonObjects（也没有），尝试三级缓存singletonFactories，由于A通过ObjectFactory将自己提前曝光了，所以B能够通过ObjectFactory.getObject拿到A对象(虽然A还没有初始化完全，但是总比没有好呀)，B拿到A对象后顺利完成了初始化阶段1、2、3，完全初始化之后将自己放入到一级缓存singletonObjects中。此时返回A中，A此时能拿到B的对象顺利完成自己的初始化阶段2、3，最终A也完成了初始化，长大成人，进去了一级缓存singletonObjects中，而且更加幸运的是，由于B拿到了A的对象引用，所以B现在hold住的A对象也蜕变完美了！一切都是这么神奇！！

知道了这个原理时候，肯定就知道为啥Spring不能解决“A的构造方法中依赖了B的实例对象，同时B的构造方法中依赖了A的实例对象”这类问题了！

Spring通过三级缓存加上“提前曝光”机制，配合Java的对象引用原理，比较完美地解决了某些情况下的循环依赖问题！

 

Spring容器循环依赖包括构造器循环依赖和setter循环依赖，那Spring容器如何解决循环依赖呢？首先让我们来定义三个循环引用类：

CircleA.java

public class CircleA {

    private CircleB circleB;
    public CircleA() {
    }
    public CircleA(CircleB circleB) {
        this.circleB = circleB;
    }
    public void setCircleB(CircleB circleB)
    {
        this.circleB = circleB;
    }
    public void a() {
        circleB.b();
    }

}

CircleB.java

public class CircleB {

    private CircleC circleC;
    public CircleB() {
    }
    public CircleB(CircleC circleC) {
        this.circleC = circleC;
    }
    public void setCircleC(CircleC circleC)
    {
        this.circleC = circleC;
    }
    public void b() {
        circleC.c();
    }

}

CircleC.java

public class CircleC {

    private CircleA circleA;
    public CircleC() {
    }
    public CircleC(CircleA circleA) {
        this.circleA = circleA;
    }
    public void setCircleA(CircleA circleA)
    {
        this.circleA = circleA;
    }
    public void c() {
        circleA.a();
    }

}

1、构造器循环依赖（此依赖是无法解决）

构造器循环依赖：表示通过构造器注入构成的循环依赖，此依赖是无法解决的，只能抛出BeanCurrentlyInCreationException异常表示循环依赖。

如在创建CircleA类时，构造器需要CircleB类，那将去创建CircleB，在创建CircleB类时又发现需要CircleC类，则又去创建CircleC，最终在创建CircleC时发现又需要CircleA；从而形成一个环，没办法创建。

Spring容器将每一个正在创建的Bean 标识符放在一个“当前创建Bean池”中，Bean标识符在创建过程中将一直保持在这个池中，因此如果在创建Bean过程中发现自己已经在“当前创建Bean池”里时将抛出BeanCurrentlyInCreationException异常表示循环依赖；而对于创建完毕的Bean将从“当前创建Bean池”中清除掉。

circleInjectByConstructor.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans 
       http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">

    <bean id="circleA" class="com.spring.framework.carl.ioc.CircleA">
        <constructor-arg index="0" ref="circleB" />
    </bean>

    <bean id="circleB" class="com.spring.framework.carl.ioc.CircleB">
        <constructor-arg index="0" ref="circleC" />
    </bean>

    <bean id="circleC" class="com.spring.framework.carl.ioc.CircleC">
        <constructor-arg index="0" ref="circleA" />
    </bean>

</beans>

测试方法：

@Test(expected = BeanCurrentlyInCreationException.class)
public void testCircleByConstructor() throws Throwable {
    try{
        new ClassPathXmlApplicationContext("circleInjectByConstructor.xml");
    } catch (Exception e){
        // 因为要在创建circle3时抛出；
        Throwable e1 = e.getCause().getCause().getCause();
        throw e1;
    }
}

让我们分析一下吧：

1. Spring容器创建“circleA” Bean，首先去“当前创建Bean池”查找是否当前Bean正在创建，如果没发现，则继续准备其需要的构造器参数“circleB”，并将“circleA” 标识符放到“当前创建Bean池”；
2. Spring容器创建“circleB” Bean，首先去“当前创建Bean池”查找是否当前Bean正在创建，如果没发现，则继续准备其需要的构造器参数“circleC”，并将“circleB” 标识符放到“当前创建Bean池”；
3. Spring容器创建“circleC” Bean，首先去“当前创建Bean池”查找是否当前Bean正在创建，如果没发现，则继续准备其需要的构造器参数“circleA”，并将“circleC” 标识符放到“当前创建Bean池”；
4. 到此为止Spring容器要去创建“circleA”Bean，发现该Bean 标识符在“当前创建Bean池”中，因为表示循环依赖，抛出BeanCurrentlyInCreationException。

