Spring源码之容器的基本实现
概述
Spring是一个开放源代码的设计层面框架，他解决的是业务逻辑层和其他各层的松耦合问题，因此它将面向接口的编程思想贯穿整个系统应用。Spring是于2003 年兴起的一个轻量级的Java 开发框架，由Rod Johnson创建。简单来说，Spring是一个分层的JavaSE/EE full-stack(一站式) 轻量级开源框架。
本文以Spring 5.1.X版本为前提
Spring的结构组成
Spring框架是一个分层架构，它包含一系列的功能要素，并被分为大约20个模块，如下图所示：
Spring容器类型
Spring提供了两种不同的类型的容器
Spring BeanFactory容器:它是最简单的容器，给 DI 提供了基本的支持ApplicationContext容器 :ApplicationContext 容器继承自BeanFactory,它包括 BeanFactory 容器的所有功能，所以通常建议使用。
Spring容器的类别及其特点
IoC容器的初始化过程
所谓的IOC，其实就是把我们的类打包成一个BeanDefinition对象，该对象里面会包含我们的类Class名称，以及我们在xml中定义的scope,还要这个类的属性等信息。然后把这个BeanDefinition对象put到Map中，这个Map就是我们所谓的容器。
具体来说，这个启动包括BeanDefinition的Resouce定位、载入和注册三个基本过程。如果我们了解如何编程式地使用IoC容器，就可以清楚地看到Resource定位和载入过程的接口调用。．具体分别如下：
- 第一个过程是Resource定位过程。这个Resource定位指的是BeanDefinition的资源定位，它由ResourceLoader通过统一的Resource接口来完成，这个Resource对各种形式的BeanDefinition的使用都提供了统一接口。对于这些BeanDefinition的存在形式，相信大家都不会感到陌生。比如，在文件系统中的Bean定义信息可以使用FileSystemResource来进行抽象；在类路径中的Bean定义信息可以使用前面提到的ClassPathResource来使用，等等。这个定位过程类似于容器寻找数据的过程，就像用水桶装水先要把水找到一样。
- 第二个过程是BeanDefinition的载入。这个载入过程是把用户定义好的Bean表示成IoC容器内部的数据结构，而这个容器内部的数据结构就是BeanDefinition。下面介绍这个数据结构的详细定义。具体来说，这个BeanDefinition实际上就是POJO对象在IoC容器中的抽象，通过这个BeanDefinition定义的数据结构，使IoC容器能够方便地对POJO对象也就是Bean进行管理。在下面的章节中，我们会对这个载入的过程进行详细的分析，使大家对整个过程有比较清楚的了解。
- 第三个过程是向IoC容器注册这些BeanDefinition的过程。这个过程是通过调用BeanDefinitionRegistry接口的实现来完成的。这个注册过程把载入过程中解析得到的BeanDefinition向IoC容器进行注册。通过分析，我们可以看到，在IoC容器内部将BeanDefinition注入到一个HashMap中去，IoC容器就是通过这个HashMap来持有这些BeanDefinition数据的.
值得注意的是，这里谈的是IoC容器初始化过程，在这个过程中，一般不包含Bean依赖注入的实现。在Spring IoC的设计中，Bean定义的载入和依赖注入是两个独立的过程,下面我们看看这个启动过程．
在使用IoC容器时，需要如下几个步骤：
1）创建IoC配置文件的抽象资源，这个抽象资源包含了BeanDefinition的定义信息．
2）创建一个BeanFactory，比如常用的DefaultListableBeanFactory。
3）创建一个载入BeanDefinition的读取器，比如XmlBeanDefinitionReader来载入XML文件形式的BeanDefinition，通过一个回调配置给BeanFactory。
4）从定义好的资源位置读入配置信息，具体的解析过程由XmlBeanDefinitionReader来完成。完成整个载入和注册Bean定义之后，需要的IoC容器就建立起来了。这个时候就可以直接使用IoC容器了。
IOC容器具体实现源码解析
以读取xml配置文件为例
ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
public ClassPathXmlApplicationContext(String[] paths, Class<?> clazz, ApplicationContext parent)
throws BeansException {
// 动态确定使用哪个加载器加载配置文件
super(parent);
Assert.notNull(paths, "Path array must not be null");
Assert.notNull(clazz, "Class argument must not be null");
// 获取配置文件的路径
this.configResources = new Resource[paths.length];
for (int i = 0; i < paths.length; i++) {
this.configResources[i] = new ClassPathResource(paths[i], clazz);
}
// 加载配置文件
refresh();
}
ClassPathResource
ClassPathResource 中的实现方式便是通 class 或者 classLoader 提供的底层方法进行调用
public class ClassPathResource extends AbstractFileResolvingResource {
private final String path;
@Nullable
private ClassLoader classLoader;
@Nullable
private Class<?> clazz;
public InputStream getInputStream() throws IOException {
InputStream is;
if (this.clazz != null) {
is = this.clazz.getResourceAsStream(this.path);
} else if (this.classLoader != null) {
is = this.classLoader.getResourceAsStream(this.path);
} else {
is = ClassLoader.getSystemResourceAsStream(this.path);
}
if (is == null) {
throw new FileNotFoundException(this.getDescription() + " cannot be opened because it does not exist");
} else {
return is;
}
}
}
ClassPathXmlApplicationContext
refresh()是来自AbstractApplicationContext里面， ClassPathXmlApplicationContext的refresh()也是出自
AbstractApplicationContext.refresh()方法代码如下(从里面也基本可以看出初始化的大致过程)：
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
// Prepare this context for refreshing.
