關于Spring中一級緩存、二級緩存和三級緩存的那些事

更新時間：2022年02月09日 14:28:41 作者：君戰(zhàn)

Spring解決循環(huán)依賴的核心思想在于提前曝,下面這篇文章主要給大家介紹了關于Spring中一級緩存、二級緩存和三級緩存的那些事,文中通過實例代碼介紹的非常詳細,需要的朋友可以參考下

題記

常常聽到別人提起：“一級緩存、二級緩存、三級緩存”。那么它們是什么呢？有什么作用呢？

緩存作用分析

Spring中的一級緩存名為singletonObjects，二級緩存名為earlySingletonObjects，三級緩存名為singletonFactories，除了一級緩存是ConcurrentHashMap之外，二級緩存和三級緩存都是HashMap。它們的定義是在DefaultSingletonBeanRegistry類中。

一級緩存-singletonObjects是用來存放就緒狀態(tài)的Bean。保存在該緩存中的Bean所實現(xiàn)Aware子接口的方法已經(jīng)回調(diào)完畢，自定義初始化方法已經(jīng)執(zhí)行完畢，也經(jīng)過BeanPostProcessor實現(xiàn)類的postProcessorBeforeInitialization、postProcessorAfterInitialization方法處理；

二級緩存-earlySingletonObjects是用來存放早期曝光的Bean，一般只有處于循環(huán)引用狀態(tài)的Bean才會被保存在該緩存中。保存在該緩存中的Bean所實現(xiàn)Aware子接口的方法還未回調(diào)，自定義初始化方法未執(zhí)行，也未經(jīng)過BeanPostProcessor實現(xiàn)類的postProcessorBeforeInitialization、postProcessorAfterInitialization方法處理。如果啟用了Spring AOP，并且處于切點表達式處理范圍之內(nèi)，那么會被增強，即創(chuàng)建其代理對象。

這里額外提一點，普通Bean被增強(JDK動態(tài)代理或CGLIB)的時機是在AbstractAutoProxyCreator實現(xiàn)的BeanPostProcessor的postProcessorAfterInitialization方法中，而處于循環(huán)引用狀態(tài)的Bean被增強的時機是在AbstractAutoProxyCreator實現(xiàn)的SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor的getEarlyBeanReference方法中。

三級緩存-singletonFactories是用來存放創(chuàng)建用于獲取Bean的工廠類-ObjectFactory實例。在IoC容器中，所有剛被創(chuàng)建出來的Bean，默認都會保存到該緩存中。

Bean在這三個緩存之間的流轉(zhuǎn)順序為（存在循環(huán)引用）：

通過反射創(chuàng)建Bean實例。是單例Bean，并且IoC容器允許Bean之間循環(huán)引用，保存到三級緩存中。
當發(fā)生了循環(huán)引用時，從三級緩存中取出Bean對應的ObjectFactory實例，調(diào)用其getObject方法，來獲取早期曝光Bean，從三級緩存中移除，保存到二級緩存中。
Bean初始化完成，生命周期的相關方法執(zhí)行完畢，保存到一級緩存中，從二級緩存以及三級緩存中移除。

Bean在這三個緩存之間的流轉(zhuǎn)順序為（沒有循環(huán)引用）：

通過反射創(chuàng)建Bean實例。是單例Bean，并且IoC容器允許Bean之間循環(huán)引用，保存到三級緩存中。
Bean初始化完成，生命周期的相關方法執(zhí)行完畢，保存到一級緩存中，從二級緩存以及三級緩存中移除。

簡略流程圖：

一級緩存、二級緩存、三級緩存區(qū)別是什么

一級緩存、二級緩存、三級緩存是什么？作用？區(qū)別？首先簡單了解一下一級緩存。目前所有主流處理器大都具有一級緩存和二級緩存，少數(shù)高端處理器還集成了三級緩存。其中，一級緩存可分為一級指令緩存和一級數(shù)據(jù)緩存。一級指令緩存用于暫時存儲并向CPU遞送各類運算指令；一級數(shù)據(jù)緩存用于暫時存儲并向CPU遞送運算所需數(shù)據(jù)，這就是一級緩存的作用。那么，二級緩存的作用又是什么呢？簡單地說，二級緩存就是一級緩存的緩沖器：一級緩存制造成本很高因此它的容量有限，二級緩存的作用就是存儲那些CPU處理時需要用到、一級緩存又無法存儲的數(shù)據(jù)。同樣道理，三級緩存和內(nèi)存可以看作是二級緩存的緩沖器，它們的容量遞增，但單位制造成本卻遞減。

