# Spring三级缓存机制学习笔记

## 📚 概述

Spring三级缓存是Spring框架用来解决**单例Bean循环依赖**问题的核心机制。它通过三个不同的缓存Map来存储Bean在不同生命周期阶段的状态。

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## 🎯 学习目标

- [ ] 理解什么是循环依赖问题
- [ ] 掌握三级缓存的结构和作用
- [ ] 理解循环依赖的解决流程
- [ ] 学会分析相关源码

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## 🔍 核心概念

### 什么是循环依赖？

当两个或多个Bean相互依赖时形成的依赖环：

```java
@Component
public class ServiceA {
    @Autowired
    private ServiceB serviceB; // A依赖B
}

@Component  
public class ServiceB {
    @Autowired
    private ServiceA serviceA; // B依赖A
}
```

**问题**：如果没有特殊处理，会陷入无限循环创建对象的死循环。

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## 🏗️ 三级缓存结构

Spring使用三个Map来管理Bean的不同状态：

```java
/** 一级缓存：完整的单例Bean */
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

/** 二级缓存：早期暴露的Bean对象 */  
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);

/** 三级缓存：Bean工厂对象 */
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);
```

### 各级缓存详解

| 缓存级别 | 名称 | 作用 | 存储内容 |
|---------|------|------|---------|
| **一级缓存** | singletonObjects | 成品仓库 | 完全初始化完成的Bean |
| **二级缓存** | earlySingletonObjects | 半成品仓库 | 实例化但未完成依赖注入的Bean |
| **三级缓存** | singletonFactories | 工厂仓库 | Bean的ObjectFactory，支持AOP代理 |

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## 🔄 循环依赖解决流程

以ServiceA ↔ ServiceB循环依赖为例：

### 流程图
```
1. 创建ServiceA
   ↓
2. ServiceA实例化 → 放入三级缓存
   ↓
3. ServiceA需要ServiceB → 开始创建ServiceB
   ↓
4. ServiceB实例化 → 放入三级缓存
   ↓
5. ServiceB需要ServiceA → 从缓存获取ServiceA早期引用
   ↓
6. ServiceA从三级缓存移至二级缓存
   ↓
7. ServiceB完成创建 → 放入一级缓存
   ↓
8. ServiceA完成创建 → 从二级缓存移至一级缓存
```

### 详细步骤

#### 第1步：开始创建ServiceA
```java
// 1. 实例化ServiceA（构造函数）
ServiceA serviceA = new ServiceA();

// 2. 将ServiceA的工厂放入三级缓存
singletonFactories.put("serviceA", () -> getEarlyBeanReference("serviceA", serviceA));

// 3. 开始属性注入，发现需要ServiceB
```

#### 第2步：开始创建ServiceB
```java
// 1. 实例化ServiceB（构造函数）
ServiceB serviceB = new ServiceB();

// 2. 将ServiceB的工厂放入三级缓存
singletonFactories.put("serviceB", () -> getEarlyBeanReference("serviceB", serviceB));

// 3. 开始属性注入，发现需要ServiceA
```

#### 第3步：获取ServiceA早期引用
```java
// 调用getSingleton("serviceA", true)
Object serviceA = singletonObjects.get("serviceA");        // 一级缓存：null
if (serviceA == null) {
    serviceA = earlySingletonObjects.get("serviceA");      // 二级缓存：null
    if (serviceA == null) {
        ObjectFactory factory = singletonFactories.get("serviceA"); // 三级缓存：找到！
        serviceA = factory.getObject();                    // 获取早期引用
        earlySingletonObjects.put("serviceA", serviceA);   // 移到二级缓存
        singletonFactories.remove("serviceA");             // 从三级缓存移除
    }
}
```

#### 第4步：完成ServiceB创建
```java
// ServiceB获得ServiceA的早期引用，完成属性注入
serviceB.setServiceA(serviceA);

// ServiceB初始化完成，放入一级缓存
singletonObjects.put("serviceB", serviceB);
```

#### 第5步：完成ServiceA创建
```java
// ServiceA获得ServiceB的完整引用，完成属性注入
serviceA.setServiceB(serviceB);

// ServiceA初始化完成，从二级缓存移到一级缓存
singletonObjects.put("serviceA", serviceA);
earlySingletonObjects.remove("serviceA");
```