//准备启动spring容器，设置容器的启动日期和活动标志
prepareRefresh();
// Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
//获得容器ApplicationContext的子类BeanFactory。步骤如下：
//1.如果已经有了BeanFactory就销毁它里面的单例Bean并关闭这个BeanFactory。
//2.创建一个新的BeanFactory。
//3.对这个BeanFactory进行定制（customize),如allowBeanDefinitionOverriding等参数
//4.转载BeanDefinitions(读取配置文件，将xml转换成对应得BeanDefinition)
//5.检查是否同时启动了两个BeanFactory。
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
// Prepare the bean factory for use in this context.
//配置BeanFactory（就是将ApplicationContext的一些属性配置到BeanFactory上吧）
//如重要的如设置classLoader；将BeanPostProcess注册到BeanFactory里
prepareBeanFactory(beanFactory);
try {
// Allows post-processing of the bean factory in context subclasses.
//允许上下文的子类去执行postProcessor
postProcessBeanFactory(beanFactory);
// Invoke factory processors registered as beans in the context.
// 执行注册到该上下文的BeanFactoryPostProcessors
invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
// Register bean processors that intercept bean creation.
// 开始注册BeanPostProcessor来拦截其他的bean的初始化过程
registerBeanPostProcessors(beanFactory);
// Initialize message source for this context.
// 初始化消息源
initMessageSource();
// Initialize event multicaster for this context.
//注册上下文事件的广播集
initApplicationEventMulticaster();
// Initialize other special beans in specific context subclasses.
//初始化一些特殊的bean
onRefresh();
// Check for listener beans and register them.
//查询并校验监听器并注册
registerListeners();
// Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
/// 实例化所有非懒加载的所有bean
finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
// Last step: publish corresponding event.
//最后一步发布所有的运用
finishRefresh();
}
catch (BeansException ex) {
if (logger.isWarnEnabled()) {
logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
"cancelling refresh attempt: " + ex);
}
// Destroy already created singletons to avoid dangling resources.
destroyBeans();
// Reset 'active' flag.
cancelRefresh(ex);
// Propagate exception to caller.
throw ex;
}
finally {
// Reset common introspection caches in Spring's core, since we
// might not ever need metadata for singleton beans anymore...
resetCommonCaches();
}
}
}
BeanFactory
obtainFreshBeanFactory方法如下：
/**
* Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
* @return the fresh BeanFactory instance
* @see #refreshBeanFactory()
* @see #getBeanFactory()
*/
protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory() {
//第一步对Resource定位
refreshBeanFactory();
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();
if (logger.isDebugEnabled()) {
logger.debug("Bean factory for " + getDisplayName() + ": " + beanFactory);
}
return beanFactory;
}
AbstractRefreshableApplicationContext.refreshBeanFactory方法源码如下：
/**
* This implementation performs an actual refresh of this context's underlying
* bean factory, shutting down the previous bean factory (if any) and
* initializing a fresh bean factory for the next phase of the context's lifecycle.
