《深入浅出Spring》Spring循环依赖

最新推荐文章于 2025-10-25 11:11:32 发布

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本文详细介绍了Spring中的循环依赖问题，包括如何检测循环依赖、Spring如何通过3级缓存解决单例bean的循环依赖，以及在非单例bean和特定情况下循环依赖无法解决的问题。此外，还探讨了为何需要3级缓存而不是2级缓存的原因。

什么是循环依赖？

这个很好理解，多个bean之间相互依赖，形成了一个闭环。

比如：A依赖于B、B依赖于C、C依赖于A。

代码中表示：

public class A{
    B b;
}
public class B{
    C c;
}
public class C{
    A a;
}

如何检测是否存在循环依赖？

检测循环依赖比较简单，使用一个列表来记录正在创建中的bean，bean创建之前，先去记录中看一下自己是否已经在列表中了，如果在，说明存在循环依赖，如果不在，则将其加入到这个列表，bean创建完毕之后，将其再从这个列表中移除。

源码方面来看一下，spring创建单例bean时候，会调用下面方法

protected void beforeSingletonCreation(String beanName) {
        if (!this.inCreationCheckExclusions.contains(beanName) && !this.singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName)) {
            throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
        }
    }

singletonsCurrentlyInCreation就是用来记录目前正在创建中的bean名称列表，this.singletonsCurrentlyInCreation.add(beanName)返回false，说明beanName已经在当前列表中了，此时会抛循环依赖的异常BeanCurrentlyInCreationException，这个异常对应的源码：

public BeanCurrentlyInCreationException(String beanName) {
        super(beanName,
                "Requested bean is currently in creation: Is there an unresolvable circular reference?");
    }

上面是单例bean检测循环依赖的源码，再来看看非单例bean的情况。

以prototype情况为例，源码位于org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory#doGetBean方法中，将主要代码列出来看一下：

//检查正在创建的bean列表中是否存在beanName，如果存在，说明存在循环依赖，抛出循环依赖的异常

if (isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)) {
    throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
}
//判断scope是否是prototype
if (mbd.isPrototype()) {
    Object prototypeInstance = null;
    try {
        //将beanName放入正在创建的列表中
        beforePrototypeCreation(beanName);
        prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
    }
    finally {
        //将beanName从正在创建的列表中移除
        afterPrototypeCreation(beanName);
    }

}

Spring如何解决循环依赖的问题

Spring创建bean主要的几个步骤：

步骤1：实例化bean，即调用构造器创建bean实例
步骤2：填充属性，注入依赖的bean，比如通过set方式、@Autowired注解的方式注入依赖的bean
步骤3：bean的初始化，比如调用init方法等。
从上面3个步骤中可以看出，注入依赖的对象，有2种情况：

通过步骤1中构造器的方式注入依赖
通过步骤2注入依赖
先来看构造器的方式注入依赖的bean，下面两个bean循环依赖

@Component
public class ServiceA {
    private ServiceB serviceB;
    public ServiceA(ServiceB serviceB) {
        this.serviceB = serviceB;
    }
}
@Component
public class ServiceB {
    private ServiceA serviceA;
    public ServiceB(ServiceA serviceA) {
        this.serviceA = serviceA;
    }
}

构造器的情况比较容易理解，实例化ServiceA的时候，需要有serviceB，而实例化ServiceB的时候需要有serviceA，构造器循环依赖是无法解决的，大家可以尝试一下使用编码的方式创建上面2个对象，是无法创建成功的！

再来看看非构造器的方式注入相互依赖的bean，以set方式注入为例，下面是2个单例的bean：serviceA和serviceB：

@Component
public class ServiceA {
    private ServiceB serviceB;
    @Autowired
    public void setServiceB(ServiceB serviceB) {
        this.serviceB = serviceB;
    }
}
@Component
public class ServiceB {
    private ServiceA serviceA;
    @Autowired
    public void setServiceA(ServiceA serviceA) {
        this.serviceA = serviceA;
    }
}

