Spring源码最难问题：当Spring AOP遇上循环依赖

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前言

问：Spring如何解决循环依赖？

答：Spring通过提前曝光机制，利用三级缓存解决循环依赖。

再问：Spring通过提前曝光，直接曝光到二级缓存已经可以解决循环依赖问题了，为什么一定要三级缓存？

再细问：如果循环依赖的时候，所有类又都需要Spring AOP自动代理，那Spring如何提前曝光？曝光的是原始bean还是代理后的bean？

这些问题算是Spring源码的压轴题了，如果这些问题都弄明白，恭喜你顺利结业Spring源码了。就单单对Spring这一块的理解，不夸张的说可以达到阿里水准了

源码分析

进入正题，在Spring创建Bean的核心代码doGetBean中，在实例化bean之前，会先尝试从三级缓存获取bean，这也是Spring解决循环依赖的开始

(一) 缓存中获取bean

// AbstractBeanFactory.java
protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,
   @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {

  final String beanName = transformedBeanName(name);
  Object bean;

  // 2. 尝试从缓存中获取bean
  Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
  ...
}

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
 // 从一级缓存获取，key=beanName value=bean
 Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
 if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
  synchronized (this.singletonObjects) {
   // 从二级缓存获取，key=beanName value=bean
   singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
   // 是否允许循环引用
   if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
    /**
     * 三级缓存获取，key=beanName value=objectFactory，objectFactory中存储getObject()方法用于获取提前曝光的实例
     *
     * 而为什么不直接将实例缓存到二级缓存，而要多此一举将实例先封装到objectFactory中？
     * 主要关键点在getObject()方法并非直接返回实例，而是对实例又使用
     * SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的getEarlyBeanReference方法对bean进行处理
     *
     * 也就是说，当spring中存在该后置处理器，所有的单例bean在实例化后都会被进行提前曝光到三级缓存中，
     * 但是并不是所有的bean都存在循环依赖，也就是三级缓存到二级缓存的步骤不一定都会被执行，有可能曝光后直接创建完成，没被提前引用过，
     * 就直接被加入到一级缓存中。因此可以确保只有提前曝光且被引用的bean才会进行该后置处理
     */
    ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
    if (singletonFactory != null) {
     /**
      * 通过getObject()方法获取bean，通过此方法获取到的实例不单单是提前曝光出来的实例，
      * 它还经过了SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的getEarlyBeanReference方法处理过。
      * 这也正是三级缓存存在的意义，可以通过重写该后置处理器对提前曝光的实例，在被提前引用时进行一些操作
      */
     singletonObject = singletonFactory.getObject();
     // 将三级缓存生产的bean放入二级缓存中
     this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
     // 删除三级缓存
     this.singletonFactories.remove(beanName);
    }
   }
  }
 }
 return singletonObject;
}

三级缓存分别是：

singletonObject： 一级缓存，该缓存key = beanName, value = bean;这里的bean是已经创建完成的，该bean经历过实例化->属性填充->初始化以及各类的后置处理。因此，一旦需要获取bean时，我们第一时间就会寻找一级缓存
earlySingletonObjects： 二级缓存，该缓存key = beanName, value = bean;这里跟一级缓存的区别在于，该缓存所获取到的bean是提前曝光出来的，是还没创建完成的。也就是说获取到的bean只能确保已经进行了实例化，但是属性填充跟初始化肯定还没有做完，因此该bean还没创建完成，仅仅能作为指针提前曝光，被其他bean所引用
singletonFactories： 三级缓存，该缓存key = beanName, value = beanFactory;在bean实例化完之后，属性填充以及初始化之前，如果允许提前曝光，spring会将实例化后的bean提前曝光，也就是把该bean转换成beanFactory并加入到三级缓存。在需要引用提前曝光对象时再通过singletonFactory.getObject()获取。

这里抛出问题，如果我们直接将提前曝光的对象放到二级缓存earlySingletonObjects，Spring循环依赖时直接取就可以解决循环依赖了，为什么还要三级缓存singletonFactory然后再通过getObject()来获取呢？这不是多此一举？

(二) 三级缓存的添加

我们回到添加三级缓存，添加SingletonFactory的地方，看看getObject()到底做了什么操作

this.addSingletonFactory(beanName, () -> {
 return this.getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
});

可以看到在返回getObject()时，多做了一步getEarlyBeanReference操作，这步操作是BeanPostProcess的一种，也就是给子类重写的一个后处理器，目的是用于被提前引用时进行拓展。

即：曝光的时候并不调用该后置处理器，只有曝光，且被提前引用的时候才调用，确保了被提前引用这个时机触发。

(三) 提前曝光代理earlyProxyReferences

因此所有的重点都落到了getEarlyBeanReference上，getEarlyBeanReference方法是SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor所规定的接口。再通过UML的类图查看实现类，仅有AbstractAutoProxyCreator进行了实现。也就是说，除了用户在子类重写，否则仅有AbstractAutoProxyCreator一种情况

// AbstractAutoProxyCreator.java
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
 // 缓存当前bean，表示该bean被提前代理了
 Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
 this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
 // 对bean进行提前Spring AOP代理
 return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}

wrapIfNecessary是用于Spring AOP自动代理的。Spring将当前bean缓存到earlyProxyReferences中标识提前曝光的bean在被提前引用之前，然后进行了Spring AOP代理。

但是经过Spring AOP代理后的bean就已经不再是原来的bean了，经过代理后的bean是一个全新的bean，也就是说代理前后的2个bean连内存地址都不一样了。

