Spring三级缓存解决循环依赖问题

Posted 2023-04-23 独立思考

1、什么是循环依赖

    顾名思义“循环依赖”，举一个简单的例子A中依赖B，B中依赖A，在实例化对象过程中，填充属性阶段A需要B对象，就去创建B对象，创建B对象的时候，发现B依赖了A，于是又去创建A对象，但此时A对象又没有创建结束，一级缓存中找不到，于是线程又去创建一个新的A对象，如此一来，就出现了重复创建的现象，最终会导致内存溢出，JVM报错终止。

2、解决方案

    直接说Spring的解决方案：使用三级缓存。

    设想1：若A、B均为普通对象（这里买下代理对象的伏笔），其实来2级缓存就能解决循环依赖，A提前吧自己的早期对象放到二级缓存中即可

    设想2：若涉及到AOP切面代理的场景，就会有问题，你想，当A创建的时候，把早期A放入2级缓存（这时候AOP还没进行，放入2级缓存的还是原始对象），但是到了B创建的时候，去2级缓存中虽然能找到A的早期对象，但我们都知道，按理说B应该找到A的代理增强对象才对，所以就引出了3级缓存

    三级缓存解决设想2：A创建的时候，把自己的早期工厂对象（你可以想象这个对象有一个getObject方法，可以拿到代理对象）放入三级缓存，后面B创建的时候直接去三级缓存拿这个早期工厂对象，get到之后（若是正常对象拿到的就是正常对象，若是被代理了这里拿到的就是代理对象），直接放到二级缓存，B直接拿二级缓存中的A早期代理对象即可，这样B创建完成，顺理成章A也能创建完成。到此循环依赖解决。

3、再说三级缓存原理

     首先我们还是进行实例化A对象，这个时候，我们要将A的ObjectFactory对象放入Map3中。同样的继续进行属性填充，这个时候B还没创建，于是去创建B。

      那么去实例化B的过程中，我们也是一样的，先把B的ObjectFactory放入Map了中。将B对象放入Map2中。

      继续执行到B的属性填充，去获取A对象，而此时Map1中没有A，因为A还没有创建完成，我们则发现Map了中 有A的ObjectFactory对象，那么我们通过ObjeatFactory对象获取A的早期对象，然后將这个早期对象放入Map2中，同时删除Map3中的A，然后我们将A的引用给了B，那么同样的B对象这个时候也已经完整了。
      接下来我们再把B放入Map中接下来从Map3中删除B。这时候B已经创建完成，A继续执行b的属性填充可以拿到B对象，这样A也完成，最后我们把A对象也放入了Map，删除掉Map2中的A。于是我们的储环依赖就此解决。

面试题：Spring 为何需要三级缓存解决循环依赖，而不是二级缓存？

• 前言

• bean生命周期

• 三级缓存解决循环依赖

• 总结

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前言

在使用spring框架的日常开发中，bean之间的循环依赖太频繁了，spring已经帮我们去解决循环依赖问题，对我们开发者来说是无感知的，下面具体分析一下spring是如何解决bean之间循环依赖，为什么要使用到三级缓存，而不是二级缓存

bean生命周期

首先大家需要了解一下bean在spring中的生命周期，bean在spring的加载流程，才能够更加清晰知道spring是如何解决循环依赖的我们在spring的BeanFactory工厂列举了很多接口，代表着bean的生命周期，我们主要记住的是我圈红线圈出来的接口, 再结合spring的源码来看这些接口主要是在哪里调用的

AbstractAutowireCapableBeanFactory类的doCreateBean方法是创建bean的开始，我们可以看到首先需要实例化这个bean，也就是在堆中开辟一块内存空间给这个对象，createBeanInstance方法里面逻辑大概就是采用反射生成实例对象，进行到这里表示对象还并未进行属性的填充，也就是@Autowired注解的属性还未得到注入

我们可以看到第二步就是填充bean的成员属性，populateBean方法里面的逻辑大致就是对使用到了注入属性的注解就会进行注入，如果在注入的过程发现注入的对象还没生成，则会跑去生产要注入的对象，第三步就是调用initializeBean方法初始化bean，也就是调用我们上述所提到的接口

可以看到initializeBean方法中，首先调用的是使用的Aware接口的方法，我们具体看一下invokeAwareMethods方法中会调用Aware接口的那些方法

我们可以知道如果我们实现了BeanNameAware，BeanClassLoaderAware，BeanFactoryAware三个Aware接口的话，会依次调用setBeanName(), setBeanClassLoader(), setBeanFactory()方法，再看applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization源码

发现会如果有类实现了BeanPostProcessor接口，就会执行postProcessBeforeInitialization方法，这里需要注意的是：如果多个类实现BeanPostProcessor接口，那么多个实现类都会执行postProcessBeforeInitialization方法，可以看到是for循环依次执行的，还有一个注意的点就是如果加载A类到spring容器中，A类也重写了BeanPostProcessor接口的postProcessBeforeInitialization方法，这时要注意A类的postProcessBeforeInitialization方法并不会得到执行，因为A类还未加载完成，还未完全放到spring的singletonObjects一级缓存中。

