解析Spring中的循环依赖问题：再探三级缓存（AOP）
前言
在之前的内容中，我们简要探讨了循环依赖，并指出仅通过引入二级缓存即可解决此问题。然而，你可能会好奇为何在Spring框架中还需要引入三级缓存singletonFactories。在前述总结中，我已经提供了答案，即AOP代理对象。接下来，我们将深入探讨这一话题。
AOP
在Spring框架中，AOP的实现是通过一个名为BeanPostProcessor的类完成的，其中一个关键的BeanPostProcessor就是AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator。值得一提的是，该类的父类是AbstractAutoProxyCreator。在Spring的AOP机制中，通常会使用JDK动态代理或者CGLib动态代理来实现代理对象的生成。因此，如果在某个类的方法上设置了切面，那么最终这个类将需要生成一个代理对象来应用AOP的功能。
一般的执行流程通常是这样的：A类--->生成一个普通对象-->属性注入-->基于切面生成一个代理对象-->将该代理对象存入singletonObjects单例池中。
而AOP可以说是Spring框架中除了IOC之外的另一个重要功能，而循环依赖则属于IOC的范畴。因此，为了让这两个重要功能同时存在于Spring框架中，Spring需要进行特殊处理。
三级缓存
在处理这种情况时，Spring框架利用了第三级缓存singletonFactories。下面我们来看一下关于三级缓存的源代码实现：
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
// Quick check for existing instance without full singleton lock
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
synchronized (this.singletonObjects) {
// Consistent creation of early reference within full singleton lock
singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null) {
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null) {
ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
if (singletonFactory != null) {
singletonObject = singletonFactory.getObject();
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
}
}
return singletonObject;
}
首先，singletonFactories中存储的是某个beanName对应的ObjectFactory。在bean的生命周期中，生成完原始对象之后，Spring框架会构造一个ObjectFactory并将其存入singletonFactories中。这个ObjectFactory是一个函数式接口，因此支持Lambda表达式，形式为() -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean)。为了更清晰地理解这个过程，我提供一张图片。
getEarlyBeanReference
在上述Lambda表达式中，它实际上代表了一个ObjectFactory，执行该Lambda表达式将会调用getEarlyBeanReference方法。下面是getEarlyBeanReference方法的实现：
//AbstractAutowireCapableBeanFactory
protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
Object exposedObject = bean;
if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
for (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessorCache().smartInstantiationAware) {
exposedObject = bp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
}
}
return exposedObject;
}
在整个Spring框架中，值得注意的是，只有AbstractAutoProxyCreator这个类在实现getEarlyBeanReference方法时才具有真正的意义。这个类专门用于处理AOP（面向切面编程）。
// AbstractAutoProxyCreator
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}
那么，getEarlyBeanReference方法的具体操作是什么呢？
首先，它会获取一个cachekey，这个cachekey实际上就是beanName。
接着，它会将beanName和bean（即原始对象）存储到earlyProxyReferences中。
接下来，它会调用wrapIfNecessary方法进行AOP操作，这将生成一个代理对象。
那么，什么时候会调用getEarlyBeanReference方法呢？让我们再次回到循环依赖的场景中。
在我上一节的基础上，我增加了两句话，以便更好地理解触发缓存机制以解决AOP代理对象生成的时机。
一旦原始对象通过构造方法生成后，会被存储到三级缓存中，并且会与一个lambda表达式关联。然而，在这个阶段，它并不会被执行。
一旦BBean需要ABean时，系统会首先查看三级缓存以确定是否存在缓存。如果存在缓存，则lambda表达式将会被执行，其代码已在前面展示过。该lambda表达式的目的是将代理对象放入earlySingletonObjects中。需要注意的是，此时代理对象并未被放入singletonObjects中。那么代理对象何时会被放入singletonObjects中呢？
