Spring循环依赖中，三级缓存如何解决单例Bean的创建顺序问题？

Question

在Spring框架中，当遇到A依赖B，B依赖C，C又依赖A的循环依赖场景时，单例Bean的创建顺序可能会导致问题。Spring通过三级缓存机制巧妙解决了这一问题。 一级缓存（singletonObjects）存放完全初始化完成的Bean；二级缓存（earlySingletonObjects）存放已实例化但未完全初始化的Bean；三级缓存（singletonFactories）存放用于创建Bean的工厂对象。当检测到循环依赖时，Spring会优先从一级缓存获取Bean，若不存在则尝试从二级缓存获取。如果仍无法满足依赖，则通过三级缓存创建一个临时的早期暴露Bean（Early Bean），确保依赖注入链的完整性。 常见问题是：为什么原型Bean之间会出现循环依赖时报错？这是因为原型Bean每次请求都会创建新实例，而Spring的三级缓存只针对单例Bean生效，无法解决原型Bean间的循环依赖问题。

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1. Spring循环依赖问题概述

在Spring框架中，当出现A依赖B，B依赖C，C又依赖A的循环依赖场景时，单例Bean的创建顺序可能会导致问题。这是因为Spring在初始化Bean时，需要按照一定的顺序进行依赖注入。如果存在循环依赖，可能导致某个Bean尚未完全初始化就被提前使用。

为了解决这一问题，Spring引入了三级缓存机制。以下是三级缓存的基本功能：

• 一级缓存（singletonObjects）: 存放完全初始化完成的Bean。
• 二级缓存（earlySingletonObjects）: 存放已实例化但未完全初始化的Bean。
• 三级缓存（singletonFactories）: 存放用于创建Bean的工厂对象。

当检测到循环依赖时，Spring会优先从一级缓存获取Bean。若不存在，则尝试从二级缓存获取。如果仍无法满足依赖，则通过三级缓存创建一个临时的早期暴露Bean（Early Bean），确保依赖注入链的完整性。

2. 单例Bean的三级缓存机制详解

Spring通过三级缓存机制解决了单例Bean之间的循环依赖问题。以下是具体流程：

1. Spring首先检查一级缓存（singletonObjects），判断目标Bean是否已经完全初始化。
2. 如果一级缓存中不存在目标Bean，则检查二级缓存（earlySingletonObjects），判断目标Bean是否已经实例化但尚未完成初始化。
3. 如果二级缓存中也不存在目标Bean，则通过三级缓存（singletonFactories）创建一个临时的早期暴露Bean（Early Bean），并将其放入二级缓存。
4. 最终完成所有Bean的初始化后，将Bean移入一级缓存。

以下是一个简单的代码示例，展示如何通过三级缓存解决循环依赖：

public class A {
    private B b;
}

public class B {
    private C c;
}

public class C {
    private A a;
}
    

3. 原型Bean的循环依赖问题分析

原型Bean之间出现循环依赖时报错的原因在于，原型Bean每次请求都会创建新实例，而Spring的三级缓存只针对单例Bean生效。因此，原型Bean间的循环依赖无法通过三级缓存机制解决。

以下是原型Bean循环依赖问题的常见表现：

场景	问题描述	解决方案
A依赖B，B依赖A（均为原型Bean）	Spring容器无法确定哪个Bean应该先被创建，导致循环依赖异常。	重构代码逻辑，避免原型Bean之间的直接依赖。
A依赖B，B依赖C，C依赖A（均为原型Bean）	类似的循环依赖问题，Spring无法通过缓存机制解决。	通过Setter方法或构造器注入，手动管理依赖关系。

4. 循环依赖问题的解决方案与优化

针对循环依赖问题，除了依赖Spring的三级缓存机制外，还可以通过以下方式进行优化：

• 重构代码，避免不必要的循环依赖。
• 使用接口或抽象类解耦。
• 通过Setter方法或构造器注入，显式管理依赖关系。

以下是循环依赖问题的处理流程图：

graph TD
    A[开始] --> B[检查一级缓存]
    B -->|命中| C[返回Bean]
    B -->|未命中| D[检查二级缓存]
    D -->|命中| E[返回Bean]
    D -->|未命中| F[创建Early Bean]
    F --> G[将Bean放入二级缓存]
    G --> H[完成初始化]
    H --> I[将Bean移入一级缓存]