1、簡(jiǎn)述

在 Spring 框架中，Bean 的創(chuàng)建和管理是容器的核心功能之一。為了提高性能，Spring 采用了多級(jí)緩存機(jī)制來減少不必要的對(duì)象創(chuàng)建和配置。特別是在 Spring 的單例 Bean 的管理中，三級(jí)緩存機(jī)制是一個(gè)非常重要的優(yōu)化手段。它的目的是減少對(duì) Bean 的多次初始化，確保線程安全，并提高應(yīng)用程序的啟動(dòng)性能。

本文將詳細(xì)介紹 Spring 中 Bean 三級(jí)緩存的實(shí)現(xiàn)原理，并通過代碼示例幫助你理解這個(gè)機(jī)制的工作方式。

2、什么是 Spring Bean 三級(jí)緩存？

Spring 的三級(jí)緩存是 Spring 容器在創(chuàng)建和管理單例 Bean 時(shí)使用的一種緩存機(jī)制。它主要用于解決多線程環(huán)境下對(duì)同一個(gè) Bean 實(shí)例化的并發(fā)問題。Spring 三級(jí)緩存分為以下三類：

• 一級(jí)緩存：存儲(chǔ)已經(jīng)完全初始化的單例 Bean。
• 二級(jí)緩存：存儲(chǔ)已經(jīng)實(shí)例化但尚未完全初始化的 Bean 實(shí)例。
• 三級(jí)緩存：存儲(chǔ)待初始化的 Bean 代理對(duì)象，通常用于解決 Bean 循環(huán)依賴。

通過三級(jí)緩存，Spring 能夠在不同階段緩存 Bean 實(shí)例，確保 Bean 在多線程環(huán)境中的安全性，并避免重復(fù)的初始化工作。

3、Spring 三級(jí)緩存的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

Spring 通過 DefaultSingletonBeanRegistry 類實(shí)現(xiàn)了 Bean 的三級(jí)緩存。下面是三級(jí)緩存機(jī)制的具體實(shí)現(xiàn)流程。

• 一級(jí)緩存（singletonObjects）：存放已完全初始化的單例 Bean。在 Bean 初始化完成后，會(huì)被加入一級(jí)緩存中，供后續(xù)的調(diào)用使用。

private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

• 二級(jí)緩存（earlySingletonObjects）：存放已經(jīng)實(shí)例化但未完全初始化的 Bean。當(dāng) Spring 處理 Bean 的依賴注入和初始化時(shí)，這些 Bean 實(shí)例會(huì)放入二級(jí)緩存。

private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);

• 三級(jí)緩存（singletonFactories）：存放待初始化 Bean 的代理工廠。當(dāng)遇到循環(huán)依賴時(shí)，Spring 會(huì)創(chuàng)建一個(gè)代理對(duì)象（通常是 CGLIB 或 JDK 動(dòng)態(tài)代理）并放入三級(jí)緩存中，防止在 Bean 初始化過程中多次創(chuàng)建相同的對(duì)象。

private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

4、Spring 三級(jí)緩存的工作流程

• 實(shí)例化 Bean
  當(dāng) Spring 容器啟動(dòng)時(shí)，它會(huì)根據(jù) Bean 的配置來決定是否需要實(shí)例化該 Bean。實(shí)例化的過程是通過 createBean 方法來完成的。

• 依賴注入與初始化
  在實(shí)例化 Bean 后，Spring 會(huì)將 Bean 的依賴項(xiàng)注入到 Bean 中（即調(diào)用 Bean 的 setter 方法或構(gòu)造器注入）。隨后，Spring 會(huì)執(zhí)行 Bean 的初始化方法。

• 循環(huán)依賴的解決
  如果 Spring 在初始化 Bean 時(shí)發(fā)現(xiàn)該 Bean 存在循環(huán)依賴問題（例如 A 依賴 B，B 又依賴 A），Spring 會(huì)通過三級(jí)緩存來避免重復(fù)的創(chuàng)建過程。具體而言，Spring 會(huì)創(chuàng)建一個(gè)代理 Bean，并將其放入三級(jí)緩存中，確保在循環(huán)依賴的情況下仍能順利完成 Bean 的創(chuàng)建和注入。

• Bean 完成初始化
  在 Bean 完成初始化后，它會(huì)被加入到一級(jí)緩存中，表示該 Bean 已經(jīng)是一個(gè)完全初始化的對(duì)象。