2、setter循环依赖(singleton)（“提前曝光”机制刚完成构造器注入但未完成其他步骤（如setter注入）的Bean来完成，只能解决单例作用域的Bean循环依赖）

setter循环依赖：表示通过setter注入方式构成的循环依赖。

对于setter注入造成的依赖是通过Spring容器提前暴露刚完成构造器注入但未完成其他步骤（如setter注入）的Bean来完成的，而且只能解决单例作用域的Bean循环依赖。

如下代码所示，通过提前暴露一个单例工厂方法，从而使其他Bean能引用到该Bean。

addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory() {  
    public Object getObject() throws BeansException {  
        return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);  
    }  
});  

具体步骤如下：

1. Spring容器创建单例“circleA” Bean，首先根据无参构造器创建Bean，并暴露一个“ObjectFactory ”用于返回一个提前暴露一个创建中的Bean，并将“circleA” 标识符放到“当前创建Bean池”；然后进行setter注入“circleB”；
2. Spring容器创建单例“circleB” Bean，首先根据无参构造器创建Bean，并暴露一个“ObjectFactory”用于返回一个提前暴露一个创建中的Bean，并将“circleB” 标识符放到“当前创建Bean池”，然后进行setter注入“circleC”；
3. Spring容器创建单例“circleC” Bean，首先根据无参构造器创建Bean，并暴露一个“ObjectFactory ”用于返回一个提前暴露一个创建中的Bean，并将“circleC” 标识符放到“当前创建Bean池”，然后进行setter注入“circleA”；进行注入“circleA”时由于提前暴露了“ObjectFactory”工厂从而使用它返回提前暴露一个创建中的Bean；
4. 最后在依赖注入“circleB”和“circleA”，完成setter注入。

circleInjectBySetterSingleton.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans 
       http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">


    <bean id="circleA" class="com.spring.framework.carl.ioc.CircleA">
        <property name="circleB" ref="circleB" />
    </bean>

    <bean id="circleB" class="com.spring.framework.carl.ioc.CircleB">
        <property name="circleC" ref="circleC" />
    </bean>

    <bean id="circleC" class="com.spring.framework.carl.ioc.CircleC">
        <property name="circleA" ref="circleA" />
    </bean>

</beans>

测试方法：

@Test
public void testCircleBySetterSingleton(){
    new ClassPathXmlApplicationContext("circleInjectBySetterSingleton.xml");
}

3、setter循环依赖(非singleton)（此依赖是无法解决）

对于prototype作用域Bean，Spring容器无法完成依赖注入，因为prototype作用域的Bean，Spring容器不进行缓存，因此无法提前暴露一个创建中的Bean。

circleInjectBySetterNotSingleton.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans 
       http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">

    <bean id="circleA" class="com.spring.framework.carl.ioc.CircleA" scope="prototype">
        <property name="circleB" ref="circleB" />
    </bean>

    <bean id="circleB" class="com.spring.framework.carl.ioc.CircleB" scope="prototype">
        <property name="circleC" ref="circleC" />
    </bean>

    <bean id="circleC" class="com.spring.framework.carl.ioc.CircleC" scope="prototype">
        <property name="circleA" ref="circleA" />
    </bean>

</beans>

测试方法：

@Test(expected = BeanCurrentlyInCreationException.class)
public void testCircleBySetterNotSingleton() throws Throwable {
    try {
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("circleInjectBySetterNotSingleton.xml");
        System.out.println(context.getBean("circleA"));
    } catch (Exception e){
        // 因为要在创建circle3时抛出；
        Throwable e1 = e.getCause().getCause().getCause();
        throw e1;
    }
}

4、setter循环依赖(singleton设置不允许依赖注入)【这里无法解决循环依赖，只是如何禁用循环引用】

在Spring IOC中对于singleton作用域Bean,可以通过setAllowCircularReferences(false);来禁用循环引用：

测试方法：

@Test(expected = BeanCurrentlyInCreationException.class)  
public void testCircleBySetterAndSingleton2() throws Throwable {  
    try {  
        ClassPathXmlApplicationContext ctx =  
new ClassPathXmlApplicationContext();  
ctx.setAllowCircularReferences(false);
        ctx.setConfigLocation("chapter3/circleInjectBySetterAndSingleton.xml");  
        ctx.refresh();  
    }  
    catch (Exception e) {  
        Throwable e1 = e.getCause().getCause().getCause();  
        throw e1;  
    }  
}  

5、循环调用

循环调用是无法解决的，除非有终结条件，否则就是死循环，最终导致内存溢出错误。

测试方法：

@Test(expected = StackOverflowError.class)
public void testCircleInvokeMethod(){
    ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("circleInjectBySetterSingleton.xml");
    CircleA circleA = context.getBean("circleA", CircleA.class);
    circleA.a();   //a()中调用circleB.b()--circleC.c()-->a(),内存溢出
}

补充：出现循环依赖是设计上的问题，一定要避免！

请参考《敏捷软件开发：原则、模式与实践》中的“无环依赖”原则

包之间的依赖结构必须是一个直接的无环图形（DAG）。也就是说，在依赖结构中不允许出现环（循环依赖）。

引用地址：【第三章】 DI 之 3.2 循环依赖 ——跟我学spring3