来谈谈Spring构造函数注入的循环依赖问题

一、循环依赖

• spring的循环依赖主要是指两个类相互之间通过@Autowired自动依赖注入对方，即类A包含一个类B的对象引用并需要自动注入，类B包含一个类A的对象引用也需要自动注入。

• 对于循环依赖问题，spring根据注入方式的不同，采取不同的处理策略，对于双方都是使用属性值注入或者setter方法注入，则spring可以自动解决循环依赖注入问题，应用程序可以成功启动；对于双方都是使用构造函数注入对方或者主bean对象（Spring在启动过程中，先加载的bean对象）使用构造函数注入，则spring无法解决循环依赖注入，程序报错无法启动。

二、可以解决的循环依赖

能够解决循环依赖的情况

• 主bean通过属性或者setter方法注入所依赖的bean，不是通过构造函数注入。

循环依赖解决的实现

实现基础

循环依赖的解决：三级缓存实现，即singletonObjects，earlySingletonObjects和singletonFactories。如下为DefaultSingletonBeanRegistry的getSingleton方法实现：该方法主要在AbstractBeanFactory的doGetBean方法调用。

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    // 检查一级缓存singletonObject是否存在
 Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
 
 // 当前还不存在这个单例对象，
 // 且该对象正在创建中，即在singletonsCurrentlyInCreation列表中
 if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
  synchronized (this.singletonObjects) {
  
      // 检查二级缓存earlySingletonObjects是否存在
   singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
   if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
   
       // 检查三级缓存singletonFactory是否可以创建
    ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
    if (singletonFactory != null) {
    
        // 三级缓存的对象工厂创建该对象
     singletonObject = singletonFactory.getObject();
     
     // 放入二级缓存earlySingletonObjects中
     this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
     
        // 移除一级缓存
     this.singletonFactories.remove(beanName);
    }
   }
  }
 }
 return singletonObject;
}

实现过程

1.在创建主bean对象时，AbstractBeanFactory调用DefaultSingletonBeanRegistry的getSingleton方法：将主bean放入singletonsCurrentlyInCreation列表中，从而使得以上的三级缓存实现方法getSingleton，能够进入二三级缓存earlySingletonObjects，singletonFactories查找这个主bean，主要是给依赖bean查找主bean时使用的。

2.接着会调用AbstractAutowireCapableBeanFactory的createBean方法，而createBean方法会调用AbstractAutowireCapableBeanFactory的doCreateBean方法，doCreateBean的方法实现如下：先调用addSingletonFactory方法，在三级缓存singletonFactories中放入主bean的类型为ObjectFactory的singletonFactory对象创建工厂，这样在创建所依赖的bean对象时，可以通过三级缓存机制获取到主bean对象引用。

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
  throws BeanCreationException {
  // 省略其他代码
  
  // 1. 调用构造函数创建该bean对象，若不存在构造函数注入，顺利通过
  instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);

  // 2. 在singletonFactories缓存中，放入该bean对象，以便解决循环依赖问题
  addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
     
  // 3. populateBean方法：bean对象的属性赋值
  populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);

  // 省略其他代码
}

3.在doCreateBean方法中，调用populateBean进行属性赋值，其中步骤2的addSingletonFactory方法是在调用populateBean方法之前调用的，故在调用populateBean对主bean对象进行属性值注入或者setter注入时，主bean的创建工厂已经在singletonFactories缓存中了。

4.在populateBean方法中查找或者创建所依赖的bean对象。在创建所依赖的bean对象时，会调用到AbstractBeanFactory的doGetBean方法。而如果存在循环依赖，则所依赖的bean可以通过属性注入，setter方法注入，或者通过构造函数注入主bean：

1. 如果通过属性值或者setter方法注入，则没有循环依赖问题。因为主bean和所依赖的bean都可以成功调用构造函数创建对象，通过对象引用来引用对方。属性值注入和setter方法注入，通过bean对象的后置处理器BeanPostProcessor来对该bean对象的属性值进行注入；

2. 如果该依赖bean对象通过构造函数注入主bean对象，则在调用构造函数创建该依赖bean对象，需要查找主bean对象时，查找时会继续调用到AbstractBeanFactory的doGetBean方法获取主bean对象，而在AbstractBeanFactory的doGetBean方法调用getSingleton方法检查三级缓存是否可以得到主bean对象。

3. 由步骤1和步骤2可知，由于getSingleton方法的singletonsCurrentlyInCreation和singletonFactories都已经有了主bean的相关信息，通过三级缓存可以查找到主bean对象，即通过主bean对象的创建工厂singletonFactories创建提前曝光的主bean对象，并放入二级缓存earlySingletonObjects，故可以解决为这个依赖bean对主bean的依赖注入，从而成功创建该依赖对象bean。

5.当创建好这个依赖bean对象之后，主bean的属性可以完整注入成功。而由于该所依赖bean包含了主bean中对象引用，故该所依赖的bean对象可以访问和使用主bean，该所依赖的bean对象也是完整的对象，从而最终解决了主bean和所依赖bean之间的循环依赖问题。

