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IoC/DI 的概念

容器是Spring的核心之一(另一个核心是AOP). 有了容器, IOC才可能实现.

  • 什么使IoC? IoC就是将类自身管理的与其由依赖关系的对象的创建/关联和管理交予容器实现, 容器按照配置(比如xml文件)来组织应用对象的创建和关联.

  • 什么使DI? DI是IoC的实现方式, 由容器在程序初始化的时候将类的依赖对象注入进去.

  • IoC和DI的关系? IoC(Inversion of Control)是一种设计原则, 可以减少代码的耦合度, DI(Dependency Injection)是IOC的具体实现方式, 还有其他的实现方式如 DL(Dependency Lookup).

Spring 容器

ClassPathXmlApplicationContext类应该都比较熟悉, 从熟悉的事物开始寻找线索.

下载Spring源码后用idea打开, 找到类ClassPathXmlApplicationContext, idea可以使用 ctrl+N 输入类名搜索, 打开源文件, 按 ctrl+Alt+U 可以生成类图.

BeanFactoryResourceLoader是两个顶层接口. BeanFactory是Bean的工厂,定义了IoC基本的功能. ResourceLoader是资源加载的策略接口,定义了加载资源的基本规范, ApplicationContext需要此接口的功能.

BeanFactory提供了容器最基本的功能, 其中定义的方法会频繁使用, 接口定义如下:

public interface BeanFactory {
    // 一个标记, 带有此标记开头的类不是bean, 而是工厂本身
    String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&";
    // 下面几个方法是各种获取bean的方式
    Object getBean(String name) throws BeansException;
    <T> T getBean(String name, @Nullable Class<T> requiredType) throws BeansException;
    Object getBean(String name, Object... args) throws BeansException;
    <T> T getBean(Class<T> requiredType) throws BeansException;
    <T> T getBean(Class<T> requiredType, Object... args) throws BeansException;
    // 判断bean是否存在
    boolean containsBean(String name);
    // bean作用域是否单例
    boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    // bean作用域是否原型
    boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    // bean是否与给定解析类型匹配
    boolean isTypeMatch(String name, ResolvableType typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    boolean isTypeMatch(String name, @Nullable Class<?> typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    // 获取bean类型
    @Nullable
    Class<?> getType(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    //获取bean别名数组
    String[] getAliases(String name);

}

ApplicationContext 扩展了BeanFactory的功能, 除了作为工厂外, 它还提供了消息国际化(MessageSource), 获取环境bean(EnvironmentCapable), 容器消息发布(ApplicationEventPublisher)等功能. 因为它包含了容器以外的这些功能, 所以对了解容器来说多少会产生干扰. 事实上, 查看BeanFactory的子类(在类图上选中类,或者在源代码视图中按Ctrl+Alt+B)能从它的实现中找到DefaultListableBeanFactory, 从名称上二者在继承该关系上应该比较近, 功能也比较纯粹, 没有类似ApplicationContext的其他干扰.

DefaultListableBeanFactory 类是最基本的容器实现类, 它的继承关系如下图. 作为bean的工厂, 它的职责就是生产bean, 基本功能正是顶级接口BeanFactory定义的那些方法. 它上级的接口扩展了自动装配的能力(AutowireCapableBeanFactory), 注册和获取等操作BeanDefinition实例的能力(BeanDefinitionRegistry).

BeanDefinition

BeanDefinition 用来抽象bean定义在spring中的抽象, 最终spring将外部配置的bean转化为BeanDefinition的实例存储.

容器初始化过程

容器初始化过程分为三步, 资源Resource定位, 解析加载, 注册.

DefaultListableBeanFactory是工厂, 继承它的子类只有一个XmlBeanFactory, 它被标注为@Deprecated.所以不应该在应用中使用该类, 但它可以作为了解源码的入口. 它有个XmlBeanDefinitionReader的私有变量直接new初始化, 参数this将工厂实例传给这个对象, 这样它就有了工厂的引用, 方便内部处理.

public class XmlBeanFactory extends DefaultListableBeanFactory {

    private final XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(this);


    public XmlBeanFactory(Resource resource) throws BeansException {
        this(resource, null);
    }

    public XmlBeanFactory(Resource resource, BeanFactory parentBeanFactory) throws BeansException {
        super(parentBeanFactory);
        // 这个是调用实际加载资源的方法
        this.reader.loadBeanDefinitions(resource);
    }