这个时候你可能已经明白了earlySingletonObjects的用途。由于只获取了A原始对象的代理对象，这个代理对象并不完整，因为A原始对象尚未进行属性填充。因此，在这种情况下，我们不能直接将A的代理对象放入singletonObjects中。因此，我们只能将代理对象放入earlySingletonObjects，这样依次类推。
在Spring框架中，在循环依赖场景下，当Bean B创建完成后，Bean A继续其生命周期。在Bean A完成属性注入后，根据其自身逻辑进行AOP操作。此时，我们知道Bean A的原始对象已经经历了AOP处理，因此对于Bean A本身而言，不需要再次进行AOP。那么，如何确定一个对象是否已经经历了AOP呢？
public Object postProcessAfterInitialization(@Nullable Object bean, String beanName) {
if (bean != null) {
Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
if (this.earlyProxyReferences.remove(cacheKey) != bean) {
return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}
}
return bean;
}
没错，这个earlyProxyReferences确实提前缓存了对象是否已经被代理过，这样就避免了重复的AOP处理。
举例反证
那么问题来了，当A对象创建时，它可以是原始对象，但当B对象创建时，却成功创建了A的代理对象。然后再回头给A对象进行属性注入和初始化，这些操作似乎与代理对象无关？
这个问题涉及到了 Spring 中动态代理的实现。无论是使用cglib代理还是jdk动态代理生成的代理类，代理时都会将目标对象 target 保存在最终生成的代理 $proxy 中。你可以将代理对象看作是对原始对象地址的一层包装，最终仍然会回到原始对象上。因此，对原始bean的进一步完善实际上也就是对代理对象的完善。
还有一个需要注意的问题，当A创建时，由于earlyProxyReferences缓存的原因，并没有创建代理对象，因此此时A仍然保持为原始对象。我们知道，当bean创建完成后，它将被放入一级缓存中，但如果在此之后被其他对象引用，那不就会出现问题吗？别人引用的都是原始对象了，而不是代理对象，但是请不要着急，因为在实例化之后，有一行代码可以解决这个问题。
if (earlySingletonExposure) {
Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
if (earlySingletonReference != null) {
if (exposedObject == bean) {
exposedObject = earlySingletonReference;
}
......省略代码
在实例化原始对象后，他会首先从三级缓存中检查是否存在缓存对象。这是因为在创建B对象时，已经将A的代理对象放入二级缓存。因此，取出的对象是代理对象。接着，当进行 exposedObject == bean 的比较时，发现它们不相同。因此，以代理对象为准并将其返回。最终，最外层存储的将是代理对象。
protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
synchronized (this.singletonObjects) {
this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);
this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
this.registeredSingletons.add(beanName);
}
}
总结
在上一个章节中我们提到了今天要讨论三级缓存，让我们根据上面提到的三级缓存内容，做一个详尽的总结：
-
singletonObjects：缓存经过了完整生命周期的bean。
-
earlySingletonObjects缓存了未经过完整生命周期的bean。当某个bean出现循环依赖时，该bean会被提前放入earlySingletonObjects中。如果该bean需要经过AOP，那么代理对象将会被放入earlySingletonObjects；否则，原始对象将被放入其中。然而，无论是代理对象还是原始对象，它们的生命周期都尚未完全结束。因此视为未经过完整生命周期的bean。
-
singletonFactories缓存的是一个ObjectFactory，这个ObjectFactory实际上是一个Lambda表达式。在每个Bean的生成过程中，当原始对象实例化完成后，会提前基于原始对象生成一个Lambda表达式，并将其保存到三级缓存中。这个Lambda表达式可能会被使用，也可能不会。如果当前Bean不存在循环依赖，那么这个Lambda表达式将不会被使用，当前的Bean将按照正常的生命周期执行完毕，并将自身放入singletonObjects中。但是，如果在依赖注入的过程中发现了循环依赖（即当前正在创建的Bean被其他Bean所依赖），则会从三级缓存中取出Lambda表达式，并执行它以获取一个对象，然后将得到的对象放入二级缓存中。需要特别注意的是，如果当前Bean需要AOP处理，则执行Lambda表达式后得到的将是代理对象；否则，直接得到的是原始对象。
当涉及Spring框架中动态代理的实现机制时，除了已经提到的earlySingletonObjects和singletonFactories这两个缓存外，还有一个重要的缓存值得一提，那就是earlyProxyReferences。这个缓存的作用在于记录某个原始对象是否已经进行过AOP（面向切面编程）处理。
至此，整个循环依赖解决完毕。
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