Spring的三级缓存机制

1. 前言

        在学习SSM课程时，针对Spring三级缓存机制进行的画图和记录。感谢雷老师的精彩讲解。网上有很多通过源码级别讲解三级缓存的文章，此篇博客只是记录学习时画的一些流程图和自己的一些理解。

2. 核心流程

2.1. BeanFactory（Bean工厂）

2.2 三级缓存解决循环依赖

2.2.1. 三级缓存的定义

Spring的三级缓存实际上是三级Map，用户管理单实例（Singleton Beans）的初始化：

（1）一级缓存：(singletonObjects) 用于存储完全初始化完成的Bean。

（2）二级缓存：（earlySingletonObjects）用于存储原始对象 "提前暴露的对象” (已创建但未完成依赖注入的Bean)。用于解决循环依赖。

（3）三级缓存：（singletonFactories）用于存储Bean工厂（ObjectFactory）,用于生成实例的代理对象。

2.2.2. 解决循环依赖的流程

        以A依赖B，B依赖A为例说明三级缓存解决循环依赖的流程。循环依赖关系如下图：

1.创建A的原始实例

• Spring首先创建A的原始实例（通过反射调用构造函数），但此时A还未完成属性填充和初始化步骤。
• A的原始实例会存入第三级缓存（singletonFactories），用于暴露代理或原始对象。

2. 填充A的依赖B

• 在处理A的依赖时，Spring发现A依赖B，于是递归创建B。

3. 创建B的原始实例

• 类似地，Spring会通过反射调用构造函数创建B的原始实例，放入三级缓存，暂时还未完成初始化。

4. 填充B的依赖A

• 在处理B的依赖时，Spring发现B依赖于A。
• Spring会先尝试从一级缓存（singletonObjects）中获取A，但此时A尚未完全初始化，因此不在一级缓存中。
• 接下来，Spring尝试从二级缓存（earlySingletonObjects）中获取A的提前暴露对象。
• 如果二级缓存中也没有，Spring会从三级缓存中调用工厂方法，获取A的提前暴露对象，并将其放入二级缓存中。

5. 完成B的初始化

• B获取到A的提前暴露对象后，可以完成自身的依赖注入和初始化操作。
• B初始化完成后，B被移入一级缓存（singletonObjects）中，并从三级缓存和二级缓存中移除。

6. 完成A的初始化

• 返回到A的初始化过程，此时B已经完成初始化（并且在一级缓存中了），所以可以正常注入到A中。
• A的依赖注入和初始化完成后，A被移入一级缓存中，并从二级缓存和三级缓存中移除。

上述数据流示意图如下：

2.2.3. 三级缓存的优势和不适用的场景

核心优势：

（1）解决循环依赖：通过提前暴露Bean的引用，使得相互依赖的Bean可以在初始化过程中被访问；

（2）性能优化：将完全初始化的Bean存储在一级缓存中，减少反复初始化；

（3）灵活性：通过三级缓存的延迟创建，可以对Bean进行动态代理或扩展。

不能解决的场景：

        Spring的三级缓存默认是解决单实例Bean的循环依赖。如果互相依赖的Bean是通过构造方法进行注入的，三级缓存没法解决。 

2.2.4. 总结

        Spring通过三级缓存机制解决了容器中组件的循环依赖问题，核心是第三级缓存（singletonFactories）中存放的是创建Bean组件的工厂方法，它允许在 Bean 初始化完成之前提前暴露其对象引用。如果A依赖B，B依赖A，其核心流程就是：

        对A进行依赖注入B时，会通过工厂方法从三级缓存中获取A的提前暴露的对象，并放入二级缓存供B使用，待B完成初始化后，B会被移入一级缓存中，并从二级和三级缓存中移除。此时A就可以正常注入B，待A完成初始化后会被移入一级缓存并从二级缓存和三级缓存中移除。从而避免了循环依赖导致的死锁问题。

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