spring中的三级缓存和循环依赖

在 Spring 框架中，三级缓存 是解决 循环依赖 问题的核心机制之一。理解 Spring 的三级缓存以及如何通过它来处理循环依赖是深入理解 Spring 容器内部工作原理的重要部分。接下来，我将详细讲解 三级缓存 和 循环依赖 是如何在 Spring 中协作的。

Spring 的三级缓存

Spring 使用三级缓存来优化单例 bean 的创建过程，并确保解决循环依赖问题。三级缓存的作用是避免多次创建相同的 bean，同时提供一种机制来处理循环依赖。

三级缓存的构成：

1. 一级缓存（singletonObjects）：

   • 作用：存储已经完全初始化的 bean 对象。
   • 数据结构：一个 Map<String, Object>，键是 bean 的名称，值是 bean 实例。
   • 说明：当 bean 完全创建并初始化完成后，它就会放入一级缓存，表示该 bean 可供整个应用程序使用。

2. 二级缓存（earlySingletonObjects）：

   • 作用：存储提前暴露的单例 bean，即在 bean 实例化过程中，部分初始化好的对象。
   • 数据结构：一个 Map<String, Object>，键是 bean 的名称，值是部分初始化的 bean 对象。
   • 说明：如果 Spring 容器发现 bean 在创建过程中，某些依赖已经创建好并且可以提供给其他 bean 使用，它就会将这些尚未完全初始化的 bean 放入二级缓存，以供后续使用。

3. 三级缓存（singletonFactories）：

   • 作用：存储 bean 创建的工厂方法，即正在创建中的 bean 的工厂对象。
   • 数据结构：一个 Map<String, ObjectFactory<?>>，键是 bean 的名称，值是一个 ObjectFactory 实例，用于获取正在创建中的 bean。
   • 说明：当 Spring 遇到循环依赖问题，且目标 bean 尚未初始化时，它会将一个 工厂方法 放入三级缓存中，后续通过这个工厂方法来生成正在创建中的 bean。

Spring 中的循环依赖

循环依赖问题是指在 bean 的创建过程中，两个或多个 bean 相互依赖，从而导致死锁或无限等待的问题。例如，假设 A 依赖于 B，而 B 又依赖于 A，那么在没有正确的机制支持下，Spring 容器会无法解决这个依赖关系。

Spring 通过三级缓存来解决这种循环依赖问题，确保在某个 bean 正在初始化的过程中，其他需要它的 bean 可以获取到一个已部分初始化的实例。

三级缓存如何解决循环依赖

Spring 解决循环依赖的关键在于提前暴露和工厂方法的使用，具体流程如下：

1. 第一次实例化 bean：

   • 当 Spring 需要实例化一个 bean 时，首先会检查该 bean 是否已经在一级缓存中。如果存在，直接返回。
   • 如果不存在，它会开始创建这个 bean。此时，Spring 会先在 三级缓存 中放入该 bean 的工厂方法（即 ObjectFactory），工厂方法会返回一个正在创建中的 bean 实例。

2. 提前暴露部分初始化的 bean：

   • 在创建过程中，Spring 会把已经部分初始化（例如构造函数已经调用完）的 bean 放入 二级缓存（earlySingletonObjects） 中，这样如果其他 bean 依赖于这个 bean，能够获取到该 bean 的部分初始化实例（通常是一个代理对象）。

3. 循环依赖解决：

   • 假设有 bean A 和 bean B，A 依赖 B，而 B 依赖 A。Spring 会先实例化 A，并把 A 的工厂方法放入三级缓存中。此时，A 还没有完全初始化，但它已经暴露出一个工厂方法，其他依赖它的 bean（例如 B）可以通过工厂方法获取到 A 的实例。
   • 当 Spring 需要初始化 B 时，发现 B 依赖 A，而 A 还没有完全初始化。这时，Spring 会通过三级缓存中的工厂方法获取到 A 的实例。由于 A 的工厂方法已经暴露，Spring 能够获取到一个提前暴露的部分实例（此时 A 还未完全初始化，但足够满足 B 的依赖），然后继续初始化 B。
   • 在 B 初始化完成后，Spring 会继续完成 A 的初始化。

4. 最终完成初始化：

   • 一旦 A 和 B 的循环依赖问题解决后，Spring 会将它们完全初始化并放入一级缓存中。

循环依赖示例

假设我们有如下两个 bean：

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

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

• 当 Spring 初始化 bean A 时，它发现 A 依赖 B。
• Spring 继续初始化 B，发现 B 依赖 A，此时 A 尚未完全初始化。
• 为了避免死锁，Spring 会将 A 的工厂方法（ObjectFactory）放入三级缓存中，然后通过工厂方法返回一个部分初始化的 A 的实例（这个实例不完全初始化，但足以满足 B 的依赖）。
• B 初始化完成后，Spring 会继续完成 A 的初始化，最终将 A 和 B 都放入一级缓存中。

总结

• 三级缓存是 Spring 为了优化单例 bean 创建过程并解决循环依赖问题所引入的机制。通过三级缓存，Spring 能够有效避免循环依赖带来的死锁问题，并提高 bean 的创建效率。
• 三级缓存的组成：一级缓存（已初始化的 bean）、二级缓存（提前暴露的部分初始化 bean）、三级缓存（bean 创建工厂）。
• 循环依赖的解决方式：通过三级缓存中的工厂方法和提前暴露的部分初始化 bean，Spring 解决了循环依赖问题，保证了依赖关系能够正确解析和初始化。