Spring 三級(jí)緩存機(jī)制深度解析
筆者在很早整理過一篇關(guān)于AOP的源碼的文章，閱讀起來晦澀難懂，在復(fù)盤時(shí)就有了想重構(gòu)的想法，所以就借著這一話題重新聊一聊Spring中的三級(jí)緩存。
一、給出本文的代碼示例
因?yàn)槿?jí)緩存的設(shè)計(jì)是為了解決代理對(duì)象多例創(chuàng)建問題，所以在講解三級(jí)緩存之前，我們需要給出一段關(guān)于AOP的示例代碼以便有著一個(gè)直觀的切入點(diǎn)來理解這個(gè)問題，我們首先給出代理類AService ：
@Service("aService")
@Slf4j
public class AService {
@Autowired
private BService bService;
public void hello(){
log.info("hello world");
}
}然后再給出代理對(duì)象的代碼示例：
@Aspect
@Slf4j
@Component
public class AopProxy {
@Before("execution(* com.sharkChili.service.AService.hello())")
public void proxyFunction() {
log.info("aService被代理了");
}如此一來，我們的服務(wù)被調(diào)用后，代理對(duì)象就會(huì)攔截hello方法，在其執(zhí)行前打印aService被代理了：
2024-05-14 23:35:12.456 INFO 6652 --- [ main] com.sharkChili.aspect.AopProxy : aService被代理了
2024-05-14 23:35:12.462 INFO 6652 --- [ main] com.sharkChili.service.AService : hello world二、基于源碼詳解三級(jí)緩存設(shè)計(jì)
1.三級(jí)緩存的定義
我們可以在DefaultSingletonBeanRegistry這個(gè)類的定義中看到三級(jí)緩存對(duì)象，它們分別是:
- singletonObjects :即單例緩存Map，其內(nèi)部存儲(chǔ)的都是以bean的名稱為key，已經(jīng)完全創(chuàng)建的bean作為value的Map。
- singletonFactories :該緩存都bean的工廠方法，可能有些讀者不太理解，我們就以上文的AService為例，在Spring進(jìn)行每一個(gè)bean初始化時(shí)，都會(huì)為這個(gè)bean封裝一個(gè)工廠方法用于bean的創(chuàng)建，這一點(diǎn)筆者也會(huì)在后續(xù)的代碼中提及，這里我們只需要知道這個(gè)緩存是以bean的名稱作為key，創(chuàng)建該bean的工廠方法為value的Map即可。
- earlySingletonObjects ：其內(nèi)部緩存的都是未完全完成創(chuàng)建的bean，就比如某個(gè)Service中的Mapper還未被注入，那么這個(gè)Service就會(huì)被緩存到這個(gè)Map中。
對(duì)應(yīng)的我們給出DefaultSingletonBeanRegistry中對(duì)于這三級(jí)緩存定義:
/** Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);
/** Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
private final Map<String, ObjectFactory<?>> singletonFactories = new HashMap<>(16);
/** Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map<String, Object> earlySingletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(16);2.Spring 如何解決循環(huán)依賴問題
我們以兩個(gè)互相依賴的bean來探討Spring在進(jìn)行加載時(shí)如何完成循環(huán)依賴的bean的初始化：
@Service("aService")
@Slf4j
public class AService {
@Autowired
private BService bService;
}
@Service("bService")
public class BService {
@Autowired
private AService aService;
}假設(shè)我們現(xiàn)在先創(chuàng)造aService 進(jìn)行各項(xiàng)初始化之前，容器會(huì)先將其加載至三級(jí)緩存也就是工廠緩存中：
隨后在屬性填充階段發(fā)現(xiàn)要填充bService，發(fā)現(xiàn)容器中各級(jí)緩存都沒有bService，于是到容器中嘗試加載bService，bService初始化過程與aService同理先加載到3級(jí)緩存中：
與此同時(shí)bService發(fā)現(xiàn)需要加載aService，此時(shí)在三級(jí)緩存中看到aService將其生成半成品bean放至二級(jí)緩存中并注入到bService中，此時(shí)bService完成加載稱為一個(gè)完成的對(duì)象，并直接存放至一級(jí)緩存中：
最后回到aService完成bService的注入，加載到一級(jí)緩存中，由此解決循環(huán)依賴的加載問題：
3.基于源碼詳解三級(jí)緩存的作用
