深入理解Spring框架中三级缓存运作机制

一、什么是Spring框架中的三级缓存

Spring框架中的三级缓存指的是“单例对象池”，它是Spring框架中对单例对象进行缓存的机制，可以提高应用程序的性能。它包含了三个缓存层次：

singletonObjects：缓存已经实例化的单例对象。
earlySingletonObjects：缓存正在创建中的单例对象，这些对象对应的bean还未执行完构造函数、初始化方法等操作。
singletonFactories：缓存的是ObjectFactory类型的对象。对于“原型范围”的Bean实例，为了保证每次都能新建一个，只能使用对象工厂进行Bean的初始化。

三层缓存按照优先级逐渐降低。

下面我们将深入理解三级缓存的运作机制。

二、Spring框架三级缓存的运作机制

1、缓存依赖注入（DI）

当程序启动时，Spring容器会读取所有配置的Bean信息，将它们加入到缓存中。而当程序需要一个Bean时，容器就会直接从缓存中获取这个Bean，而不是重新创建一个。在获取Bean的过程中，容器遇到依赖注入的需求时，会从缓存中依次查找对应的Bean是否已经存在，如果已经存在，则直接返回，如果不存在，则创建这个Bean，并将其添加到缓存中。

2、缓存初始化

在容器初始化时，会把所有singleton类型的Bean都加入到singletonObjects缓存中，此时singletonFactories缓存为空。当需要获取一个Bean时，会先从singletonObjects缓存中寻找，如果找不到，会创建一个新的实例，并且存储在earlySingletonObjects缓存中，至此，对象就形成了一个单例工厂模型。在实例创建完成后，会将其从earlySingletonObjects移动到singletonObjects缓存中。

3、延迟加载初始化

当Bean是通过延迟加载方式（例如：@Lazy）初始化时，在容器初次启动时，该Bean只被加入到singletonFactories缓存中。

当程序需要获取该Bean时，Spring会查找该Bean是否已经创建过了。如果还未创建，它会从singletonFactories缓存中获取ObjectFactory对象，并调用getObject()方法获取该Bean，并且形成一个单例工厂模型。最后把Bean放入earlySingletonObjects缓存中，等待继续完成创建和初始化。如果该Bean已经创建了，那么放回缓存中已经存在的同一个实例。

4、一个案例

为了更好的理解三级缓存工作机制，下面带着案例来说明:

public class App {
   public static void main(String[] args) {
      AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext();
      context.register(AppConfig.class);

      System.out.println("------容器启动完成------");
      ((Student)context.getBean("student")).say();
      ((Student)context.getBean("student")).say();
      ((Student)context.getBean("student")).say();
   }
}

@Configuration
public class AppConfig {
   @Bean(name="student")
   @Scope(value = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON)
   public Student getStudent() {
      System.out.println("------singletonFactories------");
      return new Student();
   }
}

class Student{
    int age = 1;
    public void say(){
        System.out.println(age);
        age++;
    }
}

运行后的结果为：

------容器启动完成------
------singletonFactories------
1
2
3

在上面的例子中，注解了@Scope(value = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON)，将参数设置成单例模式，按照上述的三层缓存逻辑，当请求student Bean时，将在三级别缓存中依次查找，同时在对象工厂缓存中创建bean，并放入earlySingletonObjects缓存中，当构造完成后，即调用Student Bean的初始化方法后，将该对象装入singletonObjects缓存中，等待进一步的操作。

三、总结

理解Spring框架的三级缓存的运行机制可以帮助我们更好地使用Spring框架，提高应用程序的性能。三级缓存是Spring框架中对单例对象进行缓存的机制，包含了singletonObjects、earlySingletonObjects和singletonFactories三层缓存。在获取Bean的过程中，容器遇到依赖注入的需求时，会从缓存中依次查找对应的Bean是否已经存在，如果已经存在，则直接返回，如果不存在，则创建这个Bean，并将其添加到缓存中。通过三层缓存的方式，Spring实现了Bean的单例模式，有效避免了因频繁创建和销毁Bean对象而造成的系统性能问题。

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