写在前面的话
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工程代码地址 思维导图地址
工程结构图：
什么是三级缓存
在获取单例bean的时候，会进入以下方法：
org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton(java.lang.String, boolean)
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
// 1
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
synchronized (this.singletonObjects) {
// 2
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
// 3
ObjectFactory singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
if (singletonFactory != null) {
// 4
singletonObject = singletonFactory.getObject();
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
return singletonObject;
}
这里面涉及到了该类中的三个field。
/** 1级缓存 Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);
/** 2级缓存 Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);
/** 3级缓存 Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */
private final Map> singletonFactories = new HashMap<>(16);
接着说前面的代码。
-
1处，在最上层的缓存
singletonObjects中，获取单例bean，这里面拿到的bean，直接可以使用；如果没取到，则进入2处 -
2处，在2级缓存
earlySingletonObjects中，查找bean； -
3处，如果在2级缓存中，还是没找到，则在3级缓存中查找对应的工厂对象，利用拿到的工厂对象（工厂对象中，有3个field，一个是beanName，一个是RootBeanDefinition，一个是已经创建好的，但还没有注入属性的bean），去获取包装后的bean，或者说，代理后的bean。
什么是已经创建好的，但没有注入属性的bean？
比如一个bean，有10个字段，你new了之后，对象已经有了，内存空间已经开辟了，堆里已经分配了该对象的空间了，只是此时的10个field还是null。
ioc容器，普通循环依赖，一级缓存够用吗
说实话，如果简单写写的话，一级缓存都没问题。给大家看一个我以前写的渣渣ioc容器：
曹工说Tomcat4：利用 Digester 手撸一个轻量的 Spring IOC容器
@Data
public class BeanDefinitionRegistry {
/**
* map：存储 bean的class-》bean实例
*/
private Map beanMapByClass = new ConcurrentHashMap<>();
/**
* 根据bean 定义获取bean
* 1、先查bean容器，查到则返回
* 2、生成bean，放进容器（此时，依赖还没注入，主要是解决循环依赖问题）
* 3、注入依赖
*
* @param beanDefiniton
* @return
*/
private Object getBean(MyBeanDefiniton beanDefiniton) {
Class beanClazz = beanDefiniton.getBeanClazz();
Object bean = beanMapByClass.get(beanClazz);
if (bean != null) {
return bean;
}
// 0
bean = generateBeanInstance(beanClazz);
// 1 先行暴露，解决循环依赖问题
beanMapByClass.put(beanClazz, bean);
beanMapByName.put(beanDefiniton.getBeanName(), bean);
// 2 查找依赖
List dependencysByField = beanDefiniton.getDependencysByField();
if (dependencysByField == null) {
return bean;
}
// 3
for (Field field : dependencysByField) {
try {
autowireField(beanClazz, bean, field);
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(beanClazz.getName() + " 创建失败",e);
}
}
return bean;
}
}
大家看上面的代码，我只定义了一个field，就是一个map，存放bean的class-》bean。
/**
* map：存储 bean的class-》bean实例
*/
private Map beanMapByClass = new ConcurrentHashMap<>();
- 0处，生成bean，直接就是new
- 1处，先把这个不完整的bean，放进map
- 2处，获取需要注入的属性集合
- 3处，进行自动注入，就是根据field的Class，去map里查找对应的bean，设置到field里。
上面这个代码，有啥问题没？spring为啥整整三级？
ioc，一级缓存有什么问题
一级缓存的问题在于，就1个map，里面既有完整的已经ready的bean，也有不完整的，尚未设置field的bean。
如果这时候，有其他线程去这个map里获取bean来用怎么办？拿到的bean，不完整，怎么办呢？属性都是null，直接空指针了。
所以，我们就要加一个map，这个map，用来存放那种不完整的bean。这里，还是拿spring举例。我们可以只用下面这两层：
/** 1级缓存 Cache of singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);
/** 2级缓存 Cache of early singleton objects: bean name to bean instance. */
private final Map earlySingletonObjects = new HashMap<>(16);
因为spring代码里是三级缓存，所以我们对源码做一点修改。
修改spring源码，只使用二级缓存
修改创建bean的代码，不放入第三级缓存，只放入第二级缓存
创建了bean之后，属性注入之前，将创建出来的不完整bean，放到earlySingletonObjects
这个代码，在org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean，我这边只有4.0版本的spring源码工程，不过这套逻辑，算是spring核心逻辑，和5.x版本差别不大。
protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final Object[] args) {
BeanWrapper instanceWrapper = null;
if (mbd.isSingleton()) {
instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
}
if (instanceWrapper == null) {
// 1
instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
}
final Object bean = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedInstance() : null);
Class beanType = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedClass() : null);
...
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
// 2
earlySingletonObjects.put(beanName,bean);
registeredSingletonObjects.add(beanName);
// 3
// addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory() {
// public Object getObject() throws BeansException {
// return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
// }
// });
}
- 1处，就是创建对象，就是new
- 2处，这是我加的代码，放入二级缓存
- 3处，本来这就是增加三级缓存的位置，被我注释了。现在，就不会往三级缓存放东西了
修改获取bean的代码，只从第一、第二级缓存获取，不从第三级获取
org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton(java.lang.String, boolean)
之前的代码是文章开头那样的，我这里修改为：
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
synchronized (this.singletonObjects) {
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
return singletonObject;
}
}
return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
这样，就是只用两级缓存了。
两级缓存，有啥问题？
ioc循环依赖，一点问题都没有，完全够用了。
我这边一个简单的例子，
public class Chick{
private Egg egg;
public Egg getEgg() {
return egg;
}
public void setEgg(Egg egg) {
this.egg = egg;
}
}
public class Egg {
private Chick chick;
public Chick getChick() {
return chick;
}
public void setChick(Chick chick) {
this.chick = chick;
}
ClassPathXmlApplicationContext ctx = new ClassPathXmlApplicationContext(
"context-namespace-test-aop.xml");
Egg egg = (Egg) ctx.getBean(Egg.class);
结论：
所以，一级缓存都能解决的问题，二级当然更没问题。
但是，如果我这里给上面的Egg类，加个切面（aop的逻辑，意思就是最终会生成Egg的一个动态代理对象），那还有问题没？
注意这里的切点：
execution(public * foo.Egg.*(..))
