Spring 源码分析（五）——Spring三级缓存的作用分别是什么？

Spring 的三级缓存是经典面试题，也会看到一些文章讲三级缓存与循环依赖之的关系。那么，三级缓存分别存储的什么呢？他们的作用又分别是什么？

一、一、二级缓存

一级缓存是一个名为 singletonObjects 的 ConcurrentHashMap，用于存储已经创建完成的 Bean。其作用也是最明显的，获取 Bean 时最优先从一级缓存中获取。

二级缓存是一个名为 earlySingletonObjects 的 ConcurrentHashMap，用于存储还未创建完成的 Bean。在循环依赖时，可以从中预先获取未创建完成的 Bean，从而解决循环依赖问题。

二、三级缓存

三级缓存是一个名为 singletonFactories 的 ConcurrentHashMap，用于存储创建指定 Bean 的工厂。其作用是为了在 AOP 代理时解决循环依赖。

更具体可以说，是为了在 AOP 代理时，既解决循环依赖，又最大满足 Spring 制定的 Bean 生命周期流程。

是的，三级缓存一定程度上说，他提前了 Bean 生命周期的流程。

熟悉 Bean 的生命周期可知，Bean 初始化是经过了实例化（createBeanInstance）、属性注入（populateBean）、后置处理器与生命周期方法（initializeBean）三个步骤处理，最终才得到一个创建完成的 Bean。

在循环依赖时，在属性注入（populateBean）步骤就要解决依赖问题，而 AOP 代理是在后置处理器与生命周期方法（initializeBean）步骤中通过后置处理器实现的。如果严格按照 Bean 的这个生命周期执行，依赖注入是无法注入代理之后的对象的。

假设，A 和 B 互相依赖，A 经过 AOP 代理，最终的 Bean 为 Aa ，那么严格按照 Bean 的生命周期最终属性注入的结果如下：

getBean——取得 A Bean，在 doCreateBean 方法中开始创建 Bean 操作。

createBeanInstance——实例化 A Bean。

populateBean——为 A Bean 设置参数，并调用 getBean 方法创建 B Bean。

== createBeanInstance——实例化 B Bean。

== populateBean——为 B Bean 设置参数，并调用 getBean 方法获得未构造完全的 A Bean。

initializeBean——为A Bean 执行后置处理器和生命周期方法，并完成 AOP 代理，获得最终的 Aa Bean。

从上面步骤可以发现，B 中注入的是代理之前的 A 对象，而实际上需要被注入的是代理之后的 Aa 对象。

要解决上述 AOP 代理的问题其实也很简单，只要在 createBeanInstance 步骤中完成 AOP 代理其实一切问题就迎刃而解。但是这并不符合 Bean 的生命周期设定，而且循环依赖的场景很少见，在实例化时也无法判断这个 Bean 是否被循环依赖了，直接将 AOP 代理全部提前执行不合适。

最终，Spring 引入了三级缓存，在实例化对象之后，进行属性注入之前，将实现 AOP 代理的步骤封装为 Bean 工厂放进三级缓存。如果这个对象被循环依赖了，则使用工厂提前进行 AOP 代理，如果没有被循环依赖，则这个工厂就不会被使用。

boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
    isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
// 是否需要提前暴露
if (earlySingletonExposure) {
  if (logger.isTraceEnabled()) {
    logger.trace("Eagerly caching bean '" + beanName +
        "' to allow for resolving potential circular references");
  }
  // 创建bean工厂注入到三级缓存
  addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}
// Initialize the bean instance.
Object exposedObject = bean;
try {
  populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
  exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
}

阅读 getEarlyBeanReference 方法逻辑，可以看到其中遍历找到了实现了SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor 接口的后置处理器，并执行了其中的 getEarlyBeanReference 方法，提前完成了代理操作，获取到了代理后的最终得对象。

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
  Object exposedObject = bean;
  if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
    for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
      if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {
        SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
        exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
      }
    }
  }
  return exposedObject;
}

在获取对象时，getEarlyBeanReference 便按三级缓存的顺序执行操作，如果在三级缓存中获取到 Bean 工厂，则通过工厂获取对象。

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
  // Quick check for existing instance without full singleton lock
  Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
  if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
    singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
    if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
      synchronized (this.singletonObjects) {
        // Consistent creation of early reference within full singleton lock
        singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
        if (singletonObject == null) {
          singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
          if (singletonObject == null) {
            ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
            if (singletonFactory != null) {
              singletonObject = singletonFactory.getObject();
              this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
              this.singletonFactories.remove(beanName);
            }
          }
        }
      }
    }
  }
  return singletonObject;
}