从源码层面深度剖析Spring循环依赖

作者：郭艳红

以下举例皆针对单例模式讨论

图解参考 https://www.processon.com/view/link/60e3b0ae0e3e74200e2478ce

1、Spring 如何创建Bean？

对于单例Bean来说，在Spring容器整个生命周期内，有且只有一个对象。

Spring 在创建 Bean 过程中，使用到了三级缓存，即 DefaultSingletonBeanRegistry.java 中定义的：

    /** Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
    private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);
​
    /** Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
    private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);
​
    /** Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
    private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(16);

以 com.gyh.general 包下的 OneBean 为例，debug springboot 启动过程，分析spring是如何创建bean的。

参考图中 spring创建bean 的过程。其中最关键的几步有：

1.getSingleton(beanName, true) 依次从一二三级缓存中查找bean对象，如果缓存中存在对象，则直接返回(early)；

2.createBeanInstance(beanName, mbd, args) 选一个合适的构造函数，new实例对象(instance)，此时的instance中依赖的属性还都是null，属于半成品；

3.singletonFactories.put(beanName, oneSingletonFactory) 利用上一步的instance，构建一个 singletonFactory，并将其放到三级缓存中；

4.populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper) 填充bean：为该bean定义的属性创建对象或赋值；

5.initializeBean("one",oneInstance, mbd) 初始化bean：对bean进行初始化或其他加工，如生成代理对象(proxy)；

6.getSingleton(beanName, false) 依次在一二级缓存中查找，检查是否有因循环依赖导致提前生成的对象，有的话与初始化后的对象是否一致；

2、Spring 如何解决循环依赖？

以 com.gyh.circular.threeCache 包下的 OneBean 和 TwoBean 为例 ，两个 Bean 相互依赖（即形成闭环）。

参考图中 spring解决循环依赖 的过程可知，spring利用三级缓中的 objectFactory 生成并返回一个 early 对象，提前暴露这个 early 地址，供其他对象依赖注入使用，以此解决循环依赖问题。

3、Spring 不能解决哪些循环依赖？

3.1 循环中使用了 @Async 注解

3.1.1 为什么循环中使用了 @Async 会报错？

以 com.gyh.circular.async 包下的 OneBean 和 TwoBean 为例，两个bean相互依赖，且oneBean中的方法使用了 @Async 注解，此时启动spring失败，报错信息为：org.springframework.beans.factory.BeanCurrentlyInCreationException: Error creating bean with name 'a.one': Bean with name 'a.one' has been injected into other beans [a.two] in its raw version as part of a circular reference, but has eventually been wrapped. This means that said other beans do not use the final version of the bean. This is often the result of over-eager type matching - consider using 'getBeanNamesForType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.

并通过debug代码，发现报错位置在 AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean 方法内，由于 earlySingletonReference != null 且 exposedObject != bean，导致报错。

结合流程图中 spring解决循环依赖 及上述图片中可知：

1.行1中 bean 为 createBeanInstance 创建的实例(address1)

2.行2中 exposedObject 为 initializeBean 后生成的代理对象(address2)

3.行3中 earlySingletonReference 为 getEarlyBeanReference 时创建的对象【此处地址同bean(address1)】

深层原因为：先前 TwoBean 在 populateBean 时已经依赖了地址为 address1 的 earlySingletonReference 对象，而此时 OneBean 经过 initializeBean 之后，返回了地址为 address2 的新对象，导致spring不知道哪个才是最终版的bean，所以报错。

earlySingletonReference 是如何生成的，参考getSingleton("one", true)过程。

3.1.2 循环中使用了 @Async 一定会报错吗？

依然以 com.gyh.circular.async 包下的 OneBean 和 TwoBean 为例，两个bean相互依赖，使 TwoBean(非OneBean)中的方法使用了 @Async 注解，此时启动spring成功，并未报错。

debug代码可知：虽然TwoBean 使用了 @Async 注解，但其 earlySingletonReference = null; 故不会引起报错。

深层原因为：OneBean 先被创建，TwoBean 后创建，再整条链路中，并未在三级缓存中查找过 TwoBean 的 objectFactory 。（OneBean在创建过程中，被找过两次，即 one-> two ->one；TwoBean 的创建过程中，只找过它一次，即 two ->one。)

