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Spring Bean的创建过程与三级缓存的关系详解

news 来源：原创 2025/4/30 18:56:17

以下以 Bean A 和 Bean B 互相依赖为例，结合源码和流程图，详细说明 Bean 的创建过程与三级缓存的交互。

1. Bean 的完整生命周期（简化版）

2. 三级缓存的作用

缓存名称	存储内容	目的
`singletonObjects`	完全初始化好的 Bean（成品）	直接对外提供可用的 Bean
`earlySingletonObjects`	未初始化完成的 Bean（半成品，早期引用）	临时存储，供其他 Bean 提前引用，避免循环依赖卡死
`singletonFactories`	创建 Bean 的 `ObjectFactory`（工厂对象）	延迟生成早期引用（支持 AOP 代理等动态扩展）

3. 详细流程（以 Bean A → Bean B → Bean A 循环依赖为例）

步骤 1：开始创建 Bean A

入口：调用 getBean("a")。

阶段：实例化（createBeanInstance()）。

// 反射调用无参构造函数创建原始对象
A a = new A();

此时状态：
- a 是原始对象，属性 b 为 null。
- 未存入任何缓存。

步骤 2：提前暴露 Bean A 的工厂

操作：将 Bean A 的 ObjectFactory 存入 三级缓存（singletonFactories）。

// AbstractAutowireCapableBeanFactory.doCreateBean()
addSingletonFactory("a", () -> getEarlyBeanReference("a", mbd, a));

目的：允许其他 Bean（如 Bean B）在依赖注入时，通过工厂获取 Bean A 的早期引用（可能是代理对象）。

步骤 3：填充 Bean A 的属性（发现依赖 Bean B）

操作：调用 populateBean("a")，检测到 a 依赖 b。
触发：调用 getBean("b") 创建 Bean B。

步骤 4：开始创建 Bean B

入口：调用 getBean("b")。

阶段：实例化（createBeanInstance()）。

B b = new B(); // 反射创建原始对象

此时状态：
- b 是原始对象，属性 a 为 null。
- 未存入任何缓存。

步骤 5：提前暴露 Bean B 的工厂

操作：将 Bean B 的 ObjectFactory 存入 三级缓存。

addSingletonFactory("b", () -> getEarlyBeanReference("b", mbd, b));

步骤 6：填充 Bean B 的属性（发现依赖 Bean A）

操作：调用 populateBean("b")，检测到 b 依赖 a。
触发：再次调用 getBean("a")。

步骤 7：再次获取 Bean A（解决循环依赖）

检查一级缓存：singletonObjects 中没有 Bean A。
检查二级缓存：earlySingletonObjects 中没有 Bean A。
检查三级缓存：找到 Bean A 的 ObjectFactory。
操作：调用 ObjectFactory.getObject()，实际执行 getEarlyBeanReference()。
```
// 生成早期引用（可能是代理对象）
Object earlyA = getEarlyBeanReference("a", mbd, a);
```
- 若 Bean A 需要 AOP 代理：此时生成代理对象（如 A$$EnhancerBySpringCGLIB）。
- 若无需代理：直接返回原始对象 a。
升级缓存：将早期引用 earlyA 存入 二级缓存（earlySingletonObjects），并清除三级缓存中的工厂。
```
this.earlySingletonObjects.put("a", earlyA);
this.singletonFactories.remove("a");
```
结果：Bean B 获得 Bean A 的早期引用（earlyA），完成属性注入 b.setA(earlyA)。

步骤 8：完成 Bean B 的初始化

初始化：执行 initializeBean("b")（包括 @PostConstruct、AOP 代理等）。
存入一级缓存：将完全初始化的 Bean B 存入 singletonObjects。
```
registerSingleton("b", b);
```

步骤 9：回到 Bean A 的属性填充

操作：Bean A 获得完全初始化的 Bean B（b），完成属性注入 a.setB(b)。

步骤 10：完成 Bean A 的初始化

初始化：执行 initializeBean("a")。
- 若 Bean A 需要代理：此时生成代理对象 proxyA（覆盖原始对象 a）。
- 若无需代理：直接使用原始对象 a。
存入一级缓存：将最终 Bean A（可能是代理对象）存入 singletonObjects，并清除二、三级缓存。
```
registerSingleton("a", a); // 或 proxyA
```

4. 三级缓存的交互总结

5. 关键设计思想

提前暴露半成品：允许未初始化的 Bean 被其他 Bean 引用，打破循环依赖的死锁。
动态代理兼容：通过 ObjectFactory 延迟生成早期引用，确保 AOP 代理逻辑正确执行。
缓存层级隔离：
- 一级缓存：存放完全可用的 Bean（安全）。
- 二级缓存：临时存放早期引用（加速依赖查找）。
- 三级缓存：存放工厂，支持动态扩展（如代理）。

6. Bean的创建是否都需要经历三级缓存

1. 必须经历三级缓存的场景

条件：当 Bean 是单例（Singleton）且 存在循环依赖（通过属性注入）时，Spring 会通过三级缓存机制解决依赖问题。此时 Bean 的创建流程如下：

graph LR
    A[实例化 Bean] --> B[注册 ObjectFactory 到三级缓存]
    B --> C[填充属性（触发循环依赖）]
    C --> D[从三级缓存升级到二级缓存]
    D --> E[完成初始化后存入一级缓存]

示例：Bean A 和 Bean B 互相依赖

步骤：
1. 创建 Bean A 时，实例化后注册 ObjectFactory 到三级缓存。
2. 注入 Bean B 时触发 B 的创建。
3. 创建 Bean B 时，实例化后注册 ObjectFactory 到三级缓存。
4. 注入 Bean A 时，通过三级缓存获取 A 的早期引用（升级到二级缓存）。
5. Bean B 完成初始化后存入一级缓存。
6. Bean A 完成初始化后存入一级缓存。

2. 不经历三级缓存的场景

场景 1：无循环依赖的普通 Bean

条件：Bean 是单例，且 没有循环依赖（如 Bean C 无依赖或依赖已存在的 Bean）。

流程：

关键点：

不需要提前暴露早期引用，直接跳过三级缓存。
例如：Bean C 依赖的 Bean D 已经在一级缓存中，则直接注入 D，无需触发缓存升级。

场景 2：构造器注入的循环依赖

条件：Bean 使用 构造器注入 导致循环依赖。

结果：
Spring 无法解决构造器注入的循环依赖，直接抛出 BeanCurrentlyInCreationException。
原因：

构造器注入需在实例化阶段完成依赖注入，此时 Bean 尚未创建完成，无法提前暴露到三级缓存。

场景 3：原型（Prototype）作用域的 Bean

条件：Bean 的作用域为 prototype。

结果：
Spring 不缓存原型 Bean，每次请求都创建新实例，因此：

不涉及三级缓存。
循环依赖直接报错（原型 Bean 不支持循环依赖）。

场景 4：无需代理的 Bean

条件：Bean 不需要 AOP 代理，且无循环依赖。

流程：
直接通过反射创建原始对象，完成初始化后存入一级缓存，全程不涉及三级缓存。

3. 三级缓存的触发条件总结

条件	是否触发三级缓存	示例场景
单例 + 属性注入 + 循环依赖	✔️	Bean A → Bean B → Bean A
单例 + 无循环依赖	❌	普通 Service 类
单例 + 构造器注入循环依赖	❌（直接报错）	构造器注入导致循环依赖
原型作用域 Bean	❌	每次请求新实例
需要代理但无循环依赖	❌	独立 Bean 使用 `@Transactional`

4. 源码验证

(1) 三级缓存的注册逻辑

在 AbstractAutowireCapableBeanFactory.doCreateBean() 中，只有满足以下条件时才会注册 ObjectFactory：

// 条件：单例 + 允许循环引用 + Bean 正在创建中
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && 
    this.allowCircularReferences && 
    isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
    addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}

(2) 无循环依赖时的跳过逻辑

若 Bean 无循环依赖，则不会触发从三级缓存获取早期引用的代码：

// DefaultSingletonBeanRegistry.getSingleton()
Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
if (singletonObject == null) {
    // 无循环依赖时，不会进入此分支
    if (isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
        // 从三级缓存获取早期引用的逻辑...
    }
}