如果我们采用硬编码的方式创建上面2个对象，过程如下：

//创建serviceA
ServiceA serviceA = new ServiceA();
//创建serviceB
ServiceB serviceB = new ServiceB();
//将serviceA注入到serviceB中
serviceB.setServiceA(serviceA);
//将serviceB注入到serviceA中
serviceA.setServiceB(serviceB);

由于单例bean在spring容器中只存在一个，所以spring容器中肯定是有一个缓存来存放所有已创建好的单例bean；获取单例bean之前，可以先去缓存中找，找到了直接返回，找不到的情况下再去创建，创建完毕之后再将其丢到缓存中，可以使用一个map来存储单例bean，比如下面这个

Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

下面来看一下spring中set方法创建上面2个bean的过程

1.spring轮询准备创建2个bean：serviceA和serviceB
2.spring容器发现singletonObjects中没有serviceA
3.调用serviceA的构造器创建serviceA实例
4.serviceA准备注入依赖的对象，发现需要通过setServiceB注入serviceB
5.serviceA向spring容器查找serviceB
6.spring容器发现singletonObjects中没有serviceB
7.调用serviceB的构造器创建serviceB实例
8.serviceB准备注入依赖的对象，发现需要通过setServiceA注入serviceA
9.serviceB向spring容器查找serviceA
10.此时又进入步骤2了

上面过程死循环了，怎么才能终结？

可以在第3步后加一个操作：将实例化好的serviceA丢到singletonObjects中，此时问题就解决了。

spring中也采用类似的方式，稍微有点区别，上面使用了一个缓存，而spring内部采用了3级缓存来解决这个问题，我们一起来细看一下。

3级缓存对应的代码：

/** 第一级缓存：单例bean的缓存 */
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);
/** 第二级缓存：早期暴露的bean的缓存 */
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);
/** 第三级缓存：单例bean工厂的缓存 */
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

开始的时候，获取serviceA，会调用下面代码

org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory#doGetBean
protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,
                              @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
    //1.查看缓存中是否已经有这个bean了
    Object sharedInstance = getSingleton(beanName); //@1
    if (sharedInstance != null && args == null) {
        bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);
    }else {
        //若缓存中不存在，准备创建这个bean
        if (mbd.isSingleton()) {
            //2.下面进入单例bean的创建过程
            sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
                try {
                    return createBean(beanName, mbd, args);
                }
                catch (BeansException ex) {
                    throw ex;
                }
            });
            bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
        }
    }
    return (T) bean;
}

@1：查看缓存中是否已经有这个bean了，如下：

public Object getSingleton(String beanName) {
return getSingleton(beanName, true); }

然后进入下面方法，会依次尝试从3级缓存中查找bean，注意下面的第2个参数，为ture的时候，才会从第3级中查找，否则只会查找1、2级缓存

//allowEarlyReference:是否允许从三级缓存singletonFactories中通过getObject拿到bean
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    //1.先从一级缓存中找
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
        synchronized (this.singletonObjects) {
            //2.从二级缓存中找
            singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
            if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
                //3.二级缓存中没找到 && allowEarlyReference为true的情况下,从三级缓存中找
                ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                if (singletonFactory != null) {
                    //三级缓存返回的是一个工厂，通过工厂来获取创建bean
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                    //将创建好的bean丢到二级缓存中
                    this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                    //从三级缓存移除
                    this.singletonFactories.remove(beanName);
                }
            }
        }
    }
    return singletonObject;
}

刚开始，3个缓存中肯定是找不到的，会返回null，接着会执行下面代码准备创建serviceA

if (mbd.isSingleton()) {
    sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> { //@1
        try {
            return createBean(beanName, mbd, args);
        }
        catch (BeansException ex) {
            destroySingleton(beanName);
            throw ex;
        }
    });}

