在 Spring 框架中，Bean 的创建和管理是其核心功能之一。为了优化 Bean 的创建过程并解决循环依赖等问题，Spring 引入了三级缓存机制。让我们深入探讨这一机制的工作原理和实现细节。
1. 什么是三级缓存？
Spring 的三级缓存主要用于解决单例 Bean 创建时的循环依赖问题。三级缓存分别是：
1. **一级缓存（singletonObjects）**：已经完全初始化好的单例 Bean。
2. **二级缓存（earlySingletonObjects）**：提前暴露的单例对象，尚未完全初始化，但已经实例化。
3. **三级缓存（singletonFactories）**：单例工厂，用于创建 Bean 对象的工厂。
2. 三级缓存的具体实现
三级缓存的实现主要在 `DefaultSingletonBeanRegistry` 类中进行。以下是该类中的相关属性：
```java public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry { // 一级缓存：存放完全初始化好的单例 Bean private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256); // 二级缓存：提早曝光的单例对象，存放原始的 Bean 实例 private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16); // 三级缓存：存放单例工厂对象，Bean工厂 private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16); } ```
3. 三级缓存的工作流程
3.1 Bean 创建前的准备
当 Spring 需要创建一个 Bean 时，会先检查三级缓存，看看是否可以复用现有的 Bean 实例。
3.2 从缓存中获取 Bean
以下是从缓存中获取 Bean 的代码片段：
```java protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) { // 从一级缓存中获取 Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName); if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) { synchronized (this.singletonObjects) { // 如果一级缓存中没有，则从二级缓存中获取 singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName); if (singletonObject == null && allowEarlyReference) { // 如果二级缓存中也没有，则从三级缓存中获取，并放入二级缓存中 ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName); if (singletonFactory != null) { singletonObject = singletonFactory.getObject(); this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject); this.singletonFactories.remove(beanName); } } } } return singletonObject; } ```
3.3 将 Bean 放入缓存
当 Bean 被创建出来后，会逐步将其放入各级缓存中，最终放入一级缓存中以表示它已经完全初始化好。
```java protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) { synchronized (this.singletonObjects) { this.singletonObjects.put(beanName, singletonObject); this.earlySingletonObjects.remove(beanName); this.singletonFactories.remove(beanName); } } ```
3.4 处理循环依赖
当一个 Bean 在创建过程中依赖另一个尚未完全初始化的 Bean 时，Spring 可以通过三级缓存机制提前暴露 Bean 的引用，从而解决循环依赖问题。
例如，当 Bean A 依赖 Bean B，而 Bean B 又依赖 Bean A 时，创建过程如下：
1. 创建 Bean A，发现需要依赖 Bean B。
2. 检查缓存，发现 Bean B 尚未初始化，于是去创建 Bean B。
3. 创建 Bean B，发现依赖 Bean A。
4. 检查缓存，发现 Bean A 正在创建过程中，但还没有完全初始化。
5. 将 Bean A 的引用提前暴露，通过三级缓存机制，使得 Bean B 可以访问 Bean A。
6. Bean B 创建完成并放入缓存。
7. 返回继续创建 Bean A，使用已经创建好的 Bean B 完成 Bean A 的初始化。
8. 将完全初始化好的 Bean A 放入一级缓存。
4. 总结
Spring 的三级缓存机制是为了解决单例 Bean 创建过程中的循环依赖问题而设计的。通过引入三级缓存，Spring 可以提前暴露 Bean 的引用，使得其他 Bean 可以在创建过程中使用这些引用，从而有效地解决了循环依赖问题。
三级缓存机制的精妙之处在于它分阶段缓存 Bean 实例，从而确保在任何时刻都能找到合适的 Bean 引用，这不仅提高了 Bean 创建的效率，也增强了 Spring 容器的灵活性和健壮性。理解三级缓存机制对于深入掌握 Spring 框架的运行原理和优化应用程序的性能具有重要意义。
