Spring是如何解決循環依賴的
前言
在面試的時候這兩年有一個非常高頻的關於spring的問題，那就是spring是如何解決循環依賴的。這個問題聽著就是輕描淡寫的一句話，其實考察的內容還是非常多的，主要還是考察的應聘者有沒有研究過spring的源碼。但是說實話，spring的源碼其實非常複雜的，研究起來並不是個簡單的事情，所以我們此篇文章只是為了解釋清楚Spring是如何解決循環依賴的這個問題。
什麼樣的依賴算是循環依賴？
用過Spring框架的人都對依賴注入這個詞不陌生，一個Java類A中存在一個屬性是類B的一個對象，那麼我們就說類A的對象依賴類B，而在Spring中是依靠的IOC來實現的對象注入，也就是說創建對象的過程是IOC容器來實現的，並不需要自己在使用的時候通過new關鍵字來創建對象。
那麼當類A中依賴類B的對象，而類B中又依賴類C的對象，最後類C中又依賴類A的對象的時候，這種情況最終的依賴關係會形成一個環，這就是循環依賴。
循環依賴的類型
根據注入的時機可以分為兩種：
- 構造器循環依賴
依賴的對象是通過構造方法傳入的，在實例化bean的時候發生。 - 賦值屬性循環依賴
依賴的對象是通過setter方法傳入的，對象已經實例化，在屬性賦值和依賴注入的時候發生。
構造器循環依賴，本質上是無解的，實例化A的時候調用A的構造器，發現依賴了B，又去實例化B，然後調用B的構造器，發現又依賴的C，然後調用C的構造器去實例化，結果發起C的構造器里依賴了A，這就是個死循環無解。所以Spring也是不支援構造器循環依賴的，當發現存在構造器循環依賴時，會直接拋出BeanCurrentlyInCreationException異常。
賦值屬性循環依賴，Spring只支援bean在單例模式下的循環依賴，其他模式下的循環依賴Spring也是會拋出BeanCurrentlyInCreationException異常的。Spring通過對還在創建過程中的單例bean，進行快取並提前暴露該單例，使得其他實例可以提前引用到該單例bean。
Spring為什麼只支援單例模式下的bean的賦值情況下的循環依賴
在prototype的模式下的bean，使用了一個ThreadLocal變數prototypesCurrentlyInCreation來記錄當前執行緒正在創建中的bean，這個變數在AbtractBeanFactory類里。在創建前用beanName記錄bean，在創建完成後刪除bean。在prototypesCurrentlyInCreation里採用了一個Set對象來存儲正在創建中的bean。我們都知道Set是不允許存在重複對象的，這樣就能保證同一個bean在一個執行緒中只能有一個正在創建。
下面是prototypesCurrentlyInCreation變數在刪除bean時的操作，在AbtractBeanFactory的beforePrototypeCreation操作里。
protected void afterPrototypeCreation(String beanName) {
Object curVal = this.prototypesCurrentlyInCreation.get();
if (curVal instanceof String) {
this.prototypesCurrentlyInCreation.remove();
}
else if (curVal instanceof Set) {
Set<String> beanNameSet = (Set<String>) curVal;
beanNameSet.remove(beanName);
if (beanNameSet.isEmpty()) {
this.prototypesCurrentlyInCreation.remove();
}
}
}
從上面的程式碼中看出，當變數為一個的時候採用了一個String對象來存儲，節省了一些記憶體空間。
在AbstractBeanFactory類的doGetBean方法里先判斷是否為單例對象，不是單例對象，則直接判斷當前執行緒是否已經存在了正在創建的bean。存在的話直接拋出異常。
這個isPrototypeCurrentlyInCreation（）方法的實現程式碼如下：
protected boolean isPrototypeCurrentlyInCreation(String beanName) {
Object curVal = this.prototypesCurrentlyInCreation.get();
return curVal != null && (curVal.equals(beanName) || curVal instanceof Set && ((Set)curVal).contains(beanName));
}
因為有了這個機制，spring在原型模式下是解決不了bean的循環依賴的，當發現有循環依賴的時候會直接拋出BeanCurrentlyInCreationException異常的。
那麼為什麼spring在單例模式下的構造賦值也不支援循環依賴呢？
其實原理和原型模式下的情況類似，在單例模式下，bean也會用一個Set集合來保存正在創建中的bean，在創建前保存，創建完成後刪除。
這個對象在DefaultSingletonBeanRegistry類下變數名為：singletonsCurrentlyInCreation
public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry {
private final Set<String> singletonsCurrentlyInCreation = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap(16));
}
判定程式碼在DefaultSingletonBeanRegistry類的beforeSingletonCreation方法下。
protected void beforeSingletonCreation(String beanName) {
if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName)) {
throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
}
}
在上面這個方法中，判定singletonsCurrentlyInCreation是否能成功的保存一個單例bean。如果不能成功保存，那麼就會直接拋出BeanCurrentlyInCreationException異常。
單例模式下的Setter賦值循環依賴
終於到了我們的重點，Spring是如何解決單例模式下的Setter賦值的循環依賴了。
其實主要的就是靠提前暴露創建中的單例實例。
那麼具體是一個怎樣的過程呢？
例如：上面那個圖的例子，A依賴B，B依賴C，C又依賴B。
過程如下：
創建A，調用構造方法，完成構造，進行屬性賦值注入，發現依賴B，去實例化B。創建B，調用構造方法，完成構造，進行屬性賦值注入，發現依賴C，去實例化C。- 創建C，調用構造方法，完成構造，進行屬性賦值注入，發現依賴A。
這個時候就是解決循環依賴的關鍵了，因為A已經通過構造方法已經構造完成了，也就是說已經將Bean的在堆中分配好了記憶體，這樣即使A再填充屬性值也不會更改記憶體地址了，所以此時可以提前拿出來A的引用，來完成C的實例化。
這樣上面創建C過程就會變成了： 創建C，調用構造方法，完成構造，進行屬性賦值注入，發現依賴A，A已經構造完成，直接引用，完成C的實例化。C完成實例化後，注入B，B也完成了實例化，然後B注入A，A也完成了實例化。
為了能獲取到創建中單例bean，spring提供了三級快取來將正在創建中的bean提前暴露。
在類DefaultSingletonBeanRegistry下，即下圖紅框中的三個Map對象。
這三個快取Map的作用如下：- 一級快取，
singletonObjects單例快取，存儲已經實例化的單例bean。 - 二級快取，
earlySingletonObjects提前暴露的單例快取，這裡存儲的bean是剛剛構造完成，但還會通過屬性注入bean。 - 三級快取，
singletonFactories生產單例的工廠快取，存儲工廠。
首先在創建bean的時候會先創建一個和bean同名的單例工廠，並將bean先放入到單例工廠中。程式碼在AbstractAutowireCapableBeanFactory類的doCreateBean方法中。
protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, Object[] args) throws BeanCreationException {
......
this.addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
public Object getObject() throws BeansException {
return AbstractAutowireCapableBeanFactory.this.getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
}
});
.....
}
而上面的程式碼中的addSingletonFactory方法的程式碼如下：
protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
Map var3 = this.singletonObjects;
synchronized(this.singletonObjects) {
if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
this.registeredSingletons.add(beanName);
}
}
}
addSingletonFactory方法的作用通過程式碼就可以看到是將存在了正在創建中的bean的單例工廠，放在三級快取里，這樣保證了在循環依賴查找的時候是可以找到bean的引用的。
具體讀取快取獲取bean的過程在類DefaultSingletonBeanRegistry的getSingleton方法里。
如下源碼：
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && this.isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
Map var4 = this.singletonObjects;
synchronized(this.singletonObjects) {
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
ObjectFactory<?> singletonFactory = (ObjectFactory)this.singletonFactories.get(beanName);
if (singletonFactory != null) {
singletonObject = singletonFactory.getObject();
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
return singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null;
}
通過上面的源碼我們可以看到，在獲取單例Bean的時候，會先從一級快取singletonObjects里獲取，如果沒有獲取到（說明不存在或沒有實例化完成），會去第二級快取earlySingletonObjects中去找，如果還是沒有找到的話，就會三級快取中獲取單例工廠singletonFactory，通過從singletonFactory中獲取正在創建中的引用，將singletonFactory存儲在earlySingletonObjects 二級快取中，這樣就將創建中的單例引用從三級快取中升級到了二級快取中，二級快取earlySingletonObjects，是會提前暴露已完成構造，還可以執行屬性注入的單例bean的。
這個時候如何還有其他的bean也是需要屬性注入，那麼就可以直接從earlySingletonObjects中獲取了。
上面的例子中的過程中的A，在注入C的時候，其實並沒有真正的初始化完成，等到順利的注入了B才算是真正的初始化完成。
整個過程如下圖：