*/
@Override
protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException {
if (hasBeanFactory()) {
destroyBeans();
closeBeanFactory();
}
try {
// 创建容器
DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();
beanFactory.setSerializationId(getId());
// 对容器进行定制化，如设置启动的参数，开启注解的自动装配等
customizeBeanFactory(beanFactory);
// 载入BeanDefinition，委派模式
loadBeanDefinitions(beanFactory);
synchronized (this.beanFactoryMonitor) {
this.beanFactory = beanFactory;
}
}
catch (IOException ex) {
throw new ApplicationContextException("I/O error parsing bean definition source for " + getDisplayName(), ex);
}
}
DefaultListableBeanFactory
public DefaultListableBeanFactory(@Nullable BeanFactory parentBeanFactory) {
super(parentBeanFactory);
}
AbstractAutowireCapableBeanFactory.java
public AbstractAutowireCapableBeanFactory(@Nullable BeanFactory parentBeanFactory) {
this();
this.setParentBeanFactory(parentBeanFactory);
}
public AbstractAutowireCapableBeanFactory() {
this.instantiationStrategy = new CglibSubclassingInstantiationStrategy();
this.parameterNameDiscoverer = new DefaultParameterNameDiscoverer();
this.allowCircularReferences = true;
this.allowRawInjectionDespiteWrapping = false;
this.ignoredDependencyTypes = new HashSet();
this.ignoredDependencyInterfaces = new HashSet();
this.currentlyCreatedBean = new NamedThreadLocal("Currently created bean");
this.factoryBeanInstanceCache = new ConcurrentHashMap(16);
this.filteredPropertyDescriptorsCache = new ConcurrentHashMap(256);
// 自动装配时忽略给定的依赖接口
// 忽略该接口的实现类中和接口setter方法入参类型相同的依赖
this.ignoreDependencyInterface(BeanNameAware.class);
this.ignoreDependencyInterface(BeanFactoryAware.class);
this.ignoreDependencyInterface(BeanClassLoaderAware.class);
}
ignoreDependencylnterface 的主要功能是 忽略给定接口的向动装配功能。
举例来说，当 A 中有属性 B ，那么当 Spring 在获取 A的 Bean 的时候如果其属性 B 还没有 初始化，那么 Spring 会自动初始化 B，这也是 Spring 提供的一个重要特性 。但是，某些情况 下， B不会被初始化，其中的一种情况就是B 实现了 BeanNameAware 接口 。Spring 中是这样介绍的：自动装配时忽略给定的依赖接口，典型应用是边过其他方式解析 Application 上下文注册依赖，类似于 BeanFactory 通过 BeanFactoryAware 进行注入或者 ApplicationContext 通过 ApplicationContextAware 进行注入。
调用ignoreDependencyInterface方法后，被忽略的接口会存储在BeanFactory的名为ignoredDependencyInterfaces的Set集合中：
public abstract class AbstractAutowireCapableBeanFactory extends AbstractBeanFactory implements AutowireCapableBeanFactory {
private final Set<Class<?>> ignoredDependencyInterfaces;
public void ignoreDependencyInterface(Class<?> ifc) {
this.ignoredDependencyInterfaces.add(ifc);
}
}
ignoredDependencyInterface的真正作用还得看AutowireUtils类的isSetterDefinedInInterface方法:
public static boolean isSetterDefinedInInterface(PropertyDescriptor pd, Set<Class<?>> interfaces) {
// //获取bean中某个属性对象在bean类中的setter方法
Method setter = pd.getWriteMethod();
if (setter != null) {
// // 获取bean的类型
Class<?> targetClass = setter.getDeclaringClass();
Iterator var4 = interfaces.iterator();
while(var4.hasNext()) {
Class<?> ifc = (Class)var4.next();
// bean类型是否接口的实现类
// 接口是否有入参和bean类型完全相同的setter方法
if (ifc.isAssignableFrom(targetClass) && ClassUtils.hasMethod(ifc, setter.getName(), setter.getParameterTypes())) {
return true;
}
}
}
return false;
}
我们最初理解是在自动装配时忽略该接口的实现，实际上是在自动装配时忽略该接口实现类中和setter方法入参相同的类型，也就是忽略该接口实现类中存在依赖外部的bean属性注入。
典型应用就是BeanFactoryAware和ApplicationContextAware接口。首先看该两个接口的源码：
public interface BeanFactoryAware extends Aware {
void setBeanFactory(BeanFactory var1) throws BeansException;
}
public interface ApplicationContextAware extends Aware {
void setApplicationContext(ApplicationContext var1) throws BeansException;
}
在Spring源码中在不同的地方忽略了该两个接口：
// AbstractAutowireCapableBeanFactory.java
this.ignoreDependencyInterface(BeanFactoryAware.class);
// AbstractApplicationContext.java
beanFactory.ignoreDependencyInterface(ApplicationContextAware.class);
这样的做法使得ApplicationContextAware和BeanFactoryAware中的ApplicationContext或BeanFactory依赖在自动装配时被忽略，而统一由框架设置依赖，如ApplicationContextAware接口的设置会在ApplicationContextAwareProcessor类中完成：
private void invokeAwareInterfaces(Object bean) {
if (bean instanceof Aware) {
if (bean instanceof EnvironmentAware) {
((EnvironmentAware)bean).setEnvironment(this.applicationContext.getEnvironment());
}
if (bean instanceof EmbeddedValueResolverAware) {
((EmbeddedValueResolverAware)bean).setEmbeddedValueResolver(this.embeddedValueResolver);
}
if (bean instanceof ResourceLoaderAware) {
((ResourceLoaderAware)bean).setResourceLoader(this.applicationContext);
}
if (bean instanceof ApplicationEventPublisherAware) {
((ApplicationEventPublisherAware)bean).setApplicationEventPublisher(this.applicationContext);
}
if (bean instanceof MessageSourceAware) {
((MessageSourceAware)bean).setMessageSource(this.applicationContext);
}
if (bean instanceof ApplicationContextAware) {
((ApplicationContextAware)bean).setApplicationContext(this.applicationContext);
}
}
}
通过这种方式保证了ApplicationContextAware和BeanFactoryAware中的容器保证是生成该bean的容器。
BeanDefinitions
AbstractXmlApplicationContext.loadBeanDefinitions
protected void loadBeanDefinitions(DefaultListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException, IOException {
// Create a new XmlBeanDefinitionReader for the given BeanFactory.
