Spring 的三级缓存机制

Spring 在处理 循环依赖 时使用了 三级缓存机制，这是 Singleton Bean 创建过程中为了解决循环依赖的一种策略。通过三级缓存，Spring 可以提前暴露未完全初始化的对象，避免循环依赖导致的无限递归错误。

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1. 三级缓存的结构

Spring IOC 容器的 三级缓存分为以下三个部分：

1. 一级缓存（singletonObjects）

   • 存储的是完全初始化完成的单例对象。
   • 类型：ConcurrentHashMap<String, Object>
   • 用于直接获取初始化完成的 bean。

2. 二级缓存（earlySingletonObjects）

   • 存储的是早期暴露的单例对象（已实例化但尚未完全初始化的 bean）。
   • 类型：ConcurrentHashMap<String, Object>
   • 用于解决部分场景下的循环依赖问题，避免不必要的代理创建。

3. 三级缓存（singletonFactories）

   • 存储的是ObjectFactory（对象工厂），用于生成 bean 的代理或延迟引用。
   • 类型：ConcurrentHashMap<String, ObjectFactory<?>>
   • 用于在需要时生成早期对象的引用，并放入二级缓存。

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2. 三级缓存的工作流程

当遇到循环依赖时，Spring 会按照以下步骤来创建和管理 bean：

1. 检查一级缓存：

   • 从 singletonObjects 中查找，如果找到，说明这个 bean 已完全初始化，直接返回。

2. 检查二级缓存：

   • 如果一级缓存中没有，则从 earlySingletonObjects（二级缓存）中查找。
   • 如果找到，说明这个 bean 还没完全初始化，但可以提供引用，直接返回。

3. 检查三级缓存：

   • 如果一级和二级缓存都没有，从 singletonFactories（三级缓存）中获取一个对象工厂，调用工厂方法创建早期引用，并放入二级缓存。

4. 放入一级缓存：

   • 完成 bean 的初始化后，将最终的对象存入 singletonObjects（一级缓存），并从二级、三级缓存中移除。

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3. 示例：如何解决循环依赖

假设存在以下两个类：A 和 B，它们互相依赖。

class A {
    
    
    private B b;

    public A(B b) {
    
    
        this.b = b;
    }
}

class B {
    
    
    private A a;

    public void setA(A a) {
    
    
        this.a = a;
    }
}

在 Spring 容器中创建这两个对象时，会出现循环依赖：

1. Spring 尝试实例化 A，但 A 的构造器依赖 B。
2. 容器开始创建 B，但 B 的 setA() 方法又依赖 A。
3. 为了解决这个循环依赖问题，Spring 将未完全初始化的 A 的引用提前暴露到二级缓存中。
4. 在创建 B 时，B 可以通过二级缓存获取 A 的引用，完成注入。
5. 最终，A 和 B 都完成初始化，并分别存入一级缓存。

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4. 代码中的核心逻辑

Spring 的核心实现位于 DefaultSingletonBeanRegistry 类中。

• 三级缓存的使用逻辑大致如下：

// 从一级缓存中获取 bean
Object singletonObject = singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null) {
    
    
    // 如果一级缓存没有，则尝试从二级缓存获取
    singletonObject = earlySingletonObjects.get(beanName);
    if (singletonObject == null) {
    
    
        // 如果二级缓存也没有，则从三级缓存的 ObjectFactory 中获取
        ObjectFactory<?> singletonFactory = singletonFactories.get(beanName);
        if (singletonFactory != null) {
    
    
            singletonObject = singletonFactory.getObject();
            // 提前暴露到二级缓存中
            earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
            singletonFactories.remove(beanName);
        }
    }
}
return singletonObject;

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5. 为什么需要三级缓存？

• 三级缓存的作用： 提前暴露一个未完全初始化的对象（或其代理）引用，避免循环依赖导致的死锁问题。
• 为什么不直接使用二级缓存？
  • 二级缓存只能存储已经创建出的对象引用，但某些代理对象需要延迟创建。三级缓存通过 对象工厂（ObjectFactory） 延迟创建这些代理，灵活性更高。

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6. 适用场景与限制

1. 适用于 Setter 注入：

   • Spring 通过三级缓存可以处理 Setter 注入 场景中的循环依赖。

2. 不适用于构造注入：

   • 如果两个 bean 通过构造器相互依赖，Spring 无法通过三级缓存解决，因为构造器必须一次性注入所有依赖。

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7. 总结

• 一级缓存： 存储完全初始化的对象。
• 二级缓存： 存储早期暴露的对象引用，用于解决循环依赖。
• 三级缓存： 存储对象工厂，用于延迟创建代理对象，并转移到二级缓存中。

三级缓存机制帮助 Spring 处理 Setter 注入 引发的循环依赖问题，但对于 构造器注入 的循环依赖无能为力。