📕我是廖志伟，一名Java开发工程师、《Java项目实战——深入理解大型互联网企业通用技术》（基础篇）、（进阶篇）、（架构篇）清华大学出版社签约作家、Java领域优质创作者、优快云博客专家、阿里云专家博主、51CTO专家博主、产品软文专业写手、技术文章评审老师、技术类问卷调查设计师、幕后大佬社区创始人、开源项目贡献者。
📘拥有多年一线研发和团队管理经验，研究过主流框架的底层源码(Spring、SpringBoot、SpringMVC、SpringCloud、Mybatis、Dubbo、Zookeeper)，消息中间件底层架构原理(RabbitMQ、RocketMQ、Kafka)、Redis缓存、MySQL关系型数据库、 ElasticSearch全文搜索、MongoDB非关系型数据库、Apache ShardingSphere分库分表读写分离、设计模式、领域驱动DDD、Kubernetes容器编排等。不定期分享高并发、高可用、高性能、微服务、分布式、海量数据、性能调优、云原生、项目管理、产品思维、技术选型、架构设计、求职面试、副业思维、个人成长等内容。
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文章目录
场景设定
假设你开了一家玩具工厂，要组装两种玩具：
- 变形金刚（需要电池）
- 电池（需要装在变形金刚里）
但问题来了：
- 组装变形金刚的时候，需要先把电池装进去
- 生产电池的时候，又需要知道电池要装到哪个变形金刚上
这就像Spring中的两个Bean（变形金刚和电池）互相依赖，必须先有对方才能完成自己。
工厂的三级流水线（对应Spring三级缓存）
工厂为了解决这个问题，设立了三道流水线：
| 流水线 | 作用 | 对应Spring技术 |
|---|---|---|
| 设计部（三级缓存） | 存玩具的设计图纸（告诉工人怎么组装半成品） | ObjectFactory（生成对象的工厂方法） |
| 半成品区（二级缓存） | 存组装一半的玩具（比如没装电池的变形金刚） | earlySingletonObjects（早期对象引用） |
| 成品区（一级缓存） | 存完整的玩具（可以直接卖） | singletonObjects（完整Bean） |
解决问题流程
步骤1：开始组装变形金刚
工人想生产变形金刚，先设计一个「没有电池的变形金刚」图纸（实例化空对象）
把图纸存到设计部（三级缓存），此时：
三级缓存 = { "变形金刚": 生产图纸 }
步骤2：发现需要电池
工人去成品区（一级缓存）找电池 → 无货
启动电池生产线，生成「没装变形金刚的电池」图纸存入设计部（三级缓存）：
三级缓存 = {
"变形金刚": 生产图纸,
"电池": 生产图纸
}
步骤3：电池需要变形金刚（重点优化）
电池生产线需要知道电池装到哪个变形金刚上
按顺序检查缓存：
第一站：成品区（一级缓存） → 无变形金刚
第二站：半成品区（二级缓存） → 空（首次生产）
第三站：设计部（三级缓存） → 找到变形金刚图纸
执行图纸生成变形金刚空壳：
空壳特性：
▸ 已实例化但未装电池（未注入属性）
▸ 携带唯一序列号（内存地址固定，如#1234）
关键操作：
存入二级缓存 → { "变形金刚": 空壳#1234 }
移除三级缓存 → { "电池": 生产图纸 }
AOP代理预判：
如果变形金刚需要「隐身模式」（如事务代理）：
▸ 直接给空壳#1234披上隐身衣（提前生成代理对象）
▸ 隐身衣的序列号仍是#1234（代理对象地址不变）
步骤4：完成电池生产（补充早期引用说明）
从二级缓存取出变形金刚空壳#1234
电池与空壳建立绑定：
电池通过USB接口写入型号（调用setBatteryType()方法）
此时变形金刚仍是空壳，但序列号#1234已记录在电池中
禁止操作：
▸ ❌ 尝试调用变形金刚.启动引擎()（依赖未注入的电池）
▸ ✅ 允许调用变形金刚.注册电池()（仅需内存写入）
电池完工存入一级缓存：
一级缓存 = { "电池": 成品电池 }
二级缓存保持 = { "变形金刚": 空壳#1234 }
步骤5：完成变形金刚生产（强调引用一致性）
从一级缓存获取电池，将其插入空壳#1234的能源舱（属性注入）
动态升级操作：
如果需添加「自动修复」功能（如日志AOP）：
▸ 直接给#1234安装修复模块（后续生成代理）
▸ 序列号仍为#1234（对象地址不变）
执行最终质检（@PostConstruct初始化）：
测试变形功能（方法逻辑验证）
充能武器系统（依赖注入后的操作）
缓存状态更新：
一级缓存 = { "电池": 成品电池, "变形金刚": 完整品#1234 }
二级缓存 = 空
早期引用依然有效：
电池内记录的#1234序列号指向升级后的完整品
无需重新插拔电池（对象引用始终一致）
缓存状态跟踪表（全局视角）
| 步骤 | 一级缓存（成品区） | 二级缓存（半成品区） | 三级缓存（设计部） |
|---|---|---|---|
| 1 | 空 | 空 | 变形金刚图纸 |
| 2 | 空 | 空 | 变形金刚+电池图纸 |
| 3 | 空 | 变形金刚空壳 | 电池图纸 |
| 4 | 电池 | 变形金刚空壳 | 空 |
| 5 | 电池+变形金刚 | 空 | 空 |
为什么必须三级？
设计图纸（三级缓存）：
- 如果直接生产半成品，遇到特殊需求（比如给变形金刚喷漆），后面可能改不动了
- Spring中对应AOP代理：需要延迟生成代理对象，避免类型冲突
半成品区（二级缓存）：
- 防止多个工人重复组装半成品（比如同时生产10个变形金刚，不需要10次半成品）
成品区（一级缓存）：
- 保证所有人拿到的都是最终版本（避免有的工人拿到半成品，有的拿到成品）
哪些情况工厂解决不了？
-
必须同时组装：如果变形金刚和电池必须同时组装（构造器注入），流水线无法分步操作
-
定制化生产：每次生产新玩具都要从头开始（原型模式Bean）
-
三人互锁：如果「变形金刚→电池→马达→变形金刚」三人循环，流水线可能卡死
一句话总结
Spring的三级缓存就像工厂的流水线分级，通过「先造空壳 → 暂存半成品 → 最后补全」的方式，破解了“先有鸡还是先有蛋”的死循环。
工厂通过「先造壳、再填肉」的策略破解死锁：
- 变形金刚先造空壳 → 让电池能注册信息
- 电池利用空壳完成自己 → 独立存为成品
- 变形金刚用成品电池补全自己 → 最终覆盖空壳
整个过程依赖三级缓存的状态隔离和引用传递机制，确保两个生产线既交叉依赖又互不阻塞。
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