手写spring渐进式源码实践 pdf下载

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数据解码者 2024-09-07 17:28:57

文章标签 spring java spring boot ioc 依赖注入 文章分类 架构后端开发

IOC相关类

用一个类（300行）手写Spring框架中已经基本实现了一个Spring框架，但是所有功能都放在了PIGDispatcherServlet一个类中，十分臃肿，违背了单一职责原则，因此需要将其中的功能进行分离。

首先考虑分离 IOC部分，先了解一下Spring源码中，负责这部分的几个比较重要的类——

手写spring渐进式源码实践 pdf下载_spring boot

ApplicationContext
上下文
BeanDefinition
Bean的定义，保存了Bean的定义方式（从配置文件中获取）
BeanWrapper
Bean的包装，由于spring中的对象可能是原生对象，也可能是代理对象，因此需要一个统一的包装类用来保存真实的实例。
BeanDefinitionReader
用来读取配置文件的工具类。

那么我们使用这几个类将IOC功能进行分离，新建类如下：

手写spring渐进式源码实践 pdf下载_依赖注入_02

原servlet中需要分离的代码：

手写spring渐进式源码实践 pdf下载_java_03

BeanDefinitionReader

工具类，负责加载配置文件、解析与扫描相关类

package com.zhu.framework.beans.support;

import com.zhu.framework.beans.config.PigBeanDefinition;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.net.URL;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Properties;

/**
 * 读取配置文件的工具类
 */
public class PigBeanDefinitionReader {
    // 配置文件的Properties类
    private Properties contextConfig = new Properties();

    // 扫描到的类名(需要注册到ioc容器的class)
    private List<String> registryBeanClasses = new ArrayList<String>();

    public PigBeanDefinitionReader(String[] configLocations) {
        // 1.读取配置文件
        doLoadConfig(configLocations[0]);

        // 2.扫描相关类
        doScanner(contextConfig.getProperty("scanPackage"));
    }

    public List<PigBeanDefinition> loadBeanDefinitions() {
        List<PigBeanDefinition> result = new ArrayList<PigBeanDefinition>();
        try {
            for (String className : registryBeanClasses) {
                Class<?> beanClass = Class.forName(className);
                // 如果扫描到的是一个接口则不处理
                if (beanClass.isInterface()) {continue;}

                // 将信息封装为PigBeanDefinition对象，并添加到列表中
                result.add(doCreateBeanDefinition(toLowerFirstCase(beanClass.getSimpleName()), beanClass.getName()));
                // 如果这个类实现了某个接口，也需要将接口名+类名封装存入
                for (Class<?> i : beanClass.getInterfaces()) {
                    result.add(doCreateBeanDefinition(i.getName(), beanClass.getName()));
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return result;
    }

    private PigBeanDefinition doCreateBeanDefinition(String factoryBeanName, String beanClassName) {
        PigBeanDefinition pigBeanDefinition = new PigBeanDefinition();
        pigBeanDefinition.setFactoryBeanName(factoryBeanName);
        pigBeanDefinition.setBeanClassName(beanClassName);
        return pigBeanDefinition;
    }

    private void doLoadConfig(String contextConfigLocation) {
        // 直接从ClassPath下找spring的配置文件
        // 相当于把application.properties文件读到了内存中(contextConfig这个对象)
        InputStream is = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(contextConfigLocation.replaceAll("classpath:",""));
        try {
            contextConfig.load(is);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (null != is) {
                try {
                    is.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    private void doScanner(String scanPackage) {
        // 到ClassPath下找相关的.class文件
        // scanPackage包路径对应一个文件夹
        // 下面转为文件路径
        URL url = this.getClass().getClassLoader().getResource("/" + scanPackage.replaceAll("\\.", "/"));
        File classpath = new File(url.getFile());
        for (File file : classpath.listFiles()) {
            // 如果是文件夹，则递归遍历之
            if (file.isDirectory()) {
                doScanner(scanPackage + "." + file.getName());
            } else {
                if (!file.getName().endsWith(".class")) {continue;}
                String className = scanPackage + "." + file.getName().replaceAll(".class", "");
                // 可以在实例化阶段通过调用Class.forName(className)反射创建实例
                registryBeanClasses.add(className);
            }
        }
    }

    private String toLowerFirstCase(String simpleName) {
        char[] chars = simpleName.toCharArray();
        chars[0] += 32;
        return String.valueOf(chars);
    }

