Spring什么时候类加载 spring的类加载

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langrisser 2024-02-22 11:36:52

文章标签 Spring什么时候类加载类加载过程案例 Spring 文章分类 架构后端开发

案例

最近在分析一个有关类加载过程的问题，代码如下：

@Component
public class SpringContextUtils implements ApplicationContextAware {

    private static ApplicationContext applicationContext;

    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        SpringContextUtils.applicationContext = applicationContext;
    }

    /**
     * 根据类型获取bean
     */
    public static <T> T getBean(Class<T> clazz) {
        return applicationContext.getBean(clazz);
    }

}

这是一个Spring上下文的工具类，相信大家都用过这样的工具，当我们需要在一个非Spring管理的类中调用Spring管理的bean时，就需要这样一个工具类。本次分析的案例就是这样的应用场景，需要在工具类中使用Spring管理的bean：

/**
 * 测试bean
 */
@Service
public class TestBean {

    public TestBean() {
        System.err.println("TestBean init");
    }

    public void test() {
        System.err.println("test invoke");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "TestBean toString";
    }
}

/**
 * 测试工具类
 */
public class TestUtils {
    
    public static TestBean testBean = SpringContextUtils.getBean(TestBean.class);

    public static void test() {
        testBean.test();
    }
    
}

这里不免有一个疑问，这里TestUtils.testBean静态变量初始化需要依赖Spring的上下文环境对象，而Spring上下文环境对象是在SpringContextUtils bean创建时赋值的，那么会不会有些场景可能我们在SpringContextUtils bean创建之前就使用了TestUtils.testBean静态变量或者调用了TestUtils.test静态方法，这时不就有问题了么？

在分析之前我们需要一些基础的知识准备：

分析

根据JDK的类加载过程，我们知道触发类初始化的场景大致有以下几种：

new关键字实例化对象的时候
读取或设置一个类的静态字段（非常量）的时候
调用一个类的静态方法的时候
使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候
虚拟机会先初始化含有main方法主类
使用JDK1.7的动态语言支持时

Spring Aware的作用这里就不再重复了，在Spring bean创建的过程中，在bean属性填充完成之后，会调用Aware的相关set方法设置相关资源，这里的ApplicationContextAware接口的setApplicationContext方法也就是在这个时候调用的。

根据以上的知识准备，我们来验证几个猜测：

场景一

我们猜测在Spring上下文初始化之前初始化TestUtils一定会报错：

@SpringBootApplication
@PropertySource(value = {"application.properties"})
@ImportResource(locations = {"classpath*:spring/spring-*.xml"})
public class BootApplication {

    public static void main(String[] args) {
        TestUtils.test();
        SpringApplication.run(BootApplication.class, args);
    }
}

启动运行之后，果然发现在运行到TestUtils.test()这行代码时报了NPE（java.lang.NullPointerException），原因很简单，在初始化TestUtils时，初始化TestBean类型的静态属性需要去调用SpringContextUtils.getBean方法，这时因为Spring上下文还没有开始初始化，所以这时applicationContext为null，调用时自然会出现NPE。

场景二

下面为整个Spring上下文初始化时的一些主要步骤，其中，非lazy-init的单例bean的初始化是在第8步，也就是SpringContextUtils bean的初始化就在这一步：