再看一个注意的点

可以看到ApplicationContextAwareProcessor也实现了BeanPostProcessor接口，重写了postProcessBeforeInitialization方法，方法里面并调用了invokeAwareInterfaces方法，而invokeAwareInterfaces方法也写着如果实现了众多的Aware接口，则会依次执行相应的方法，值得注意的是ApplicationContextAware接口的setApplicationContext方法，再看一下invokeInitMethods源码

发现如果实现了InitializingBean接口，重写了afterPropertiesSet方法，则会调用afterPropertiesSet方法，最后还会调用是否指定了init-method，可以通过标签，或者@Bean注解的initMethod指定，最后再看一张applyBeanPostProcessorsAfterInitialization源码图

发现跟之前的postProcessBeforeInitialization方法类似，也是循环遍历实现了BeanPostProcessor的接口实现类，执行postProcessAfterInitialization方法。整个bean的生命执行流程就如上面截图所示，哪个接口的方法在哪里被调用，方法的执行流程

最后，对bean的生命流程进行一个流程图的总结

三级缓存解决循环依赖

上一小节对bean的生命周期做了一个整体的流程分析，对spring如何去解决循环依赖的很有帮助。前面我们分析到填充属性时，如果发现属性还未在spring中生成，则会跑去生成属性对象实例

我们可以看到填充属性的时候，spring会提前将已经实例化的bean通过ObjectFactory半成品暴露出去，为什么称为半成品是因为这时候的bean对象实例化，但是未进行属性填充，是一个不完整的bean实例对象

spring利用singletonObjects, earlySingletonObjects, singletonFactories三级缓存去解决的，所说的缓存其实也就是三个Map

可以看到三级缓存各自保存的对象，这里重点关注二级缓存earlySingletonObjects和三级缓存singletonFactory，一级缓存可以进行忽略。前面我们讲过先实例化的bean会通过ObjectFactory半成品提前暴露在三级缓存中

singletonFactory是传入的一个匿名内部类，调用ObjectFactory.getObject()最终会调用getEarlyBeanReference方法。再来看看循环依赖中是怎么拿其它半成品的实例对象的。

我们假设现在有这样的场景AService依赖BService，BService依赖AService

\\1. AService首先实例化，实例化通过ObjectFactory半成品暴露在三级缓存中

\\2. 填充属性BService，发现BService还未进行过加载，就会先去加载BService

\\3. 再加载BService的过程中，实例化，也通过ObjectFactory半成品暴露在三级缓存

\\4. 填充属性AService的时候，这时候能够从三级缓存中拿到半成品的ObjectFactory

拿到ObjectFactory对象后，调用ObjectFactory.getObject()方法最终会调用getEarlyBeanReference()方法，getEarlyBeanReference这个方法主要逻辑大概描述下如果bean被AOP切面代理则返回的是beanProxy对象，如果未被代理则返回的是原bean实例，这时我们会发现能够拿到bean实例(属性未填充)，然后从三级缓存移除，放到二级缓存earlySingletonObjects中，而此时B注入的是一个半成品的实例A对象，不过随着B初始化完成后，A会继续进行后续的初始化操作，最终B会注入的是一个完整的A实例，因为在内存中它们是同一个对象。下面是重点，我们发现这个二级缓存好像显得有点多余，好像可以去掉，只需要一级和三级缓存也可以做到解决循环依赖的问题？？？

只要两个缓存确实可以做到解决循环依赖的问题，但是有一个前提这个bean没被AOP进行切面代理，如果这个bean被AOP进行了切面代理，那么只使用两个缓存是无法解决问题，下面来看一下bean被AOP进行了切面代理的场景

我们发现AService的testAopProxy被AOP代理了，看看传入的匿名内部类的getEarlyBeanReference返回的是什么对象

发现singletonFactory.getObject()返回的是一个AService的代理对象，还是被CGLIB代理的。再看一张再执行一遍singletonFactory.getObject()返回的是否是同一个AService的代理对象

我们会发现再执行一遍singleFactory.getObject()方法又是一个新的代理对象，这就会有问题了，因为AService是单例的，每次执行singleFactory.getObject()方法又会产生新的代理对象，假设这里只有一级和三级缓存的话，我每次从三级缓存中拿到singleFactory对象，执行getObject()方法又会产生新的代理对象，这是不行的，因为AService是单例的，所有这里我们要借助二级缓存来解决这个问题，将执行了singleFactory.getObject()产生的对象放到二级缓存中去，后面去二级缓存中拿，没必要再执行一遍singletonFactory.getObject()方法再产生一个新的代理对象，保证始终只有一个代理对象。还有一个注意的点

既然singleFactory.getObject()返回的是代理对象，那么注入的也应该是代理对象，我们可以看到注入的确实是经过CGLIB代理的AService对象。所以如果没有AOP的话确实可以两级缓存就可以解决循环依赖的问题，如果加上AOP，两级缓存是无法解决的，不可能每次执行singleFactory.getObject()方法都给我产生一个新的代理对象，所以还要借助另外一个缓存来保存产生的代理对象

总结

前面先讲到bean的加载流程，了解了bean加载流程对spring如何解决循环依赖的问题很有帮助，后面再分析到spring为什么需要利用到三级缓存解决循环依赖问题，而不是二级缓存。网上可以试试AOP的情形，实践一下就能明白二级缓存为什么解决不了AOP代理的场景了

在工作中，一直认为编程代码不是最重要的，重要的是在工作中所养成的编程思维。

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