}

BeanDefinition

用于保存bean的定义信息，两个属性factoryBeanName保存短类名，beanClassName保存全类名。
在上面的工具类中，加了相关注解的bean被扫描后，类名信息被保存在BeanDefinition中。所有bean的定义信息，最后保存在beanDefinitionMap中，这是一个伪容器，因为并没有保存bean的实例。

package com.zhu.framework.beans.config;

/**
 * 保存bean的配置信息
 */
public class PigBeanDefinition {
    // 类名
    private String factoryBeanName;
    // 全类名
    private String beanClassName;

    public String getFactoryBeanName() {
        return factoryBeanName;
    }

    public void setFactoryBeanName(String factoryBeanName) {
        this.factoryBeanName = factoryBeanName;
    }

    public String getBeanClassName() {
        return beanClassName;
    }

    public void setBeanClassName(String beanClassName) {
        this.beanClassName = beanClassName;
    }



}

ApplicationContext

负责在servlet初始化方法中，对bean进行实例化。
beanDefinitionMap中的所有bean将通过getBean()方法进行实例化与依赖注入。

package com.zhu.framework.context;

import com.zhu.framework.annotation.PIGAutowired;
import com.zhu.framework.annotation.PIGController;
import com.zhu.framework.annotation.PIGService;
import com.zhu.framework.beans.PigBeanWrapper;
import com.zhu.framework.beans.config.PigBeanDefinition;
import com.zhu.framework.beans.support.PigBeanDefinitionReader;

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashMap;
import java.util.List;
import java.util.Map;

/**
 * IOC容器的主入口
 */
public class PigApplicationContext {
    private String[] configLocations;
    private PigBeanDefinitionReader reader;

    private final Map<String, PigBeanDefinition> beanDefinitionMap = new HashMap<String, PigBeanDefinition>();

    private Map<String, PigBeanWrapper> factoryBeanInstanceCache = new HashMap<String, PigBeanWrapper>();

    // 单例bean的容器
    private Map<String, Object> factoryBeanObjectCache = new HashMap<String, Object>();

    public PigApplicationContext(String... configLocations) {
        this.configLocations = configLocations;
        try {
            // 1.读取配置文件
            reader = new PigBeanDefinitionReader(configLocations);

            // 2.解析配置文件，将配置信息转为BeanDefinition对象
            List<PigBeanDefinition> beanDefinitions = reader.loadBeanDefinitions();

            // 3.把BeanDefinition对应实例注册到beanDefinitionMap key：beanName,value: beanDefinition对象
            doRegisterBeanDefinition(beanDefinitions);

            // 配置信息初始化阶段完成
            // 4.完成依赖注入，时机为调用getBean()时
            doAutowrited();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public int getBeanDefinitionCount() {
        return factoryBeanInstanceCache.size();
    }

    // 只处理非延时加载的情况
    private void doAutowrited() {
        for (Map.Entry<String, PigBeanDefinition> beanDefinitionEntry : this.beanDefinitionMap.entrySet()) {
            String beanName = beanDefinitionEntry.getKey();
            // 真正的注入需要在getBean方法中完成
            // getBean方法：1.创建实例 2.依赖注入
            getBean(beanName);
        }
    }

    private void doRegisterBeanDefinition(List<PigBeanDefinition> beanDefinitions) throws Exception {
        for (PigBeanDefinition beanDefinition : beanDefinitions) {
            if (this.beanDefinitionMap.containsKey(beanDefinition.getFactoryBeanName())) {
                throw new Exception("The " + beanDefinition.getFactoryBeanName() + " is exists!");
            }
            this.beanDefinitionMap.put(beanDefinition.getFactoryBeanName(), beanDefinition);
            this.beanDefinitionMap.put(beanDefinition.getBeanClassName(), beanDefinition);
        }
    }

    public Object getBean(Class beanClass) {
        return getBean(beanClass.getName());
    }

    public Object getBean(String beanName) {
        // 1.获取BeanDefinition配置信息
        PigBeanDefinition beanDefinition = this.beanDefinitionMap.get(beanName);

        // 2.反射进行实例化
        Object instance = instantiateBean(beanName, beanDefinition);