大概串一下初始化的执行流程:

  1. 获得一个Resource实例resource, 其实就是xml文件生成的输入流
  2. 实例化DefaultListableBeanFactory工厂beanFactory, 将resource作为构造参数传入
  3. beanFactory实例化, 生成XmlBeanDefinitionReader的实例reader, 并将beanFactory的引用传递给他
  4. 在beanFactory构造函数中调用reader的方法加载resource, 解析生成一系列BeanDefinition的实例, 因为readere有工厂的实例, 所以这些实例可以注册到工厂中

加载XML Bean的关键代码

下面按照调用关系跟踪代码, 忽略其他的xml元素, 最终目标是找到加载注册bean的机制.

XmlBeanDefinitionReader
--> loadBeanDefinitions
--> doLoadBeanDefinitions
--> registerBeanDefinitions
DefaultBeanDefinitionDocumentReader: BeanDefinitionDocumentReader
--> registerBeanDefinitions
--> doRegisterBeanDefinitions
--> parseBeanDefinitions
--> parseDefaultElement / processBeanDefinition
BeanDefinitionParserDelegate
--> parseBeanDefinitionElement
BeanDefinitionReaderUtils
--> registerBeanDefinition
DetaultListableBeanFactory
--> registerBeanDefinition

一. XmlBeanDefinitionReader.loadBeanDefinitions(EncodedResource encodedResource) 生成InputSource对象(用来初始化XML Dom对象)

InputStream inputStream = encodedResource.getResource().getInputStream();
try {
    // 生成实例, 后面用来加载dom
    InputSource inputSource = new InputSource(inputStream);
    if (encodedResource.getEncoding() != null) {
        inputSource.setEncoding(encodedResource.getEncoding());
    }
    // 生成InputSource后,调用这个方法
    return doLoadBeanDefinitions(inputSource, encodedResource.getResource());
}
finally {
    inputStream.close();
}

二. XmlBeanDefinitionReader.doLoadBeanDefinitions(InputSource inputSource, Resource resource) 加载生成Xml Document对象

// 生成doc实例
Document doc = doLoadDocument(inputSource, resource);
return registerBeanDefinitions(doc, resource);

三. XmlBeanDefinitionReader.registerBeanDefinitions(Document doc, Resource resource)

// 生成BeanDefinitionDocumentReader的实例, 默认实现为生成DefaultBeanDefinitionDocumentReader类的实例, 通过BeanUtil工具的实例化方法生成
BeanDefinitionDocumentReader documentReader = createBeanDefinitionDocumentReader();
int countBefore = getRegistry().getBeanDefinitionCount();
// 传入doc和资源的上下文对象, 注册bean
documentReader.registerBeanDefinitions(doc, createReaderContext(resource));

四. registerBeanDefinitions(Document doc, XmlReaderContext readerContext) BeanDefinitionDocumentReader是接口, 实现类为DefaultBeanDefinitionDocumentReader

@Override
public void registerBeanDefinitions(Document doc, XmlReaderContext readerContext) {
    this.readerContext = readerContext;
    logger.debug("Loading bean definitions");
    // 获取根节点
    Element root = doc.getDocumentElement();
    // 从根节点开始, 调用的这个方法会递归子节点
    doRegisterBeanDefinitions(root);
}

五. doRegisterBeanDefinitions(Element root) 类为DefaultBeanDefinitionDocumentReader

protected void doRegisterBeanDefinitions(Element root) {
    //任何嵌套的<beans>元素都将导致此方法的递归。为了正确传播和保留<beans> default- *属性,请跟踪当前(父)委托,该委托可以为null。创建新的(子)委托,引用父项以进行回退,然后最终将this.delegate重置为其原始(父)引用。此行为模拟了一堆代理,而实际上并不需要一个代理。
    BeanDefinitionParserDelegate parent = this.delegate;
    this.delegate = createDelegate(getReaderContext(), root, parent);

