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📅 2025年4月9日 🏷️ spring ⏱️ 7 分钟阅读 Spring

Spring 循环依赖三级缓存源码级解析 ​

问题 ​

Spring 如何解决构造器注入和 setter 注入的循环依赖？三级缓存各存什么？

循环依赖是什么 ​

循环依赖指 Bean A 依赖 Bean B，Bean B 又依赖 Bean A（或更复杂的链路 A → B → C → A）。如果不做特殊处理，容器在创建 A 时发现需要 B，去创建 B 时发现需要 A，形成死锁。

Spring 并非对所有循环依赖都能解决，它只解决 setter 注入（字段注入也算 setter 注入的一种） 的循环依赖，构造器注入的循环依赖会直接报错。

三级缓存的定义 ​

三级缓存定义在 DefaultSingletonBeanRegistry 中，三个 ConcurrentHashMap：

java
// 一级缓存：完全初始化好的单例 bean（成品）
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

// 二级缓存：提前暴露的早期 bean（半成品，已完成实例化但未完成属性注入和初始化）
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(16);

// 三级缓存：ObjectFactory 工厂，用于生成早期 bean 的代理对象
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

为什么需要三级缓存 ​

要理解三级缓存的设计，先看一个循环依赖场景：

java
@Component
public class A {
    @Autowired
    private B b;
}

@Component
public class B {
    @Autowired
    private A a;
}

只能用一级缓存 —— 不行 ​

如果只有一级缓存（成品库存），A 创建到一半时发现需要 B，但 B 还没创建，死锁。A 不可能把自己"半成品"放进去，因为一级缓存只装成品。

只用两级缓存 —— 勉强可行，但有性能问题 ​

如果只有一级 + 二级缓存，流程会是：

  1. A 实例化，放入二级缓存（半成品）
  2. A 注入属性，发现需要 B
  3. B 实例化，放入二级缓存
  4. B 注入属性，从二级缓存拿到 A 的早期引用
  5. B 完成初始化，放入一级缓存
  6. A 从二级缓存移到一级缓存

看起来可以？问题出在 AOP 代理上。假设 A 需要被 AOP 增强（比如加了 @Transactional），那么：

  • 在步骤 2 中，A 的早期引用（从二级缓存拿到的）还没有被代理
  • 当 B 把 A 的原始引用存入自己的字段后，后续 A 在步骤 6 生成了 AOP 代理对象
  • 最终 B 持有的是 A 的原始对象，而不是 AOP 代理对象 —— 事务/缓存等增强全部失效

如果去掉二级缓存，每次直接从二级缓存拿"代理后的对象"，那所有 bean 即使没有循环依赖，也要提前生成代理对象，浪费性能。

三级缓存的设计 —— 延迟代理 ​

三级缓存通过 ObjectFactory 延迟代理的创建，核心方法：

java
// DefaultSingletonBeanRegistry.getSingleton()
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    // 1. 查一级缓存（成品）
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
        // 2. 查二级缓存（早期半成品）
        singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
        if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
            // 3. 查三级缓存，执行 ObjectFactory 生成早期引用
            synchronized (this.singletonObjects) {
                ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                if (singletonFactory != null) {
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                    // 放入二级缓存，删除三级缓存，避免重复创建
                    this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                    this.singletonFactories.remove(beanName);
                }
            }
        }
    }
    return singletonObject;
}

三级缓存的 ObjectFactory 在哪里放进去的？在 doCreateBean() 方法中：

java
// AbstractAutowireCapableBeanFactory.doCreateBean()
// 实例化后，在属性注入之前，判断是否允许提前暴露
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences
        && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
    addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}

getEarlyBeanReference 是关键入口——它会调用所有 SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor 的 getEarlyBeanReference 方法。Spring AOP 的代理对象就是在这里生成的：

java
// AbstractAutoProxyCreator.getEarlyBeanReference()
@Override
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
    // 如果有循环依赖，提前创建代理对象
    if (this.earlyProxyReferences.add(beanName)) {
        return wrapIfNecessary(bean, beanName, null);
    }
    return bean;
}

完整流程演示 ​

用 A → B → A 的循环依赖走一遍完整流程：

1. createBean(A) 开始
   → A 实例化（反射，分配内存）
   → addSingletonFactory(A, factory)  // A 放入三级缓存
   → populateBean(A) 开始注入属性
     → 发现需要 B
     → getBean(B)