这时将再引出新的问题：B提前引用A将引用到A的代理，这是符合常理的，但是最原始的bean A在B完成创建后将继续创建，那么Spring Ioc最后返回的Bean是Bean A呢还是经过代理后的Bean呢？

这个问题我们得回到Spring AOP代理，Spring AOP代理时机有2个：

当自定义了TargetSource，则在bean实例化前完成Spring AOP代理并且直接发生短路操作，返回bean
正常情况下，都是在bean初始化后进行Spring AOP代理

如果要加上今天说的提前曝光代理，getEarlyBeanReference可以说3种

第一种情况就没什么好探究的了，直接短路了，根本没有后续操作。而我们关心的是第二种情况，在Spring初始化后置处理器中发生的Spring AOP代理

public Object applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(Object existingBean, String beanName)
  throws BeansException {

 Object result = existingBean;
 for (BeanPostProcessor processor : getBeanPostProcessors()) {
  // 调用bean初始化后置处理器处理
  Object current = processor.postProcessAfterInitialization(result, beanName);
  if (current == null) {
   return result;
  }
  result = current;
 }
 return result;
}

// AbstractAutoProxyCreator.java
public Object postProcessAfterInitialization(@Nullable Object bean, String beanName) {
 if (bean != null) {
  // 获取缓存key
  Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
  // 查看该bean是否被Spring AOP提前代理！而缓存的是原始的bean，因此如果bean被提前代理过，这此处会跳过
  // 如果bean没有被提前代理过，则进入AOP代理
  if (this.earlyProxyReferences.remove(cacheKey) != bean) {
   return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
  }
 }
 return bean;
}

earlyProxyReferences是不是有点熟悉，是的，这就是我们刚刚提前曝光并且进行Spring AOP提前代理时缓存的原始bean，如果缓存的原始bean跟当前的bean是一至的，那么就不进行Spring AOP代理了！返回原始的bean

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
   throws BeanCreationException {
  try {
   //
   /**
    * 4. 填充属性
    * 如果@Autowired注解属性，则在上方完成解析后，在这里完成注入
    *
    * @Autowired
    * private Inner inner;
    */
   populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
   // 5. 初始化
   exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
  }
  catch (Throwable ex) {
   if (ex instanceof BeanCreationException && beanName.equals(((BeanCreationException) ex).getBeanName())) {
    throw (BeanCreationException) ex;
   }
   else {
    throw new BeanCreationException(
      mbd.getResourceDescription(), beanName, "Initialization of bean failed", ex);
   }
  }

  // 6. 存在提前曝光情况下
  if (earlySingletonExposure) {
   // earlySingletonReference：二级缓存，缓存的是经过提前曝光提前Spring AOP代理的bean
   Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
   if (earlySingletonReference != null) {
    // exposedObject跟bean一样，说明初始化操作没用应用Initialization后置处理器(指AOP操作)改变exposedObject
    // 主要是因为exposedObject如果提前代理过，就会跳过Spring AOP代理，所以exposedObject没被改变，也就等于bean了
    if (exposedObject == bean) {
     // 将二级缓存中的提前AOP代理的bean赋值给exposedObject，并返回
     exposedObject = earlySingletonReference;
    }
    // 引用都不相等了，也就是现在的bean已经不是当时提前曝光的bean了
    else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {
     // dependentBeans也就是B, C, D
     String[] dependentBeans = getDependentBeans(beanName);
     Set<String> actualDependentBeans = new LinkedHashSet<>(dependentBeans.length);
     for (String dependentBean : dependentBeans) {
      if (!removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly(dependentBean)) {
       actualDependentBeans.add(dependentBean);
      }
     }
     // 被依赖检测异常
     if (!actualDependentBeans.isEmpty()) {
      throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName,
        "Bean with name '" + beanName + "' has been injected into other beans [" +
        StringUtils.collectionToCommaDelimitedString(actualDependentBeans) +
        "] 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 " +
        "'getBeanNamesOfType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.");
     }
    }
   }
  }

这个时候我们需要理清一下3个变量

earlySingletonReference： 二级缓存，缓存的是经过提前曝光提前AOP代理的bean
bean： 这个就是经过了实例化、填充、初始化的bean
exposedObject： 这个是经过了AbstractAutoProxyCreator的postProcessAfterInitialization处理过后的bean，但是在其中因为发现当前bean已经被earlyProxyReferences缓存，所以并没有进行AOP处理，而是直接跳过，因此还是跟第2点一样的bean

理清这3个变量以后，就会发现，exposedObject = earlySingletonReference;

AOP代理过的Bean赋值给了exposedObject并返回，这时候用户拿到的bean就是AOP代理过后的bean了，一切皆大欢喜了。

但是中间还有一个问题！提前曝光的bean在提前引用时被Spring AOP代理了，但是此时的bean只是经过了实例化的bean，还没有进行@Autowire的注入啊！也就是说此时代理的bean里面自动注入的属性是空的！

(四) 提前AOP代理对象的属性填充、初始化

是的，确实在Spring AOP提前代理后没有经过属性填充和初始化。那么这个代理又是如何保证依赖属性的注入的呢？答案回到Spring AOP最早最早讲的JDK动态代理上找，JDK动态代理时，会将目标对象target保存在最后生成的代理$proxy中，当调用$proxy方法时会回调h.invoke，而h.invoke又会回调目标对象target的原始方法。

因此，其实在Spring AOP动态代理时，原始bean已经被保存在提前曝光代理中了。而后原始Bean继续完成属性填充和初始化操作。因为AOP代理$proxy中保存着traget也就是是原始bean的引用，因此后续原始bean的完善，也就相当于Spring AOP中的target的完善，这样就保证了Spring AOP的属性填充与初始化了！