一文讲清楚Spring中的三级缓存（附完整流程演示）

01-三级缓存的核心目的

Spring 三级缓存主要解决两个核心问题：

• 单例 Bean 的循环依赖问题：Bean A 依赖 Bean B，Bean B 又依赖 Bean A
• AOP代理与循环依赖的兼容问题：在循环依赖场景下，如何确保注入的是正确的代理对象

02-三级缓存的完整定义

public class DefaultSingletonBeanRegistry extends SimpleAliasRegistry implements SingletonBeanRegistry { // 第一级缓存：完全初始化好的单例Bean private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256); // 第二级缓存：提前暴露的单例Bean（已实例化但未完成初始化） private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(16); // 第三级缓存：单例工厂（用于创建Bean的早期引用，可能包含代理对象） private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new ConcurrentHashMap<>(16); // 正在创建中的Bean名称集合 private final Set<String> singletonsCurrentlyInCreation = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(16)); // 已注册的单例Bean名称集合 private final Set<String> registeredSingletons = new LinkedHashSet<>(256); }

03-各级缓存详细说明

3.1 一级缓存：singletonObjects

一级缓存存储完全初始化完成的 Bean 实例

特点：

• Bean 已经完成了所有初始化步骤：
  • 实例化（调用构造方法）
  • 属性填充（@Autowired 注入）
  • 初始化（@PostConstruct、InitializingBean）
  • 如果有 AOP 代理，存储的是代理对象
• 线程安全，支持并发访问
• 存储的 Bean 可以直接被应用程序使用

3.2二级缓存：earlySingletonObjects

二级缓存存储提前暴露的 Bean 实例（已实例化但未完成属性注入）

特点：

• Bean 已经实例化，但尚未完成属性注入
• 主要是为了解决循环依赖而临时存储
• 如果 Bean 需要 AOP 代理，这里存储的是代理对象
• 从三级缓存的 ObjectFactory 创建后移入二级缓存

3.3 三级缓存：singletonFactories

三级缓存存储ObjectFactory 工厂对象，用于创建 Bean 的早期引用

特点：

• 存储的是ObjectFactory<?>而不是 Bean 实例
• 调用getObject()方法可以创建 Bean 的早期引用
• 核心作用：解决 AOP 代理与循环依赖的结合问题
• 在 Bean 实例化后、属性注入前放入

04-三级缓存的关键方法详解

4.1addSingletonFactory()：添加三级缓存

将创建 Bean 的工厂放入三级缓存，为循环依赖提供出口

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（保证数据一致性） this.earlySingletonObjects.remove(beanName); this.registeredSingletons.add(beanName); } } }

4.2 getSingleton()：获取单例Bean

涉及所有三级缓存：按 1→2→3 顺序查找

三级缓存的查询逻辑：

protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) { // 快速检查一级缓存（完全初始化的Bean） Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName); if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) { synchronized (this.singletonObjects) { // 检查二级缓存（提前暴露的Bean） singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName); if (singletonObject == null && allowEarlyReference) { // 检查三级缓存（Bean工厂） ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName); if (singletonFactory != null) { // 调用工厂方法获取Bean的早期引用 singletonObject = singletonFactory.getObject(); // 将获取到的Bean放入二级缓存 this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject); // 从三级缓存移除 this.singletonFactories.remove(beanName); } } } } return singletonObject; }

4.3 getEarlyBeanReference()：获取早期Bean引用

从三级缓存 获取工厂时调用，生成早期引用（可能是代理对象）

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) { Object exposedObject = bean; // 如果BeanDefinition不是合成的（非基础设施Bean）且存在InstantiationAwareBeanPostProcessor if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) { for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) { if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) { SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp; // 关键：后置处理器可能返回代理对象 exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName); } } } return exposedObject; }

05-完整流程演示：A ↔ B 循环依赖 + AOP

假设有两个Service，且A需要AOP代理：

@Service @Transactional // A需要事务代理 public class ServiceA { @Autowired private ServiceB serviceB; public void methodA() { // 业务逻辑 } } @Service public class ServiceB { @Autowired private ServiceA serviceA; public void methodB() { // 业务逻辑 } }

详细执行流程：

06-注意事项

6.1 构造器注入无法使用三级缓存

构造器调用时对象还未创建，无法放入三级缓存，因此无法解决循环依赖。

@Component public class ServiceA { private final ServiceB serviceB; @Autowired // 构造器注入 public ServiceA(ServiceB serviceB) { this.serviceB = serviceB; // 构造时就依赖B，但B可能还未创建 // 此时ServiceA还未实例化完成，ServiceA 无法放入三级缓存 } }

6.2 原型Bean的循环依赖

原型Bean不放入三级缓存，每次请求都创建新实例

@Scope("prototype") @Component public class PrototypeA { @Autowired private PrototypeB b; } @Scope("prototype") @Component public class PrototypeB { @Autowired private PrototypeA a; }

Spring会直接抛出异常：BeanCurrentlyInCreationException: Error creating bean with name 'prototypeA': Requested bean is currently in creation

6.3 @Async方法的特殊处理

@Async也是通过AOP实现的，但处理时机不同；
需要在initializeBean阶段创建代理，可能影响循环依赖

@Service public class AsyncService { @Async public void asyncMethod() { // 异步方法 } @Autowired private AnotherService anotherService; }

07-总结

核心思想：通过懒加载的ObjectFactory延迟决策，只有在真正发生循环依赖时才创建代理对象，既解决了循环依赖问题，又保持了Bean生命周期的完整性，同时支持AOP等增强功能。