2. createBean(B) 开始
   → B 实例化
   → addSingletonFactory(B, factory)  // B 放入三级缓存
   → populateBean(B) 开始注入属性
     → 发现需要 A
     → getSingleton(A)  // 尝试获取 A
       → 一级缓存没有 A（A 还没完成初始化）
       → 二级缓存没有 A
       → 三级缓存有 A 的 ObjectFactory
       → 执行 factory.getObject() → getEarlyBeanReference(A)
         → 如果 A 需要 AOP，生成 AOP 代理
       → 得到 A 的早期引用（可能是代理对象）
       → 放入二级缓存，删除三级缓存
     → 将 A 的早期引用注入到 B 的 a 字段
   → B 完成属性注入
   → B 执行初始化回调（@PostConstruct, InitializingBean 等）
   → addSingleton(B)  // B 放入一级缓存，删除二三级缓存

3. 回到 A 的 populateBean
   → 注入 B 属性（从一级缓存拿到 B 的完整实例）
   → A 完成属性注入
   → A 执行初始化回调
   → addSingleton(A)  // A 放入一级缓存，删除二三级缓存

构造器注入为什么不行 ​

java
@Component
public class A {
    public A(B b) {}  // 构造器注入
}

@Component
public class B {
    public B(A a) {}  // 构造器注入
}

构造器注入在 createBeanInstance() 阶段（实例化）就卡住了。此时：

  • 三级缓存还没建立（addSingletonFactory 在实例化之后才执行）
  • Spring 在实例化 A 时发现需要 B，去创建 B；B 实例化时发现需要 A，再次尝试创建 A
  • 进入死循环，直到 singletonsCurrentlyInCreation 集合检测到重复创建，抛出 BeanCurrentlyInCreationException

源码位置：DefaultSingletonBeanRegistry.beforeSingletonCreation() 中检查 singletonsCurrentlyInCreation 是否已包含当前 beanName，有则抛异常。

三级缓存常见面试追问 ​

为什么三级缓存不用两级？用两级配合 AOP 提前代理不行吗？ ​

两级缓存方案：一级放成品，二级放"代理后的半成品"。所有 bean 实例化后都默认生成代理对象并放入二级缓存。

问题在于：大多数 bean 没有循环依赖，也不需要 AOP。如果全部提前生成代理，每个 bean 实例化后都要走一遍 wrapIfNecessary，对于几千个 bean 的大项目，这完全是浪费。Spring 通过三级缓存 + ObjectFactory 实现了按需代理——只有真正发生循环依赖时，才会触发 getEarlyBeanReference 生成代理。

@Async 为什么会导致循环依赖报错？ ​

@Async 通过 AsyncAnnotationBeanPostProcessor 生成代理，但这个 PostProcessor 的 getEarlyBeanReference 方法没有实现（只实现了 postProcessAfterInitialization）。所以当循环依赖发生时，getEarlyBeanReference 返回的是原始对象，而不是代理对象。后续在 postProcessAfterInitialization 中会再次生成代理，但 B 已经持有了 A 的原始引用，导致 @Async 不生效。

@Async 的循环依赖直接报错是 Spring 的主动防御机制——与其让用户拿到一个失效的代理，不如直接报错。

解法有哪些？ ​

最推荐：重构代码，消除循环依赖。循环依赖往往是设计上耦合过重的信号，常见的重构手法：

  • 将 A 依赖 B 的字段移到方法参数中，通过方法调用传递
  • 引入中间层（如 EventPublisher），用事件驱动解耦
  • 使用 @Lazy 延迟加载——@Lazy 会生成一个懒加载代理，真正用到时才去容器中获取
java
@Component
public class A {
    @Lazy
    @Autowired
    private B b;  // 通过懒加载代理解决循环依赖
}

@Lazy 的原理是生成一个 JDK/CGLIB 代理，当真正调用 B 的方法时，代理才去容器中 getBean。这样 A 的创建不会被 B 阻塞，B 创建时 A 已经完成初始化和代理。

总结 ​

Spring 三级缓存的设计是性能与正确性的平衡：

缓存内容用途
一级 singletonObjects完全初始化好的 bean正常获取 bean
二级 earlySingletonObjects提前暴露的早期 bean循环依赖时获取半成品
三级 singletonFactoriesObjectFactory 工厂延迟创建 AOP 代理，避免无谓的代理生成

理解三级缓存不能只背"三个 map"，关键是理解每个 map 的职责边界和为什么需要这个边界。一级管成品，二级管早期引用缓存，三级管延迟代理——少一级功能不完整，多一级纯属浪费。

参考资料：Spring 源码 — DefaultSingletonBeanRegistry.getSingleton()；AbstractAutowireCapableBeanFactory.doCreateBean()；AbstractAutoProxyCreator.getEarlyBeanReference()

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