@1：进入getSingleton方法，而getSingleton方法代码比较多，为了方便大家理解，无关的代码我给剔除了，如下：

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    synchronized (this.singletonObjects) {
        Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
        if (singletonObject == null) {
            //单例bean创建之前调用，将其加入正在创建的列表中，上面有提到过，主要用来检测循环依赖用的
            beforeSingletonCreation(beanName);
            boolean newSingleton = false;
            try {
                //调用工厂创建bean
                singletonObject = singletonFactory.getObject();//@1
                newSingleton = true;
            }
            finally {
                 //单例bean创建之前调用,主要是将其从正在创建的列表中移除
                afterSingletonCreation(beanName);
            }
            if (newSingleton) {
                //将创建好的单例bean放入缓存中
                addSingleton(beanName, singletonObject);//@2
            }
        }
        return singletonObject;
    }
}

上面@1和@2是关键代码，先来看一下@1，这个是一个ObjectFactory类型的，从外面传入的，如下
在这里插入图片描述
红框中的createBean最终会调用下面这个方法

org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean
其内部主要代码如下：

BeanWrapper instanceWrapper = null;
if (instanceWrapper == null) {
    //通过反射调用构造器实例化serviceA
    instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
}
//变量bean：表示刚刚同构造器创建好的bean示例
final Object bean = instanceWrapper.getWrappedInstance();
//判断是否需要暴露早期的bean，条件为（是否是单例bean && 当前容器允许循环依赖 && bean名称存在于正在创建的bean名称清单中）
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                                  isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
    //若earlySingletonExposure为true，通过下面代码将早期的bean暴露出去
    addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));//@1
}

这里需要理解一下什么是早期bean？

刚刚实例化好的bean就是早期的bean，此时bean还未进行属性填充，初始化等操作

@1：通过addSingletonFactory用于将早期的bean暴露出去，主要是将其丢到第3级缓存中，代码如下：

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    Assert.notNull(singletonFactory, "Singleton factory must not be null");
    synchronized (this.singletonObjects) {
        //第1级缓存中不存在bean
        if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
            //将其丢到第3级缓存中
            this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
            //后面的2行代码不用关注
            this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
            this.registeredSingletons.add(beanName);
        }
    }

}
上面的方法执行之后，serviceA就被丢到第3级的缓存中了。

后续的过程serviceA开始注入依赖的对象，发现需要注入serviceB，会从容器中获取serviceB，而serviceB的获取又会走上面同样的过程实例化serviceB，然后将serviceB提前暴露出去，然后serviceB开始注入依赖的对象，serviceB发现自己需要注入serviceA，此时去容器中找serviceA，找serviceA会先去缓存中找，会执行getSingleton(“serviceA”,true)，此时会走下面代码：

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    //1.先从一级缓存中找
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
        synchronized (this.singletonObjects) {
            //2.从二级缓存中找
            singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
            if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
                //3.二级缓存中没找到 && allowEarlyReference为true的情况下,从三级缓存中找
                ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                if (singletonFactory != null) {
                    //三级缓存返回的是一个工厂，通过工厂来获取创建bean
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                    //将创建好的bean丢到二级缓存中
                    this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                    //从三级缓存移除
                    this.singletonFactories.remove(beanName);
                }
            }
        }
    }
    return singletonObject;
}

上面的方法走完之后，serviceA会被放入二级缓存earlySingletonObjects中，会将serviceA返回，此时serviceB中的serviceA注入成功，serviceB继续完成创建，然后将自己返回给serviceA，此时serviceA通过set方法将serviceB注入。

serviceA创建完毕之后，会调用addSingleton方法将其加入到缓存中，这块代码如下：

protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
    synchronized (this.singletonObjects) {
        //将bean放入第1级缓存中
        this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
        //将其从第3级缓存中移除
        this.singletonFactories.remove(beanName);
        //将其从第2级缓存中移除
        this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
    }
}