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## 💡 核心源码分析

### getSingleton方法（核心逻辑）

```java
/**
 * 从缓存中获取单例Bean
 * @param beanName Bean名称
 * @param allowEarlyReference 是否允许早期引用
 */
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
    // 一级缓存获取完整Bean
    Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
    
    // 如果一级缓存没有，且Bean正在创建中
    if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
        synchronized (this.singletonObjects) {
            // 二级缓存获取早期Bean
            singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
            
            // 如果二级缓存也没有，且允许早期引用
            if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
                // 三级缓存获取Bean工厂
                ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
                if (singletonFactory != null) {
                    // 通过工厂创建早期引用
                    singletonObject = singletonFactory.getObject();
                    // 升级到二级缓存
                    this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
                    // 从三级缓存移除
                    this.singletonFactories.remove(beanName);
                }
            }
        }
    }
    return singletonObject;
}
```

### addSingletonFactory方法

```java
/**
 * 添加单例工厂到三级缓存
 */
protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
    synchronized (this.singletonObjects) {
        if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {
            // 放入三级缓存
            this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);
            // 从二级缓存移除
            this.earlySingletonObjects.remove(beanName);
        }
    }
}
```

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## 🤔 常见问题

### Q1: 为什么需要三级缓存？二级不够吗？

**答：** 三级缓存主要是为了支持AOP代理：
- 如果Bean需要被代理（如@Transactional），不能直接暴露原始对象
- 通过ObjectFactory可以在需要时创建代理对象
- 保证循环依赖中获取的是正确的代理对象

### Q2: 构造器循环依赖能解决吗？

**答：** 不能！三级缓存只能解决属性注入的循环依赖：
```java
// ❌ 构造器循环依赖 - 无法解决
@Component
public class ServiceA {
    public ServiceA(ServiceB serviceB) { }
}

// ✅ 属性注入循环依赖 - 可以解决  
@Component
public class ServiceA {
    @Autowired
    private ServiceB serviceB;
}
```

### Q3: Prototype作用域的循环依赖呢？

**答：** 不能解决！因为：
- Prototype每次都创建新实例
- 没有缓存机制
- 会导致无限递归创建

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## 🎯 实践建议

### 1. 避免循环依赖的最佳实践

```java
// ❌ 避免：直接的双向依赖
@Service
public class UserService {
    @Autowired private OrderService orderService;
}

@Service  
public class OrderService {
    @Autowired private UserService userService;
}

// ✅ 推荐：引入第三方服务
@Service
public class UserOrderService {
    @Autowired private UserService userService;
    @Autowired private OrderService orderService;
    
    public void processUserOrder(Long userId, Long orderId) {
        // 协调两个服务的交互
    }
}
```

### 2. 使用@Lazy注解延迟加载

```java
@Service
public class ServiceA {
    @Autowired
    @Lazy  // 延迟加载，避免循环依赖
    private ServiceB serviceB;
}
```

### 3. 通过ApplicationContext获取Bean

```java
@Service
public class ServiceA implements ApplicationContextAware {
    private ApplicationContext applicationContext;
    
    public void someMethod() {
        // 运行时获取，避免循环依赖
        ServiceB serviceB = applicationContext.getBean(ServiceB.class);
    }
}
```

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## 📝 学习总结

### 关键点记忆
1. **三级缓存目的**：解决单例Bean的循环依赖
2. **核心思想**：提前暴露Bean的早期引用
3. **适用范围**：仅限于属性注入的循环依赖
4. **AOP支持**：通过ObjectFactory支持代理对象

### 面试重点
- 能够清晰描述三级缓存的结构和作用
- 能够完整说出循环依赖的解决流程
- 了解哪些情况下循环依赖无法解决
- 知道避免循环依赖的最佳实践

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## 📚 扩展阅读

- Spring官方文档：Bean的生命周期
- 源码位置：`DefaultSingletonBeanRegistry`类
- 相关概念：Spring AOP、Bean作用域
- 设计模式：工厂模式、单例模式

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**创建时间**：2025-06-25  
**最后更新**：2025-06-25  
**难度等级**：⭐⭐⭐⭐☆