    if (this.delegate.isDefaultNamespace(root)) {
        // 下面这一块代码主要是做profile检查, 没有启用profile的bean不加载, 将直接return
        String profileSpec = root.getAttribute(PROFILE_ATTRIBUTE);
        if (StringUtils.hasText(profileSpec)) {
            String[] specifiedProfiles = StringUtils.tokenizeToStringArray(
                    profileSpec, BeanDefinitionParserDelegate.MULTI_VALUE_ATTRIBUTE_DELIMITERS);
            if (!getReaderContext().getEnvironment().acceptsProfiles(specifiedProfiles)) {
                if (logger.isInfoEnabled()) {
                    logger.info("Skipped XML bean definition file due to specified profiles [" + profileSpec +
                            "] not matching: " + getReaderContext().getResource());
                }
                return;
            }
        }
    }

    preProcessXml(root);
    // 具体解析的方法, pre和post的在这个类中为空方法
    parseBeanDefinitions(root, this.delegate);
    postProcessXml(root);

    this.delegate = parent;
}

六. parseBeanDefinitions(Element root, BeanDefinitionParserDelegate delegate) 类为DefaultBeanDefinitionDocumentReader

/**
* 解析文档中的根节点
* "import", "alias", "bean".
*/
protected void parseBeanDefinitions(Element root, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
    // 是根节点,就获取子节点, 遍历,如果是根"import", "alias", "bean", 就调用parseDefaultElement, 否则parseCustomElement
    if (delegate.isDefaultNamespace(root)) {
        NodeList nl = root.getChildNodes();
        for (int i = 0; i < nl.getLength(); i++) {
            Node node = nl.item(i);
            if (node instanceof Element) {
                Element ele = (Element) node;
                if (delegate.isDefaultNamespace(ele)) {
                    parseDefaultElement(ele, delegate);
                }
                else {
                    delegate.parseCustomElement(ele);
                }
            }
        }
    }
    else {
        delegate.parseCustomElement(root);
    }
}

七. parseDefaultElement(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) 类为DefaultBeanDefinitionDocumentReader

private void parseDefaultElement(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
        if (delegate.nodeNameEquals(ele, IMPORT_ELEMENT)) {
            // 解析"import"元素, 这个方法会定位import的资源位置并重复第一步开始的步骤
            importBeanDefinitionResource(ele);
        }
        else if (delegate.nodeNameEquals(ele, ALIAS_ELEMENT)) {
            // 别名"alias"注册
            processAliasRegistration(ele);
        }
        else if (delegate.nodeNameEquals(ele, BEAN_ELEMENT)) {
            // 前方高能... 处理bean元素
            processBeanDefinition(ele, delegate);
        }
        else if (delegate.nodeNameEquals(ele, NESTED_BEANS_ELEMENT)) {
            // 递归"beans"
            doRegisterBeanDefinitions(ele);
        }
    }

八. processBeanDefinition(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) 类为DefaultBeanDefinitionDocumentReader

/**
*  处理bean元素的定义, 并且注册
*/
protected void processBeanDefinition(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
    // 获取bean的包装对象,代码见第九步
    BeanDefinitionHolder bdHolder = delegate.parseBeanDefinitionElement(ele);
    if (bdHolder != null) {
        bdHolder = delegate.decorateBeanDefinitionIfRequired(ele, bdHolder);
        try {
            // 注册最终的bean装饰对象
            BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition(bdHolder, getReaderContext().getRegistry());
        }
        catch (BeanDefinitionStoreException ex) {
            getReaderContext().error("Failed to register bean definition with name '" +
                    bdHolder.getBeanName() + "'", ele, ex);
        }
        // Send registration event.
        getReaderContext().fireComponentRegistered(new BeanComponentDefinition(bdHolder));
    }
}

九. parseBeanDefinitionElement(Element ele, @Nullable BeanDefinition containingBean) 类为 BeanDefinitionParserDelegate 关注两个实例化过程,一个是BeanDefinition, 一个是其装饰对象BeanDefinitionHolder的实例

/**
* 解析bean元素, 可能会返回null, 如果有错误则报告给
* {@link org.springframework.beans.factory.parsing.ProblemReporter}.
*/
@Nullable
public BeanDefinitionHolder parseBeanDefinitionElement(Element ele, @Nullable BeanDefinition containingBean) {
    String id = ele.getAttribute(ID_ATTRIBUTE);
    String nameAttr = ele.getAttribute(NAME_ATTRIBUTE);

