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?首先明確一點(diǎn)，Spring如果使用二級(jí)緩存也是完全能夠解決代理bean的循環(huán)依賴問(wèn)題的。那Spring為什么要使用三級(jí)緩存的設(shè)計(jì)呢？在回答這個(gè)問(wèn)題前我們先明確一些概念。

Spring Bean相關(guān)的知識(shí)

Spring Bean 的創(chuàng)建過(guò)程

1. 掃描xml或者注解獲取BeanDefinition；
2. 實(shí)例化bean：通過(guò)createBeanInstance方法創(chuàng)建bean的原始對(duì)象BeanWrapper；
3. 注入bean的依賴：利用populateBean方法（本質(zhì)是反射）注入bean的依賴屬性；
4. 初始化bean：調(diào)用initializeBean方法最終形成完整的bean對(duì)象；

Spring Bean 的三級(jí)緩存定義

三級(jí)緩存的查找策略是，先從一級(jí)緩存獲取，若獲取不到就從二級(jí)緩存，仍然獲取不到則從三級(jí)緩存獲取，若還是獲取不到則通過(guò)bean對(duì)應(yīng)的BeanDefinition信息實(shí)例化。

Tips：二、三級(jí)緩存會(huì)在DI的過(guò)程中被刪除，最終所有的Bean都會(huì)變成完整的bean并存入一級(jí)緩存中。

• 三級(jí)緩存singletonFactories：在注入bean的依賴前存入，所有bean都會(huì)存入，循環(huán)依賴時(shí)會(huì)使用，代碼如下：

/** Cache of singleton factories: bean name --> ObjectFactory */
private final Map> singletonFactories = new HashMap>(16);

• 二級(jí)緩存earlySingletonObjects：存放實(shí)例化的對(duì)象（可能是原始對(duì)象也可能是代理對(duì)象），代碼如下：

/** Cache of early singleton objects: bean name --> bean instance */
private final Map earlySingletonObjects = new HashMap(16);

• 一級(jí)緩存singletonObjects：用于存放完整的bean，代碼如下：

/** Cache of singleton objects: bean name --> bean instance */
private final Map singletonObjects = new ConcurrentHashMap(256);

什么是循環(huán)依賴？

循環(huán)依賴是指：Spring在初始化A的時(shí)候需要注入B，而初始化B的時(shí)候需要注入A，在Spring啟動(dòng)完成后這倆個(gè)對(duì)象都必須是完整的bean。

循環(huán)依賴的場(chǎng)景有三種：

• 構(gòu)造器循環(huán)依賴：Spring無(wú)法解決，因?yàn)閎ean創(chuàng)建的第一步就是通過(guò)構(gòu)造器實(shí)例化，也就是說(shuō)解決循環(huán)依賴的前提就是對(duì)象可以實(shí)例化并緩存，與Java死鎖很像；
• prototype范圍的依賴：該循環(huán)依賴Spring不可解決，prototype作用域的bean Spring不緩存，因此在依賴注入時(shí)無(wú)法獲取到依賴的bean；
• setter循環(huán)依賴：該循環(huán)依賴是Spring推薦的方式，我們接下來(lái)就重點(diǎn)講解這種方式；

一個(gè)簡(jiǎn)單setter循環(huán)依賴的代碼示例如下：

@Service
public class A {
    // @Autowired也行
    @Resource
    private B b;
}

@Service
public class B {
    // @Autowired也行
    @Resource
    private A a;
}

Spring 是如何利用多級(jí)緩存解決循環(huán)依賴的

我們先拋開(kāi)Spring的實(shí)現(xiàn)來(lái)做一次解決循環(huán)依賴的設(shè)計(jì)推演。

在沒(méi)有緩存的情況下循環(huán)依賴的場(chǎng)景

如圖可以直接觀察到，當(dāng)沒(méi)有緩存時(shí)，當(dāng)發(fā)生循環(huán)依賴時(shí)直接死循環(huán)了，最終的結(jié)局就是StackOverflow或者OOM。

增加一層緩存

為了解決上面循環(huán)依賴的問(wèn)題，我們加入一層緩存，緩存可以使用Map結(jié)構(gòu)，key為beanName，value為對(duì)象實(shí)例。如下如：

從上圖可以直觀的看出，循環(huán)依賴的問(wèn)題已經(jīng)得到了完美解決，但是又有了一個(gè)新問(wèn)題，這個(gè)緩存中的bean可能有已經(jīng)創(chuàng)建完成的、正在創(chuàng)建中還沒(méi)有注入依賴的，它們都摻雜在一起，我們?nèi)绾伪ＷCMap里面的所有對(duì)象是完整的呢？一層緩存很顯然不符合設(shè)計(jì)規(guī)范，也缺乏安全性與擴(kuò)展性。

二級(jí)緩存設(shè)計(jì)

我們希望的是，明確已經(jīng)構(gòu)建完成的的Bean被放入到一個(gè)緩存中，創(chuàng)建中的bean在另外一個(gè)緩存中，于是就有了下面的結(jié)構(gòu)：

與一級(jí)緩存架構(gòu)設(shè)計(jì)的區(qū)別在于：

• 新增了二級(jí)緩存，用于存放剛實(shí)例化的bean；
• 當(dāng)bean初始化完成后會(huì)放入一級(jí)緩存，同時(shí)將bean從二級(jí)緩存中的刪除（不需要一式兩份，保留一份最終完整的Bean即可）