由此可得：@Async 造成循环依赖报错的先约条件为：

1.循环依赖中的 Bean 使用了 @Async 注解

2.且这个 Bean，比循环内其他 Bean 先创建。

3.注：一个Bean可能会同时存在于多个循环内；只要存在它是某个循环内第一个被创建的Bean，那么就会报错。

3.1.3 为什么循环中使用了 @Transactional 不会报错？

已知使用了 @Transactional 注解的 Bean，Spring 也会为其生成代理对象，但为什么这种 Bean 在循环里时不会产生报错呢？

以 com.gyh.circular.transactional 包下的 OneBean 和 TwoBean 为例，两个 Bean 相互依赖，且 OneBean 中的方法使用了 @Transactional 注解，启动Spring成功，并不会报错。

debug 代码可知，生成 OneBean 过程中，虽然 earlySingletonReference != null，但 initializeBean 之后的 exposedObject 和 原始实例的地址相同（即 initializeBean 步骤中，并未对实例生成代理），所以不会产生报错。

3.1.4 为什么同样是代理会产生两种不同的现象？

同样是生成代理对象，同样是参与到循环依赖中，会产生不同现象的原因是：当他们处在循环依赖中时，生成代理的节点不同：

1.@Transactional 在 getEarlyBeanReference 时生成代理，提前暴露出代理之后的地址（即最终地址）；

2.@Async 在 initializeBean 时生成代理，导致提前暴露出去的地址不是最终地址，造成报错。

为什么 @Async 不能在 getEarlyBeanReference 时生成代理呢？对比下两者执行的代码过程发现：

两者都是在 AbstractAutoProxyCreator#getEarlyBeanReference 的方法对原始实例对象进行包装，如下图

使用 @Transactional 的Bean 在 create proxy 时，获取到一个advice ，随即生成了代理对象 proxy.

而使用 @Async 的Bean 在 create proxy 时，没有获取到 advice，不能被代理.

3.1.5 为什么@Async 在 getEarlyBeanReference 时不能返回一个 advice？

在 AbstractAutoProxyCreator#getAdvicesAndAdvisorsForBean 方法内，其主要做的事情有：

1.找到当前 spring 容器中所有的 Advisor

2.返回适配当前 bean 的所有 Advisor

第一步返回的 Advisor 有 BeanFactoryCacheOperationSourceAdvisor 和 BeanFactoryTransactionAttributeSourceAdvisor，并无处理 Async 相关的 Advisor.

刨根问底，追查为什么第一步不会返回处理 Async 相关的 Advisor？

已知使用 @Async @Transactional @Cacheable 需要提前进行开启，即提前标注 @EnableAsync、@EnableTransactionManagement、@EnableCaching 。

以 @EnableTransactionManagement、@EnableCaching 为例，在其注解定义中，引入了Selector类，Selector中又引入了Configuration 类，在 Configuration 类中，创建了对应 Advisor 并放到了 spring容器中，所以第一步才能得到这两个 Advisor.

而 @EnableAsync的定义中引入的 Configuration 类，创建的是 AsyncAnnotationBeanPostProcessor 并非一个 Advisor，所以第一步不会得到它，所以 @Async 的 bean 不会在这一步被代理。

3.2 构造函数引起的循环依赖

以 com.gyh.circular.constructor 包下的 OneBean 和 TwoBean 为例，两个类的构造函数中各自依赖对方，启动spring，报错：org.springframework.beans.factory.BeanCurrentlyInCreationException: Error creating bean with name 'c.one': Requested bean is currently in creation: Is there an unresolvable circular reference?

debug 代码可知，两个bean在根据构造函数 new instance 时，就已经陷入的死循环，无法提前暴露可用的地址，所以只能报错。

4、如何解决以上循环依赖报错？

1.不用 @Async，将需要异步操作的方法，放到线程池中执行。（推荐）

2.提出 @Async 标注的方法。（推荐）

3.将使用 @Async 的方法提出到单独的类中，该类只做异步处理，不做其他业务依赖，即避免形成循环依赖，从而解决报错问题。参考 com.gyh.circular.async.extract 包。

4.尽量不使用构造函数依赖对象。（推荐）

5.破坏循环（不推荐）即不形成闭环，在开发之前，规划好对象依赖，方法调用链，尽量做到不使用循环依赖。（较难，随着迭代开发不断变化，很可能产生循环）

6.破坏创建顺序（不推荐）

7.由于使用 @Async 注解的所在类，比循环依赖内其他类先创建时才会报错，那么想办法使该类不先于其他类先创建，也可解决该问题，如：@DependsOn、 @Lazy