需要注意的是，無論是二級緩存、三級緩存還是內(nèi)存都不能存儲處理器操作的原始指令，這些指令只能存儲在CPU的一級指令緩存中，而余下的二級緩存、三級緩存和內(nèi)存僅用于存儲CPU所需數(shù)據(jù)。根據(jù)工作原理的不同，目前主流處理器所采用的一級數(shù)據(jù)緩存又可以分為實數(shù)據(jù)讀寫緩存和數(shù)據(jù)代碼指令追蹤緩存2種，它們分別被AMD和Intel所采用。不同的一級數(shù)據(jù)緩存設計對于二級緩存容量的需求也各不相同，下面讓我們簡單了解一下這兩種一級數(shù)據(jù)緩存設計的不同之處。

一、AMD一級數(shù)據(jù)緩存設計 AMD采用的一級緩存設計屬于傳統(tǒng)的“實數(shù)據(jù)讀寫緩存”設計?；谠摷軜?gòu)的一級數(shù)據(jù)緩存主要用于存儲CPU最先讀取的數(shù)據(jù)；而更多的讀取數(shù)據(jù)則分別存儲在二級緩存和系統(tǒng)內(nèi)存當中。做個簡單的假設，假如處理器需要讀取“AMD ATHLON 64 3000+ IS GOOD”這一串數(shù)據(jù)（不記空格），那么首先要被讀取的“AMDATHL”將被存儲在一級數(shù)據(jù)緩存中，而余下的“ON643000+ISGOOD”則被分別存儲在二級緩存和系統(tǒng)內(nèi)存當中（如下圖所示）。需要注意的是，以上假設只是對AMD處理器一級數(shù)據(jù)緩存的一個抽象描述，一級數(shù)據(jù)緩存和二級緩存所能存儲的數(shù)據(jù)長度完全由緩存容量的大小決定，而絕非以上假設中的幾個字節(jié)。“實數(shù)據(jù)讀寫緩存”的優(yōu)點是數(shù)據(jù)讀取直接快速，但這也需要一級數(shù)據(jù)緩存具有一定的容量，增加了處理器的制造難度（一級數(shù)據(jù)緩存的單位制造成本較二級緩存高）。

二、Intel一級數(shù)據(jù)緩存設計自P4時代開始，Intel開始采用全新的“數(shù)據(jù)代碼指令追蹤緩存”設計。基于這種架構(gòu)的一級數(shù)據(jù)緩存不再存儲實際的數(shù)據(jù)，而是存儲這些數(shù)據(jù)在二級緩存中的指令代碼（即數(shù)據(jù)在二級緩存中存儲的起始地址）。假設處理器需要讀取“INTEL P4 IS GOOD”這一串數(shù)據(jù)（不記空格），那么所有數(shù)據(jù)將被存儲在二級緩存中，而一級數(shù)據(jù)代碼指令追蹤緩存需要存儲的僅僅是上述數(shù)據(jù)的起始地址。

由于一級數(shù)據(jù)緩存不再存儲實際數(shù)據(jù)，因此“數(shù)據(jù)代碼指令追蹤緩存”設計能夠極大地降CPU對一級數(shù)據(jù)緩存容量的要求，降低處理器的生產(chǎn)難度。但這種設計的弊端在于數(shù)據(jù)讀取效率較“實數(shù)據(jù)讀寫緩存設計”低，而且對二級緩存容量的依賴性非常大。在了解了一級緩存、二級緩存的大致作用及其分類以后，下面我們來回答以下硬件一菜鳥網(wǎng)友提出的問題。