        // 3.将创建出来的实例包装为BeanWrapper对象
        PigBeanWrapper beanWrapper = new PigBeanWrapper(instance);

        // 4.把BeanWrapper对象存入真正的IoC容器中
        this.factoryBeanInstanceCache.put(beanName, beanWrapper);

        // 5.执行依赖注入
        populateBean(beanName, beanDefinition, beanWrapper);

        return this.factoryBeanInstanceCache.get(beanName).getWrapperInstance();
    }

    // 创建实例化对象
    private Object instantiateBean(String beanName, PigBeanDefinition beanDefinition) {
        // 全类名
        String className = beanDefinition.getBeanClassName();
        Object instance = null;
        try {
            Class<?> clazz = Class.forName(className);
            instance = clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();

            // spring内部的容器不止一个
            factoryBeanObjectCache.put(beanName, instance);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return instance;
    }

    // 完成依赖注入
    private void populateBean(String beanName, PigBeanDefinition beanDefinition, PigBeanWrapper beanWrapper) {
        Object instance = beanWrapper.getWrapperInstance();
        Class<?> clazz = beanWrapper.getWrapperClass();

        // 只有加了注解的才进行依赖注入
        // @Component
        if (!(clazz.isAnnotationPresent(PIGController.class) || clazz.isAnnotationPresent(PIGService.class))) {
            return;
        }

        // 拿到实例的所有字段（属性）
        // 只能拿到public的属性
        Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();

        for (Field field : fields) {
            // 如果没有加Autowired注解则跳过
            if (!field.isAnnotationPresent(PIGAutowired.class)) {
                continue;
            }

            PIGAutowired autowired = field.getAnnotation(PIGAutowired.class);
            String autowiredBeanName = autowired.value().trim();
            // 若注解未指定值，则取其类型作为beanName
            if ("".equals(autowiredBeanName)) {
                autowiredBeanName = field.getType().getName();
            }
            // 暴力访问，保证所有访问类型都可注入成功
            field.setAccessible(true);

            try {
                // 以下举例说明
                // field相当于@PIGAutowired private IDemoService demoService (为DemoAction类中的一个字段)
                // instance相当于DemoAction的实例
                // this.factoryBeanInstanceCache.get(autowiredBeanName).getWrapperInstance()相当于从容器中拿到key为IDemoService（全类名)对应的实例，即demoService的实例
                if (this.factoryBeanObjectCache.get(autowiredBeanName) == null) {
                    continue;
                }
                // 关键步骤
                field.set(instance,  this.factoryBeanInstanceCache.get(autowiredBeanName).getWrapperInstance());
            } catch (IllegalAccessException e) {
                e.printStackTrace();
                continue;
            }

        }
    }

    public String[] getBeanDefinitionNames() {
        return this.beanDefinitionMap.keySet().toArray(new String[this.beanDefinitionMap.size()]);
    }
}

BeanWrapper

IOC容器实例的包装类，在getBean方法中，反射创建的实例被包装为BeanWrapper对象，然后存入到真正的IoC容器：factoryBeanInstanceCache中。

/**
 * IOC容器实例的包装类
 */
public class PigBeanWrapper {
    private Object wrapperInstance;
    private Class<?> wrapperClass;


    public PigBeanWrapper(Object wrapperInstance) {
        this.wrapperClass = wrapperInstance.getClass();
        this.wrapperInstance = wrapperInstance;
    }

    public Object getWrapperInstance() {
        return wrapperInstance;
    }

    public Class<?> getWrapperClass() {
        return wrapperClass;
    }
}

简化后的DispatcherServlet

由于四个步骤中的代码被分离出去，现在的DispatcherServlet简洁了不少，只有MVC功能将在下一章继续拆分。

package com.zhu.framework.servlet;

import com.zhu.framework.annotation.*;
import com.zhu.framework.context.PigApplicationContext;

import javax.servlet.ServletConfig;
import javax.servlet.ServletException;
import javax.servlet.http.HttpServlet;
import javax.servlet.http.HttpServletRequest;
import javax.servlet.http.HttpServletResponse;
import java.io.IOException;
import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.Method;
import java.util.*;

public class PIGDispatcherServlet extends HttpServlet {
    // 初始化ioc容器
    private Map<String, Object> ioc = new HashMap<String, Object>();