到此，serviceA和serviceB之间的循环依赖注入就完成了。

下面捋一捋整个过程：

1.从容器中获取serviceA
2.容器尝试从3个缓存中找serviceA，找不到
3.准备创建serviceA
4.调用serviceA的构造器创建serviceA，得到serviceA实例，此时serviceA还未填充属性，未进行其他任何初始化的操作
5.将早期的serviceA暴露出去：即将其丢到第3级缓存singletonFactories中
6.serviceA准备填充属性，发现需要注入serviceB，然后向容器获取serviceB
7.容器尝试从3个缓存中找serviceB，找不到
8.准备创建serviceB
9.调用serviceB的构造器创建serviceB，得到serviceB实例，此时serviceB还未填充属性，未进行其他任何初始化的操作
10.将早期的serviceB暴露出去：即将其丢到第3级缓存singletonFactories中
11.serviceB准备填充属性，发现需要注入serviceA，然后向容器获取serviceA
12.容器尝试从3个缓存中找serviceA，发现此时serviceA位于第3级缓存中，经过处理之后，serviceA会从第3级缓存中移除，然后会存到第2级缓存中，然后将其返回给serviceB，此时serviceA通过serviceB中的setServiceA方法被注入到serviceB中
13.serviceB继续执行后续的一些操作，最后完成创建工作，然后会调用addSingleton方法，将自己丢到第1级缓存中，并将自己从第2和第3级缓存中移除
14.serviceB将自己返回给serviceA
15.serviceA通过setServiceB方法将serviceB注入进去
16.serviceA继续执行后续的一些操作，最后完成创建工作,然后会调用addSingleton方法，将自己丢到第1级缓存中，并将自己从第2和第3级缓存中移除

循环依赖无法解决的情况

只有单例的bean会通过三级缓存提前暴露来解决循环依赖的问题，而非单例的bean，每次从容器中获取都是一个新的对象，都会重新创建，所以非单例的bean是没有缓存的，不会将其放到三级缓存中。

那就会有下面几种情况需要注意。

还是以2个bean相互依赖为例：serviceA和serviceB

情况1
条件
serviceA：多例

serviceB：多例

结果
此时不管是任何方式都是无法解决循环依赖的问题，最终都会报错，因为每次去获取依赖的bean都会重新创建。

情况2
条件
serviceA：单例

serviceB：多例
结果
若使用构造器的方式相互注入，是无法完成注入操作的，会报错。

若采用set方式注入，所有bean都还未创建的情况下，若去容器中获取serviceB，会报错，为什么？我们来看一下过程：

1.从容器中获取serviceB
2.serviceB由于是多例的，所以缓存中肯定是没有的
3.检查serviceB是在正在创建的bean名称列表中，没有
4.准备创建serviceB
5.将serviceB放入正在创建的bean名称列表中
6.实例化serviceB（由于serviceB是多例的，所以不会提前暴露，必须是单例的才会暴露）
7.准备填充serviceB属性，发现需要注入serviceA
8.从容器中查找serviceA
9.尝试从3级缓存中找serviceA，找不到
10.准备创建serviceA
11.将serviceA放入正在创建的bean名称列表中
12.实例化serviceA
13.由于serviceA是单例的，将早期serviceA暴露出去，丢到第3级缓存中
14.准备填充serviceA的属性，发现需要注入serviceB
15.从容器中获取serviceB
16.先从缓存中找serviceB，找不到
17.检查serviceB是在正在创建的bean名称列表中,发现已经存在了，抛出循环依赖的异常

探讨：为什么需要用3级缓存

问题
如果只使用2级缓存，直接将刚实例化好的bean暴露给二级缓存出是否可以否？

先下个结论吧：不行。

原因
这样做是可以解决：早期暴露给其他依赖者的bean和最终暴露的bean不一致的问题。

若将刚刚实例化好的bean直接丢到二级缓存中暴露出去，如果后期这个bean对象被更改了，比如可能在上面加了一些拦截器，将其包装为一个代理了，那么暴露出去的bean和最终的这个bean就不一样的，将自己暴露出去的时候是一个原始对象，而自己最终却是一个代理对象，最终会导致被暴露出去的和最终的bean不是同一个bean的，将产生意向不到的效果，而三级缓存就可以发现这个问题，会报错。