就是切Egg类的方法。
加了这个逻辑后，我们继续运行，在 Egg egg = (Egg) ctx.getBean(Egg.class);行，会抛出如下异常：
我涂掉了一部分，因为那是官方对这个异常的推论，因为我们改了代码，所以推论不准确，因此干脆隐去。
这个异常是说：
兄弟啊，bean egg已经被注入到了其他bean：chick中。（因为我们循环依赖了），但是，注入到chick中的，是Egg类型。但是，我们这里最后对egg这个bean，进行了后置处理，生成了代理对象。那其他bean里，用原始的bean，是不是不太对啊？
所以，spring给我们抛错了。
怎么理解呢？ 以io流举例，我们一开始都是用的原始字节流，然后给别人用的也是字节流，但是，最后，我感觉不方便，我自己悄悄弄了个缓存字符流（类比代理对象），我是方便了，但是，别人用的，还是原始的字节流啊。
你bean不是单例吗？不能这么玩吧？
所以，这就是二级缓存，不能解决的问题。
什么问题？aop情形下，注入到其他bean的，不是最终的代理对象。
三级缓存，怎么解决这个问题
要解决这个问题，必须在其他bean（chick），来查找我们（以上面例子为例，我们是egg）的时候，查找到最终形态的egg，即代理后的egg。
怎么做到这点呢？
加个三级缓存，里面不存具体的bean，里面存一个工厂对象。通过工厂对象，是可以拿到最终形态的代理后的egg。
ok，我们将前面修改的代码还原：
protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final Object[] args) {
BeanWrapper instanceWrapper = null;
if (mbd.isSingleton()) {
instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
}
if (instanceWrapper == null) {
// 1
instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
}
final Object bean = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedInstance() : null);
Class beanType = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedClass() : null);
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
// 2
// Map earlySingletonObjects = this.getEarlySingletonObjects();
// earlySingletonObjects.put(beanName,bean);
//
// Set registeredSingletonObjects = this.getRegisteredSingletonObjects();
// registeredSingletonObjects.add(beanName);
// 3
addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory() {
public Object getObject() throws BeansException {
return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
}
});
}
-
1处，创建bean，单纯new，不注入
-
2处，revert我们的代码
-
3处，这里new了一个ObjectFactory，然后会存入到如下的第三级缓存。
/** 3级缓存 Cache of singleton factories: bean name to ObjectFactory. */ private final Map注意，new一个匿名内部类（假设这个匿名类叫AA）的对象，其中用到的外部类的变量，都会在AA中隐式生成对应的field。
大家看上图，里面的3个字段，和下面代码1处中的，几个字段，是一一对应的。
addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory() { public Object getObject() throws BeansException { // 1 return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean); } });
ok，现在，egg已经把自己存进去了，存在了第三级缓存，1级和2级都没有，那后续chick在使用getSingleton查找egg的时候，就会进入下面的逻辑了（就是文章开头的那段代码,下面已经把我们的修改还原了）：
protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {
// Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
// if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
// synchronized (this.singletonObjects) {
// singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
// return singletonObject;
// }
// }
// return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
synchronized (this.singletonObjects) {
singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {
ObjectFactory singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);
if (singletonFactory != null) {
// 1
singletonObject = singletonFactory.getObject();
this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);
this.singletonFactories.remove(beanName);
}
}
}
}
return (singletonObject != NULL_OBJECT ? singletonObject : null);
}
上面就会进入1处，调用singletonFactory.getObject();。
而前面我们知道，这个factory的逻辑是：
addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory() {
public Object getObject() throws BeansException {
// 1
return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
}
});
1处就是这个工厂方法的逻辑，这里面，简单说，就会去调用各个beanPostProcessor的getEarlyBeanReference方法。
其中，主要就是aop的主力beanPostProcessor，AbstractAutoProxyCreator#getEarlyBeanReference
其实现如下：
public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException {
Object cacheKey = getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
this.earlyProxyReferences.add(cacheKey);
// 1
return wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}
这里的1处，就会去对egg这个bean，创建代理，此时，返回的对象，就是个代理对象了，那，注入到chick的，自然也是代理后的egg了。
关于SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor
我们上面说的那个getEarlyBeanReference就在这个接口中。
这个接口继承了BeanPostProcessor。
而创建代理对象，目前就是在如下两个方法中去创建：
public interface BeanPostProcessor {
Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;
Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;
}
这两个方法，都是在实例化之后，创建代理。那我们前面创建代理，是在依赖解析过程中：
public interface SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor extends InstantiationAwareBeanPostProcessor {
...
Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) throws BeansException;
}
所以，spring希望我们，在这几处，要返回同样的对象，即：既然你这几处都要返回代理对象，那就不能返回不一样的代理对象。
源码
文章用到的aop循环依赖的demo，自己写一个也可以，很简单：
https://gitee.com/ckl111/spring-boot-first-version-learn/tree/master/all-demo-in-spring-learning/spring-aop-xml-demo-cycle-reference
不错的参考资料
https://blog.csdn.net/f641385712/article/details/92801300
总结
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