    // RequestMapping映射关系
    private Map<String, Method> handlerMapping = new HashMap<String, Method>();

    private PigApplicationContext applicationContext;

    @Override
    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        this.doPost(req, resp);
    }

    // 运行阶段
    @Override
    protected void doPost(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {
        // 6. 根据URL完成方法的调度
        try {
            doDispatch(req, resp);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            resp.getWriter().write("500 Exception Detail " + Arrays.toString(e.getStackTrace()));
        }
    }

    private void doDispatch(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws Exception {
        // 获取URI：统一资源标识符  如/HttpStudy/demo1
        String url = req.getRequestURI();
        // 获取虚拟目录 如/HttpStudy
        String contextPath = req.getContextPath();
        // 将 /HttpStudy/demo1 替换为 /demo1
        url = url.replaceAll(contextPath, "").replaceAll("/+", "/");

        if (!this.handlerMapping.containsKey(url)) {
            resp.getWriter().write("404 Not Found !!");
            return;
        }

        Method method = this.handlerMapping.get(url);

        // 获取请求中所有参数的map集合
        Map<String,String[]> paramsMap = req.getParameterMap();

        // 拿到方法的形参列表
        Class<?>[] parameterTypes = method.getParameterTypes();

        // 声明实参列表
        Object[] paramValues = new Object[parameterTypes.length];

        // 根据形参列表的配置 给实参列表赋值
        for (int i = 0; i < parameterTypes.length; i++) {
            Class paramterType = parameterTypes[i];
            if (paramterType == HttpServletRequest.class) {
                paramValues[i] = req;
                continue;
            } else if (paramterType == HttpServletResponse.class) {
                paramValues[i] = resp;
                continue;
            } else if (paramterType == String.class) {
                // 二维数组：一个方法有多个注解，一个注解有多个值
                Annotation[][] pa = method.getParameterAnnotations();
                for (int j = 0; j < pa.length; j++) {
                    for (Annotation annotation : pa[i]) {
                        if (annotation instanceof PIGRequestParam) {
                            // 从注解配置中取出参数名称
                            String paramName = ((PIGRequestParam) annotation).value();
                            if (!"".equals(paramName.trim())) {
                                // 从请求体中取出参数的值
                                String value = Arrays.toString(paramsMap.get(paramName))
                                        .replaceAll("\\[|\\]","")
                                        .replaceAll("\\s","");
                                paramValues[i] = value;
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }

        // 反射调用方法
        // 第一个参数，Method所在的实例
        // 第二个参数，Method的实参列表
        method.invoke(applicationContext.getBean(method.getDeclaringClass()), paramValues);
    }

    // 初始化阶段
    @Override
    public void init(ServletConfig config) throws ServletException {
        // ================== IoC =======================
        applicationContext = new PigApplicationContext(config.getInitParameter("contextConfigLocation"));

        // ================== MVC =======================
        // 初始化HandlerMapping
        doInitHandlerMapping();

        System.out.println("PIG Spring framework is initialized!");
    }

    private void doInitHandlerMapping() {
        if (applicationContext.getBeanDefinitionCount() == 0) {
            return;
        }

        String [] beanNames = applicationContext.getBeanDefinitionNames();

        for (String beanName : beanNames) {
            Object instance = applicationContext.getBean(beanName);
            Class<?> clazz = instance.getClass();
            // 只针对加了Controller注解的类
            if (!clazz.isAnnotationPresent(PIGController.class)) {
                continue;
            }

            // 处理类上的url
            String baseUrl = "";
            if (clazz.isAnnotationPresent(PIGRequestMapping.class)) {
                PIGRequestMapping requestMapping = clazz.getAnnotation(PIGRequestMapping.class);
                baseUrl = requestMapping.value();
            }


            // 默认只获取public方法
            for (Method method : clazz.getMethods()) {
                // 只处理加了PIGRequestMapping注解的方法
                if (!method.isAnnotationPresent(PIGRequestMapping.class)) {
                    continue;
                }

                // 拼接URL
                PIGRequestMapping requestMapping = method.getAnnotation(PIGRequestMapping.class);
                String url = ("/" + baseUrl + "/" + requestMapping.value()).replaceAll("/+","/");

                // 存入map中
                handlerMapping.put(url, method);
                System.out.println("Mapped " + url +"," + method);
            }

        }
    }
}

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