從理論上講，二級緩存越大處理器的性能越好，但這并不是說二級緩存容量加倍就能夠處理器帶來成倍的性能增長。目前CPU處理的絕大部分數(shù)據(jù)的大小都在0-256KB之間，小部分數(shù)據(jù)的大小在256KB-512KB之間，只有極少數(shù)數(shù)據(jù)的大小超過512KB。所以只要處理器可用的一級、二級緩存容量達到256KB以上，那就能夠應付正常的應用；512KB容量的二級緩存已經(jīng)足夠滿足絕大多數(shù)應用的需求。這其中，對于采用“實數(shù)據(jù)讀寫緩存”設計的AMD Athlon 64、Sempron處理器而言，由于它們已經(jīng)具備了64KB一級指令緩存和64KB一級數(shù)據(jù)緩存，只要處理器的二級緩存容量大于等于128KB就能夠存儲足夠的數(shù)據(jù)和指令，因此它們對二級緩存的依賴性并不大。這就是為什么主頻同為1.8GHz的Socket 754 Sempron 3000+（128KB二級緩存）、Sempron 3100+（256KB二級緩存）以及Athlon 64 2800+（512KB二級緩存）在大多數(shù)評測中性能非常接近的主要原因。所以對于普通用戶而言754 Sempron 2600+是值得考慮的。反觀Intel目前主推的P4、賽揚系列處理器，它們都采用了“數(shù)據(jù)代碼指令追蹤緩存”架構(gòu)，其中Prescott內(nèi)核的一級緩存中只包含了12KB一級指令緩存和16KB一級數(shù)據(jù)緩存，而Northwood內(nèi)核更是只有12KB一級指令緩存和8KB一級數(shù)據(jù)緩存。

因此，P4、賽隆系列處理器非常依賴于二級緩存，賽揚D 320（256KB二級緩存）和賽揚2.4GHz（128kb二級緩存）的性能差距是很好的證明；Cayon D和P4E處理器之間的性能差距也非常明顯。最后，如果你是一個狂熱的游戲愛好者或者一個專業(yè)的多媒體用戶，一個帶有1MB二級緩存的P4處理器和一個512Kb/1MB二級緩存的Athon 64處理器是你的理想選擇。由于CPU的主存和二級緩存在重計算負載下幾乎是“滿”的，大的二級緩存可以為處理器提供大約5%到10%的性能改進，這對于要求苛刻的用戶是絕對必要的。一級緩存是在CPU內(nèi)的，用來存放內(nèi)部指令，2級緩存和CPU封裝在一起，也是用來存放指令數(shù)據(jù)的，三級和四級緩存只在高端的服務器CPU里有，作用差不多，速度更快，更穩(wěn)定，更有效并不是緩存越大越好，譬如AMD和INTER就有不同的理論，AMD認為一級緩存越大越好，所以一級比較大，而INTER認為過大會有更長的指令執(zhí)行時間，所以一級很小，二級緩存那兩個公司的理論又反過來了，AMD的小，INTER的大，一般主流的INTERCPU的2級緩存都在2M左右我們通常用（L1，L2）來稱呼緩存又叫高速緩沖存儲器其作用在于緩解主存速度慢、跟不上CPU讀寫速度要求的矛盾。它的實現(xiàn)原理，是把CPU最近最可能用到的少量信息（數(shù)據(jù)或指令）從主存復制到CACHE中，當CPU下次再用這些信息時，它就不必訪問慢速的主存，而直接從快速的CACHE中得到，從而提高了得到這些信息的速度，使CPU有更高的運行效率。

總結(jié)

通過以上分析，我們可以得知Bean在一級緩存、二級緩存、三級緩存中的流轉(zhuǎn)順序為：三級緩存->二級緩存->一級緩存。但是并不是所有Bean都會經(jīng)歷這個過程，例如對于原型Bean(Prototype)，IoC容器不會將其保存到任何一個緩存中的，另外即便是單例Bean(Singleton)，如果沒有循環(huán)引用關系，也不會被保存到二級緩存中的。

到此這篇關于關于Spring中一級緩存、二級緩存和三級緩存的那些事的文章就介紹到這了,更多相關Spring一級緩存、二級緩存和三級緩存內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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