Spring 通过三级缓存解决循环依赖原理分析

Java Spring
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已经解决循环依赖问题，对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。

在Spring的BeanFactory工厂列举了很多接口，代表着bean的生命周期，主要记住的是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，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

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，具体看一下invokeAwareMethods方法中会调用Aware接口的那些方法

可以知道如果实现了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

上面对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。

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。
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，可以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

可以发现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

可以发现再执行一遍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，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，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