Spring 中的三级缓存机制详解

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Spring 中的三级缓存机制详解

Spring 的三级缓存机制是解决循环依赖问题的核心设计，也是面试中高频考点。下面从原理、流程、源码三个维度深入解析：

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一、三级缓存定义（在 DefaultSingletonBeanRegistry 中）

// 1. 一级缓存：存放完全初始化好的Bean
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);// 2. 二级缓存：存放早期曝光对象（已实例化但未初始化）
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(16);// 3. 三级缓存：存放单例工厂（用于生成代理对象）
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);

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二、解决循环依赖的核心流程（以 A→B→A 为例）

1. 创建 Bean A

2. 创建 Bean B

graph TDB1[实例化B] --> B2[将B的ObjectFactory放入三级缓存]B2 --> B3[填充B的属性 - 发现依赖A]B3 --> B4[从三级缓存获取A的ObjectFactory]B4 --> B5[调用getObject()获取A的早期引用]B5 --> B6[将A从三级缓存升级到二级缓存]

3. 完成 Bean A

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三、关键源码解析

1. 从缓存获取 Bean 的优先级 (getSingleton())

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {// 1. 从一级缓存查询Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {synchronized (this.singletonObjects) {// 2. 从二级缓存查询singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {// 3. 从三级缓存获取ObjectFactoryObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);if (singletonFactory != null) {// 创建早期引用（可能生成代理对象）singletonObject = singletonFactory.getObject();// 升级到二级缓存this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);this.singletonFactories.remove(beanName);}}}}return singletonObject;
}

2. 曝光早期引用 (addSingletonFactory())

protected void addSingletonFactory(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {synchronized (this.singletonObjects) {if (!this.singletonObjects.containsKey(beanName)) {// 将ObjectFactory放入三级缓存this.singletonFactories.put(beanName, singletonFactory);// 清除二级缓存中的旧数据this.earlySingletonObjects.remove(beanName);}}
}

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四、三级缓存的本质作用

缓存级别	存储内容	核心作用
一级缓存	完全初始化好的 Bean	提供最终可用对象
二级缓存	早期曝光对象（未初始化）	避免重复创建代理对象
三级缓存	ObjectFactory	分离实例化与初始化，支持AOP

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五、高频面试问题详解

1. 为什么需要三级缓存？二级不行吗？

• 关键原因：处理 AOP 代理对象的循环依赖
• 二级缓存缺陷：

  // 若只有二级缓存：
  A 实例化 → 放入二级缓存 → 填充属性依赖 B
  B 实例化 → 从二级缓存拿到原始对象 A（非代理）→ 完成初始化
  A 继续初始化 → 生成代理对象 → 导致 B 持有的是原始对象（非代理）
  

• 三级缓存解决方案：
  通过 ObjectFactory.getObject() 动态决定返回原始对象还是代理对象

2. 哪些场景无法解决循环依赖？

场景	原因
构造器注入	实例化前就需要完整依赖，无法提前曝光对象
原型(prototype)	Spring 不缓存原型 Bean
@Async 注解	代理对象在初始化后生成，无法通过 ObjectFactory 提前创建
自定义初始化	某些 InitializingBean 实现可能依赖完整状态

3. 如何证明三级缓存的存在？

通过调试查看容器状态：

// 查看缓存内容
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = context.getBeanFactory();
Field singletonObjects = beanFactory.getClass().getDeclaredField("singletonObjects");
singletonObjects.setAccessible(true);
Map<String, Object> cache = (Map) singletonObjects.get(beanFactory);
System.out.println("一级缓存: " + cache.keySet());

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六、典型循环依赖解决方案对比

方案	优点	缺点
三级缓存	Spring原生支持，自动处理	无法解决构造器注入
Setter注入	兼容三级缓存机制	代码侵入性强
@Lazy注解	延迟加载打破循环	可能引发NPE问题
重构代码	彻底解决设计问题	业务改造成本高

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七、面试实战回答模板

面试官：请解释Spring如何解决循环依赖？

回答：

Spring 通过三级缓存机制解决单例Bean的循环依赖问题：

1. 当Bean实例化后，会将其ObjectFactory存入三级缓存
2. 依赖注入时若发现循环依赖，通过ObjectFactory.getObject()获取早期引用
3. 获取到的对象会升级到二级缓存
4. Bean完全初始化后放入一级缓存

关键点在于：

• 三级缓存的ObjectFactory支持AOP代理的动态生成
• 避免了构造器注入和原型Bean的循环依赖
• 通过缓存分离实例化和初始化过程

源码体现在DefaultSingletonBeanRegistry的getSingleton()方法中…

掌握三级缓存机制需要深入理解Spring生命周期，建议结合源码调试加深理解（关键类：AbstractAutowireCapableBeanFactory 和 DefaultSingletonBeanRegistry）。

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