我們還是以創(chuàng)建Aservice為例注入bService同時(shí)進(jìn)行增強(qiáng)為例講解一下這個(gè)過程，當(dāng)Spring容器進(jìn)行Aservice創(chuàng)建時(shí)代碼就走到AbstractAutowireCapableBeanFactory的doGetBean方法，對(duì)應(yīng)步驟為：
(1) 因?yàn)槭浅醮蝿?chuàng)建，所以代碼調(diào)用addSingletonFactory方法為Aservice創(chuàng)建工廠方法并將其存入singletonFactories這個(gè)三級(jí)工廠緩存中。
(2) 就會(huì)調(diào)用populateBean進(jìn)行屬性填充完成相關(guān)依賴注入，在此期間bService會(huì)將工廠緩存中的aService基于各種SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor 生成增強(qiáng)類完成注入：
protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
//拿到aService的一級(jí)緩存
Object exposedObject = bean;
//基于各種SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor 生成增強(qiáng)類
if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
for (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessorCache().smartInstantiationAware) {
exposedObject = bp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
}
}
return exposedObject;
}(3) 在者循環(huán)期間就會(huì)找到一個(gè)AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator的動(dòng)態(tài)代理bean，其內(nèi)部會(huì)通過策略模式找到AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator擴(kuò)展點(diǎn)內(nèi)部會(huì)判斷是否需要代理，然后通過策略模式走到CGLIB進(jìn)行增強(qiáng)，自此aservice就被代理了。
@Override
public Object postProcessAfterInitialization(@Nullable Object bean, String beanName) {
if (bean != null) {
Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
//查看是否因?yàn)樽⑷氲仍騽?chuàng)建了代理，如果創(chuàng)建了則直接返回當(dāng)前bean，后續(xù)邏輯從容器中獲取代理對(duì)象
if (this.earlyProxyReferences.remove(cacheKey) != bean) {
//判斷是否需要代理，如果需要?jiǎng)t通過策略定位到加強(qiáng)類完成加強(qiáng)
return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}
}
return bean;
}(4) 完成這步驟后bService就完整了，然后回到aService發(fā)現(xiàn)二級(jí)緩存已經(jīng)有了代理類，直接拿著這個(gè)代理返回存入一級(jí)緩存中：
if (earlySingletonExposure) {
//發(fā)現(xiàn)二級(jí)緩存中有代理類，直接拿著這個(gè)代理類存入一級(jí)緩存中
Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
if (earlySingletonReference != null) {
if (exposedObject == bean) {
exposedObject = earlySingletonReference;
}
}4.為什么需要三級(jí)緩存
看過很多網(wǎng)上的解答，都是認(rèn)為通過三級(jí)緩存解決循環(huán)依賴中出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤，筆者認(rèn)為針對(duì)循環(huán)依賴問題，通過二級(jí)乃至一級(jí)緩存都可以解決問題。這里筆者假設(shè)是二級(jí)，aService也可以按照如下順序完成：
- 將自己放入一級(jí)緩存。
- 查找依賴的bService，創(chuàng)建其一級(jí)緩存，然后創(chuàng)建成代理對(duì)象存入一級(jí)。
- 注入bService。
實(shí)際上Spring引入三級(jí)緩存的原因并不是解決這些所謂的"問題"，而是在設(shè)計(jì)之初引入AOP時(shí)為保證所有的代理生成工作應(yīng)該盡量在bean初始化階段的后置初始化postProcessAfterInitialization等擴(kuò)展點(diǎn)完成，由此引入三級(jí)緩存，通過稍稍打破原則即通過三層緩存提前為需要代理對(duì)象的實(shí)例的bean生成代理對(duì)象完成依賴注入。
小結(jié)
本文基于一段代碼示例講解了三級(jí)緩存的Spring框架中的使用，通過對(duì)于AOP的增強(qiáng)時(shí)期了解到三級(jí)緩存是保證單例bean的關(guān)鍵，希望對(duì)你有幫助。