以下是 Spring 中 Bean 三級(jí)緩存的實(shí)現(xiàn)代碼示例，演示了 Spring 如何使用三級(jí)緩存來解決循環(huán)依賴問題。

import org.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition;
import org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry;
import org.springframework.beans.factory.support.SingletonBeanRegistry;

public class CustomSingletonBeanRegistry extends DefaultSingletonBeanRegistry {

    @Override
    protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
        // 獲取 Bean 時(shí)，先嘗試從一級(jí)緩存中獲取
        Object singleton = super.getSingleton(beanName);
        if (singleton != null) {
            return singleton;
        }

        // 若一級(jí)緩存中沒有，則檢查是否需要從二級(jí)緩存中獲取
        if (allowEarlyReference) {
            singleton = earlySingletonObjects.get(beanName);
            if (singleton != null) {
                return singleton;
            }
        }

        // 若二級(jí)緩存中也沒有，則從三級(jí)緩存（即singletonFactories）中獲取
        singleton = singletonFactories.get(beanName);
        if (singleton != null) {
            return singleton;
        }

        // 如果三級(jí)緩存中也沒有，就執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)例化過程
        return createBean(beanName);
    }
}

public class BeanLifecycleExample {

    public static void main(String[] args) {
        SingletonBeanRegistry beanRegistry = new CustomSingletonBeanRegistry();
        
        // 模擬一個(gè)循環(huán)依賴的情況：A依賴B，B依賴A
        beanRegistry.registerSingleton("A", new A(beanRegistry));
        beanRegistry.registerSingleton("B", new B(beanRegistry));

        A aBean = (A) beanRegistry.getSingleton("A", true);
        System.out.println(aBean);
    }
}

class A {
    private final SingletonBeanRegistry registry;
    
    public A(SingletonBeanRegistry registry) {
        this.registry = registry;
        System.out.println("A bean instantiated");
    }

    public void setB(B b) {
        System.out.println("B injected into A");
    }
}

class B {
    private final SingletonBeanRegistry registry;
    
    public B(SingletonBeanRegistry registry) {
        this.registry = registry;
        System.out.println("B bean instantiated");
    }

    public void setA(A a) {
        System.out.println("A injected into B");
    }
}

在這個(gè)例子中，我們創(chuàng)建了 A 和 B 兩個(gè)類，它們互相依賴。通過自定義 SingletonBeanRegistry 類，我們可以模擬 Spring 通過三級(jí)緩存來解決循環(huán)依賴問題。

5、三級(jí)緩存的作用與優(yōu)勢(shì)

• 減少實(shí)例化開銷
  Spring 通過緩存已實(shí)例化的 Bean 和未完全初始化的 Bean，避免了每次需要獲取 Bean 時(shí)都重新實(shí)例化。這樣可以減少大量的性能開銷。

• 解決循環(huán)依賴
  通過三級(jí)緩存，Spring 能夠在遇到循環(huán)依賴時(shí)，不會(huì)無限遞歸地創(chuàng)建 Bean，從而避免了死循環(huán)。三級(jí)緩存存儲(chǔ)了 Bean 的代理對(duì)象，可以在循環(huán)依賴中起到替代作用。

• 提高性能
  通過緩存機(jī)制，Spring 能夠提高 Bean 的創(chuàng)建效率，尤其是在高并發(fā)環(huán)境下，減少了不必要的對(duì)象創(chuàng)建和初始化，提高了應(yīng)用程序的啟動(dòng)速度。

6、總結(jié)

Spring 的 Bean 三級(jí)緩存是一個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)化機(jī)制，旨在解決 Bean 實(shí)例化過程中的循環(huán)依賴問題，提升性能。它通過將單例 Bean 分為三級(jí)緩存（一級(jí)緩存、二級(jí)緩存、三級(jí)緩存）來減少多線程環(huán)境下的實(shí)例化開銷，并確保線程安全。理解并掌握 Spring 三級(jí)緩存的實(shí)現(xiàn)原理，能夠幫助我們更高效地使用 Spring 框架，特別是在處理復(fù)雜的依賴關(guān)系時(shí)。

以上就是Spring Bean三級(jí)緩存機(jī)制的技術(shù)指南的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Spring Bean三級(jí)緩存機(jī)制的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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