6.最后，注入成功之后，都会将单例bean对象放入一级缓存singletonObjects中，并移除存放提前曝光对象的二级缓存earlySingletonObjects和该bean对象的创建工厂缓存earlySingletonObjects，如下为DefaultSingletonBeanRegistry的getSingleton方法实现和addSingleton方法实现：

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
 
        // 省略其他代码
    
  // 将当前beanName放入singletonsCurrentlyInCreation中，以便解决循环依赖问题
  beforeSingletonCreation(beanName);
  
     try {
         // getObject方法会调用AbstractAutowireCapableBeanFactory的createBean方法
   singletonObject = singletonFactory.getObject();
   newSingleton = true;
  }
   
  // 省略其他代码
  
  if (newSingleton) {
   // 创建好bean对象后，放入singleObjects缓存中
   addSingleton(beanName, singletonObject);
  }
  
  return singletonObject;
 }
}
 
protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
 synchronized (this.singletonObjects) {
     // 放入一级缓存
  this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
  // 移除二三级缓存
  this.singletonFactories.remove(beanName);
  this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
  this.registeredSingletons.add(beanName);
 }
}

三、无法解决的循环依赖问题

• 在主bean中通过构造函数注入所依赖的bean。

• 如下controller为主bean，service为所依赖的bean：

@RestController
public class AccountController {
    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(AccountController.class);

    private AccountService accountService;

    // 构造函数依赖注入
    // 不管是否设置为required为true，都会出现循环依赖问题
    @Autowire
    // @Autowired(required = false)
    public AccountController(AccountService accountService) {
        this.accountService = accountService;
    }
    
}

@Service
public class AccountService {
    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(AccountService.class);
    
    // 属性值依赖注入
    @Autowired
    private AccountController accountController;
    
}

启动打印如下：

***************************
APPLICATION FAILED TO START
***************************

Description:

The dependencies of some of the beans in the application context form a cycle:

┌─────┐
|  accountController defined in file [/Users/xieyizun/study/personal-projects/easy-web/target/classes/com/yzxie/easy/log/web/controller/AccountController.class]
↑     ↓
|  accountService (field private com.yzxie.easy.log.web.controller.AccountController com.yzxie.easy.log.web.service.AccountService.accountController)
└─────┘

如果是在主bean中通过属性值或者setter方法注入所依赖的bean，而在所依赖的bean使用了构造函数注入主bean对象，这种情况则不会出现循环依赖问题。

@RestController
public class AccountController {
    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(AccountController.class);

    // 属性值注入
    @Autowired
    private AccountService accountService;
    
}

@Service
public class AccountService {
    private AccountController accountController;

    // 构造函数注入
    @Autowired
    public AccountService(AccountController accountController) {
        this.accountController = accountController;
    }
    
}

四、总结

• 当存在循环依赖时，主bean对象不能通过构造函数的方式注入所依赖的bean对象，而所依赖的bean对象则不受限制，即可以通过三种注入方式的任意一种注入主bean对象。

• 如果主bean对象通过构造函数方式注入所依赖的bean对象，则无论所依赖的bean对象通过何种方式注入主bean，都无法解决循环依赖问题，程序无法启动。

• 原因主要是主bean对象通过构造函数注入所依赖bean对象时，无法创建该所依赖的bean对象，获取该所依赖bean对象的引用。因为如下代码所示。

• 创建主bean对象，调用顺序为：

1.调用构造函数，2. 放到三级缓存，3. 属性赋值，其中调用构造函数时会触发所依赖的bean对象的创建。

     // bean对象实例创建的核心实现方法
     protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
       throws BeanCreationException {
       // 省略其他代码
      
       // 1. 调用构造函数创建该bean对象，若不存在构造函数注入，顺利通过
       instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
      
     
       // 2. 在singletonFactories缓存中，放入该bean对象，以便解决循环依赖问题
       addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
      
     
       // 3. populateBean方法：bean对象的属性赋值
       populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
     
       
       // 省略其他代码
      return exposedObject;
     }

• createBeanInstance是调用构造函数创建主bean对象，在里面会注入构造函数中所依赖的bean，而此时并没有执行到addSingletonFactory方法来添加主bean对象的创建工厂到三级缓存singletonFactories中。

• 故在createBeanInstance内部，注入和创建该主bean对象时，如果在构造函数中存在对其他bean对象的依赖，并且该bean对象也存在对主bean对象的依赖，则会出现循环依赖问题，原理如下：

  主bean对象为A，A对象依赖于B对象，B对象也存在对A对象的依赖，创建A对象时，会触发B对象的创建，则B无法通过三级缓存机制获取主bean对象A的引用（即B如果通过构造函数注入A，则无法创建B对象；如果通过属性注入或者setter方法注入A，则创建B对象后，对B对象进行属性赋值，会卡在populateBean方法也无法返回）。
  故无法创建主bean对象所依赖的B，创建主bean对象A时，createBeanInstance方法无法返回，出现代码死锁，程序报循环依赖错误。