    List<String> aliases = new ArrayList<>();
    if (StringUtils.hasLength(nameAttr)) {
        String[] nameArr = StringUtils.tokenizeToStringArray(nameAttr, MULTI_VALUE_ATTRIBUTE_DELIMITERS);
        aliases.addAll(Arrays.asList(nameArr));
    }

    String beanName = id;
    if (!StringUtils.hasText(beanName) && !aliases.isEmpty()) {
        beanName = aliases.remove(0);
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug("No XML 'id' specified - using '" + beanName +
                    "' as bean name and " + aliases + " as aliases");
        }
    }

    if (containingBean == null) {
        checkNameUniqueness(beanName, aliases, ele);
    }
    // 实例化一个 BeanDefination 实例
    AbstractBeanDefinition beanDefinition = parseBeanDefinitionElement(ele, beanName, containingBean);
    if (beanDefinition != null) {
        if (!StringUtils.hasText(beanName)) {
            try {
                if (containingBean != null) {
                    beanName = BeanDefinitionReaderUtils.generateBeanName(
                            beanDefinition, this.readerContext.getRegistry(), true);
                }
                else {
                    beanName = this.readerContext.generateBeanName(beanDefinition);
                    String beanClassName = beanDefinition.getBeanClassName();
                    if (beanClassName != null &&
                            beanName.startsWith(beanClassName) && beanName.length() > beanClassName.length() &&
                            !this.readerContext.getRegistry().isBeanNameInUse(beanClassName)) {
                        aliases.add(beanClassName);
                    }
                }
                if (logger.isDebugEnabled()) {
                    logger.debug("Neither XML 'id' nor 'name' specified - " +
                            "using generated bean name [" + beanName + "]");
                }
            }
            catch (Exception ex) {
                error(ex.getMessage(), ele);
                return null;
            }
        }
        String[] aliasesArray = StringUtils.toStringArray(aliases);
        return new BeanDefinitionHolder(beanDefinition, beanName, aliasesArray);
    }

    return null;
}

十. registerBeanDefinition(BeanDefinitionHolder definitionHolder, BeanDefinitionRegistry registry) 是类的静态方法BeanDefinitionReaderUtils ;给registry对象调用

// 注册bean的最终方法
public static void registerBeanDefinition( BeanDefinitionHolder definitionHolder, BeanDefinitionRegistry registry) throws BeanDefinitionStoreException {

    // 使用首要名称注册bean
    String beanName = definitionHolder.getBeanName();
    // 注册bean, 具体实现在类DetaultListableBeanFactory中
    registry.registerBeanDefinition(beanName, definitionHolder.getBeanDefinition());

    // 注册bean的别名
    String[] aliases = definitionHolder.getAliases();
    if (aliases != null) {
        for (String alias : aliases) {
            registry.registerAlias(beanName, alias);
        }
    }
}

十一. registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) 在类DetaultListableBeanFactory

@Override
public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)
        throws BeanDefinitionStoreException {
    ....

    BeanDefinition existingDefinition = this.beanDefinitionMap.get(beanName);
    if (existingDefinition != null) {
        ....
        // 存到map里面
        this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
    }
    else {
        if (hasBeanCreationStarted()) {
            // Cannot modify startup-time collection elements anymore (for stable iteration)
            synchronized (this.beanDefinitionMap) {
                this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
                List<String> updatedDefinitions = new ArrayList<>(this.beanDefinitionNames.size() + 1);
                updatedDefinitions.addAll(this.beanDefinitionNames);
                updatedDefinitions.add(beanName);
                this.beanDefinitionNames = updatedDefinitions;
                if (this.manualSingletonNames.contains(beanName)) {
                    Set<String> updatedSingletons = new LinkedHashSet<>(this.manualSingletonNames);
                    updatedSingletons.remove(beanName);
                    this.manualSingletonNames = updatedSingletons;
                }
            }
        }
        else {
            // Still in startup registration phase
            this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
            this.beanDefinitionNames.add(beanName);
            this.manualSingletonNames.remove(beanName);
        }
        this.frozenBeanDefinitionNames = null;
    }

    if (existingDefinition != null || containsSingleton(beanName)) {
        resetBeanDefinition(beanName);
    }
}

到目前为止, bean就注册到工厂里面去了, 实际上工厂里面保存了BeanDefinition的一个映射Map, 这样有助于Spring做一些验证, 当获取bean的时候也可以方便实现懒加载.