從目前看這個(gè)設(shè)計(jì)完美解決了bean的完整性問(wèn)題，但是在實(shí)際生產(chǎn)中問(wèn)題總是疊著問(wèn)題，沒(méi)有完美的架構(gòu)設(shè)計(jì)。我們都知道Java中有代理，而且代理的應(yīng)用非常廣泛，包括在Spring中就有非常多的代理，那問(wèn)題就來(lái)了，我們?nèi)绾螀^(qū)分代理對(duì)象與普通對(duì)象？如果循環(huán)依賴中存在代理對(duì)象的循環(huán)依賴會(huì)發(fā)生什么呢？

代理對(duì)象的循環(huán)依賴

在現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們往往會(huì)產(chǎn)生很多的代理對(duì)象，當(dāng)存在代理對(duì)象加入到循環(huán)依賴流程會(huì)是什么樣的場(chǎng)景，我們來(lái)推演一下，我們?nèi)匀皇褂枚?jí)緩存的設(shè)計(jì)來(lái)做推演。

如果我們?cè)赽ean初始化完成之后再創(chuàng)建代理對(duì)象，整個(gè)流程是這樣的：

從上圖可以非常直觀的看出，最終在一級(jí)緩存中的對(duì)象A是一個(gè)proxy_A，但是對(duì)象B依賴的對(duì)象A卻是一個(gè)普通A！很明顯現(xiàn)有的設(shè)計(jì)不能夠滿足代理對(duì)象的循環(huán)依賴問(wèn)題。

如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？我們還是在上一個(gè)設(shè)計(jì)上做修改：

• 方案一：在獲取到A時(shí)立即創(chuàng)建代理，如下圖（紅色部分）所示：

這個(gè)方案看起來(lái)解決了B對(duì)象依賴不到A的proxy對(duì)象問(wèn)題，但是又引起了一個(gè)致命的問(wèn)題，在A初始化完成之后還會(huì)創(chuàng)建一次代理對(duì)象，那么就創(chuàng)建了兩次代理對(duì)象，他們是完全不一樣的，這個(gè)代理對(duì)象不是單例的了！

• 方案二：在方案一的基礎(chǔ)上，我們是不是可以將創(chuàng)建完的proxy_A對(duì)象加入到二級(jí)緩存中，直接覆蓋掉普通A（代理對(duì)象會(huì)持有普通對(duì)象A的引用，所以可以覆蓋）：這個(gè)方案看上去沒(méi)有問(wèn)題，但是從設(shè)計(jì)角度講，這不符合設(shè)計(jì)規(guī)范，而且覆蓋后的A是個(gè)代理對(duì)象，在后續(xù)的操作中，如果再?gòu)亩?jí)緩存中獲取A，這時(shí)候就不知道到底獲取到的是普通A還是proxy_A了，這無(wú)形增加了判斷識(shí)別的復(fù)雜度。
• 方案三：在首次實(shí)例化A的時(shí)候就直接創(chuàng)建A的代理對(duì)象，并放入二級(jí)緩存中：這個(gè)方案與方案二有相同的問(wèn)題，這里不在贅述。

解決代理對(duì)象的循環(huán)依賴之終極方案

解決代理對(duì)象的循環(huán)依賴之終極方案-三級(jí)緩存！

與二級(jí)緩存設(shè)計(jì)最大的不同點(diǎn)在于：

• 在獲取到A時(shí)創(chuàng)建proxy_A，同時(shí)將其加入到二級(jí)緩存中，并返回給B，這樣B就依賴了proxy_A；
• 在A初始化過(guò)程中會(huì)創(chuàng)建代理對(duì)象，這時(shí)候會(huì)做一個(gè)檢查，也就是會(huì)去查詢二級(jí)緩存，看有沒(méi)有proxy_A的存在，如果有說(shuō)明proxy_A已經(jīng)創(chuàng)建，我們會(huì)選擇二級(jí)緩存中的proxy_A存入一級(jí)緩存并返回（因?yàn)槎?jí)緩存中的proxy_A已經(jīng)被B依賴）；

其它流程不在贅述，該設(shè)計(jì)中最重要的幾個(gè)地方在Spring中的實(shí)現(xiàn)是更加細(xì)致的，我在流程途中只是簡(jiǎn)單概括，下面特殊說(shuō)明一下幾個(gè)點(diǎn)。

Spring Bean初始化會(huì)產(chǎn)生代理對(duì)象的場(chǎng)景

在上述流程中，標(biāo)記位黃色的部分就是兩個(gè)代理對(duì)象的創(chuàng)建的地方，在Spring中就是這兩個(gè)后置處理器調(diào)用的地方，它們分別是：

• 在調(diào)用getEarlyBeanReference時(shí)如果實(shí)現(xiàn)了BeanPostProcessor則會(huì)創(chuàng)建代理對(duì)象；
• 另一個(gè)地方是在執(zhí)行Bean初始化initializeBean時(shí)執(zhí)行BeanPostProcessor會(huì)創(chuàng)建代理對(duì)象；

在Spring中的第三級(jí)緩存有更加靈活設(shè)計(jì)

在Spring中，第三級(jí)緩存不僅僅是存入了實(shí)例化的對(duì)象，而是存入了一個(gè)匿名類ObjectFactory，getEarlyBeanReference函數(shù)的實(shí)現(xiàn)中會(huì)調(diào)用BeanPostProcessor執(zhí)行用戶自定義的邏輯。具體代碼如下：

// Eagerly cache singletons to be able to resolve circular references
// even when triggered by lifecycle interfaces like BeanFactoryAware.
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
                                  isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
    if (logger.isDebugEnabled()) {
        logger.debug("Eagerly caching bean '" + beanName +
                     "' to allow for resolving potential circular references");
    }
    // addSingletonFactory方法是將bean加入三級(jí)緩存中
    // 三級(jí)緩存會(huì)被ObjectFactory包裝
    // getEarlyBeanReference方法會(huì)執(zhí)行Bean的后置處理器
    addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory