深入理解Spring框架中三級緩存運作機制

一、什麼是Spring框架中的三級緩存

Spring框架中的三級緩存指的是“單例對象池”，它是Spring框架中對單例對象進行緩存的機制，可以提高應用程序的性能。它包含了三個緩存層次：

• singletonObjects：緩存已經實例化的單例對象。
• earlySingletonObjects：緩存正在創建中的單例對象，這些對象對應的bean還未執行完構造函數、初始化方法等操作。
• singletonFactories：緩存的是ObjectFactory類型的對象。對於“原型範圍”的Bean實例，為了保證每次都能新建一個，只能使用對象工廠進行Bean的初始化。

三層緩存按照優先級逐漸降低。

下面我們將深入理解三級緩存的運作機制。

二、Spring框架三級緩存的運作機制

1、緩存依賴注入（DI）

當程序啟動時，Spring容器會讀取所有配置的Bean信息，將它們加入到緩存中。而當程序需要一個Bean時，容器就會直接從緩存中獲取這個Bean，而不是重新創建一個。在獲取Bean的過程中，容器遇到依賴注入的需求時，會從緩存中依次查找對應的Bean是否已經存在，如果已經存在，則直接返回，如果不存在，則創建這個Bean，並將其添加到緩存中。

2、緩存初始化

在容器初始化時，會把所有singleton類型的Bean都加入到singletonObjects緩存中，此時singletonFactories緩存為空。當需要獲取一個Bean時，會先從singletonObjects緩存中尋找，如果找不到，會創建一個新的實例，並且存儲在earlySingletonObjects緩存中，至此，對象就形成了一個單例工廠模型。在實例創建完成後，會將其從earlySingletonObjects移動到singletonObjects緩存中。

3、延遲加載初始化

當Bean是通過延遲加載方式（例如：@Lazy）初始化時，在容器初次啟動時，該Bean只被加入到singletonFactories緩存中。

當程序需要獲取該Bean時，Spring會查找該Bean是否已經創建過了。如果還未創建，它會從singletonFactories緩存中獲取ObjectFactory對象，並調用getObject()方法獲取該Bean，並且形成一個單例工廠模型。最後把Bean放入earlySingletonObjects緩存中，等待繼續完成創建和初始化。如果該Bean已經創建了，那麼放回緩存中已經存在的同一個實例。

4、一個案例

為了更好的理解三級緩存工作機制，下面帶着案例來說明:

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

      System.out.println("------容器啟動完成------");
      ((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++;
    }
}

運行後的結果為：

------容器啟動完成------
------singletonFactories------
1
2
3

在上面的例子中，註解了@Scope(value = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON)，將參數設置成單例模式，按照上述的三層緩存邏輯，當請求student Bean時，將在三級別緩存中依次查找，同時在對象工廠緩存中創建bean，並放入earlySingletonObjects緩存中，當構造完成後，即調用Student Bean的初始化方法後，將該對象裝入singletonObjects緩存中，等待進一步的操作。

三、總結

理解Spring框架的三級緩存的運行機制可以幫助我們更好地使用Spring框架，提高應用程序的性能。三級緩存是Spring框架中對單例對象進行緩存的機制，包含了singletonObjects、earlySingletonObjects和singletonFactories三層緩存。在獲取Bean的過程中，容器遇到依賴注入的需求時，會從緩存中依次查找對應的Bean是否已經存在，如果已經存在，則直接返回，如果不存在，則創建這個Bean，並將其添加到緩存中。通過三層緩存的方式，Spring實現了Bean的單例模式，有效避免了因頻繁創建和銷毀Bean對象而造成的系統性能問題。