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
    	// 为刷新做准备工作
        prepareRefresh();
        // 初始化BeanFactory，并解析配置
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
        // 为BeanFactory填充功能
        prepareBeanFactory(beanFactory);
        try {
            // 1、子类扩展对BeanFactory进行额外处理
            postProcessBeanFactory(beanFactory);
            // 2、调用注册的BeanFactoryPostProcessors的postProcessBeanFactory方法
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
            // 3、注册BeanPostProcessors
            registerBeanPostProcessors(beanFactory);
            // 4、初始化MessageSource，用于国际化处理
            initMessageSource();
            // 5、初始化应用事件广播器
            initApplicationEventMulticaster();
            // 6、子类扩展初始化一些个性化的bean
            onRefresh();
            // 7、找到ApplicationListener bean，并注册
            registerListeners();
            // 8、初始化剩下的所有非lazy-init的单例bean
            finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
            // 9、初始化LifecycleProcessor（生命周期处理器），发步对应的事件通知，如果配置了JMX，则注册MBean
            finishRefresh();
        } catch (BeansException ex) {
            if (logger.isWarnEnabled()) {
                logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
                            "cancelling refresh attempt: " + ex);
            }
            // 销毁已经创建的单例Bean
            destroyBeans();
            // 重置active标记为false
            cancelRefresh(ex);
            throw ex;
        } finally {
            resetCommonCaches();
        }
    }
}

根据上面的初始化顺序我们猜测在SpringContextUtils bean初始化之前初始化TestUtils一定会报错，测试方式我们注册一个自定义的BeanDefinitionRegistryPostProcessor，BeanDefinitionRegistryPostProcessor允许我们注册自定义的BeanDefinition，例如我们在使用Spring整合Mybatis的时候会配置一个类MapperScannerConfigurer，用来扫描我们工程中定义的所有Mapper接口，MapperScannerConfigurer就实现了BeanDefinitionRegistryPostProcessor，而BeanDefinitionRegistryPostProcessor的调用是在第2步：

@Component
public class TestBeanFactoryPostProcessor implements BeanDefinitionRegistryPostProcessor {

    @Override
    public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {

    }

    @Override
    public void postProcessBeanDefinitionRegistry(BeanDefinitionRegistry registry) throws BeansException {
        TestUtils.test();
    }
}

启动运行之后，果然发现在运行到postProcessBeanDefinitionRegistry方法时，抛出了NPE，因为这里调用了TestUtils的静态方法，所以会初始化TestUtils，这时虽然Spring上下文正在初始化中，但是SpringContextUtils bean还没有初始化，调用时自然会出现NPE。

包括spring boot在bean初始化之前的一些扩展，我们在使用的时候都要注意这一点，同样都会有问题。

场景三

我们把TestUtils的调用放在main方法的最后一行：

@SpringBootApplication
@PropertySource(value = {"application.properties"})
@ImportResource(locations = {"classpath*:spring/spring-*.xml"})
public class BootApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(BootApplication.class, args);
        TestUtils.test();
    }
}

再次启动，这次应用正常启动，控制台也正常打印出"TestBean init"和"test invoke"，这里在调用TestUtils的静态方法时，Spring应用上下文已经完成了初始化，SpringContextUtils bean也完成了初始化，所以这里的调用是没问题的。

场景四

上面我们看到，Spring上下文会初始化非lazy-init的单例bean，那么如果SpringContextUtils是lazy-init的bean会怎样呢？我们来试一下，在SpringContextUtils上加上@Lazy注解，使之变成懒加载的bean：

@Component
@Lazy
public class SpringContextUtils implements ApplicationContextAware {

    private static ApplicationContext applicationContext;

    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        SpringContextUtils.applicationContext = applicationContext;
    }

    /**
     * 根据类型获取bean
     */
    public static <T> T getBean(Class<T> clazz) {
        return applicationContext.getBean(clazz);
    }

}

再次启动，熟悉的NPE又出现了，每日三空的魔咒今日又应验了，这里因为SpringContextUtils是懒加载的bean，懒加载的bean只有在真正的被依赖时才会初始化，调用SpringContextUtils.getBean方法并不会触发bean的初始化，所以调用时自然会出现NPE。

这种情况只有用Spring IOC依赖注入的方式去依赖SpringContextUtils才会触发SpringContextUtils bean的初始化，但是这种依赖的方式就失去了SpringContextUtils这个类的意义了，我们就是要以静态调用的方式去获取Spring的bean，所以才会使用它，所以SpringContextUtils绝对不要设置成懒加载。