// 创建Bean读取器，并通过回调设置到容器中，容器使用该读取器
XmlBeanDefinitionReader beanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReader(beanFactory);
// Configure the bean definition reader with this context's
// resource loading environment.
// 为Bean读取器设置环境变量
beanDefinitionReader.setEnvironment(this.getEnvironment());
// 设置Spring资源加载器
beanDefinitionReader.setResourceLoader(this);
// 设置SAX xml解析器
beanDefinitionReader.setEntityResolver(new ResourceEntityResolver(this));
// Allow a subclass to provide custom initialization of the reader,
// then proceed with actually loading the bean definitions.
initBeanDefinitionReader(beanDefinitionReader);
loadBeanDefinitions(beanDefinitionReader);
}
最终调用了XmlBeanDefinitionReader.loadBeanDefinitions
public int loadBeanDefinitions(EncodedResource encodedResource) throws BeanDefinitionStoreException {
...
var5 = this.doLoadBeanDefinitions(inputSource, encodedResource.getResource());
...
}
protected int doLoadBeanDefinitions(InputSource inputSource, Resource resource) throws BeanDefinitionStoreException {
try {
// 调用doLoadDocument方法将资源文件转换为Document实例
Document doc = this.doLoadDocument(inputSource, resource);
// 调用registerBeanDefinitions方法提取并注册bean
return this.registerBeanDefinitions(doc, resource);
} catch (BeanDefinitionStoreException var4) {
throw var4;
} catch (SAXParseException var5) {
throw new XmlBeanDefinitionStoreException(resource.getDescription(), "Line " + var5.getLineNumber() + " in XML document from " + resource + " is invalid", var5);
} catch (SAXException var6) {
throw new XmlBeanDefinitionStoreException(resource.getDescription(), "XML document from " + resource + " is invalid", var6);
} catch (ParserConfigurationException var7) {
throw new BeanDefinitionStoreException(resource.getDescription(), "Parser configuration exception parsing XML from " + resource, var7);
} catch (IOException var8) {
throw new BeanDefinitionStoreException(resource.getDescription(), "IOException parsing XML document from " + resource, var8);
} catch (Throwable var9) {
throw new BeanDefinitionStoreException(resource.getDescription(), "Unexpected exception parsing XML document from " + resource, var9);
}
}
继续向下走会发现调用了DefaultBeanDefinitionDocumentReader的doRegisterBeanDefinitions方法完成了bean的解析及注册。
protected void doRegisterBeanDefinitions(Element root) {
BeanDefinitionParserDelegate parent = this.delegate;
this.delegate = this.createDelegate(this.getReaderContext(), root, parent);
if (this.delegate.isDefaultNamespace(root)) {
String profileSpec = root.getAttribute("profile");
if (StringUtils.hasText(profileSpec)) {
String[] specifiedProfiles = StringUtils.tokenizeToStringArray(profileSpec, ",; ");
if (!this.getReaderContext().getEnvironment().acceptsProfiles(specifiedProfiles)) {
if (this.logger.isInfoEnabled()) {
this.logger.info("Skipped XML bean definition file due to specified profiles [" + profileSpec + "] not matching: " + this.getReaderContext().getResource());
}
return;
}
}
}
// 解析前处理，子类实现
this.preProcessXml(root);
this.parseBeanDefinitions(root, this.delegate);
// 解析后处理，子类实现
this.postProcessXml(root);
this.delegate = parent;
}
类的结构层次图
XmlBeanFactory继承自DefaultListableBeanFactory，而DefaultListableBeanFactory是整个bean加载的核心部分，是Spring注册及加载bean的默认实现
XML配置文件的读取是Spring中重要的功能，因为Spring的大部分功能都是以配置作为切入点的，可以从XmlBeanDefinitionReader中梳理一下资源文件读取、解析及注册的大致脉络
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