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Spring源码阅读-IOC 容器解析

2019-07-27 22:11 417 查看

在Spring框架中最重要的是Spring IoC容器，它是Spring框架的核心。本文将从更高的角度来解析Sping IoC容器，了解其是如何设计的。了解一样东西最好的办法是从其核心本质出发，只要把握住了这样一个核心，其他的一些东西也迎刃而解了。这是一个很好的开端，我们一起开始吧...

Spring IoC容器

org.springframework.context.ApplicationContext

接口代表Spring IoC容器，主要负责bean的实例化、配置、装配，简而言之，Spring IoC容器是管理这些bean的（这里所说的bean指的是组成你的应用程序中的对象，并且这些对象被Spring所管理）。容器如何知道哪些对象要进行实例化、配置和装配的呢？是通过读取配置文件元数据来达到这个效果的，配置文件元数据是用xml配置、Java注解和Java代码配置来表示的。这使得作为程序员的我们，只需要向Spring容器提供配置元数据，Spring容器就能在我们的应用中实例化、配置和装配这些对象。

org.springframework.beans

和

org.springframework.context

包是Spring IoC容器的基础。Spring提供了很多

Application

接口的实现。在单独的应用中，创建

ClassPathXmlApplicationContext

和

FileSystemXmlApplicationContext

的实例是非常常用的做法。示例如下：

Copy

ApplicationContext ac = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml"); Hello hello = (Hello) ac.getBean("hello"); hello.sayHello();

</pre>

然而在大部分的应用场景中，不需要实例化一个或者多个Spring IoC容器的实例。例如在web应用的场景下，只需要在web.xml中创建七行样板配置的代码如下：

Copy

<context-param> <param-name>contextConfigLocation</param-name> <param-value>/WEB-INF/applicationContext.xml</paramvalue> </context-param> <listener> <listener-class>org.springframework.web.context.ContextLoaderListener</listener-class> </listener>

</pre>

下面这张图从更高的视角展示了Spring是怎样工作的。你的应用程序中的类是和配置元数据组合在一起，以便在

ApplicationContext

创建和初始化之后，你拥有了一个完全配置的、可执行的系统。

image

ApplicationContext设计解析

为了方便对

ApplicationContext

接口的层次结构有一个大概的认识，下面使用IDEA来生成

ApplicationContext

的继承关系图。（选中ApplicationContext接口->右键->Diagrams->Show Diagrams...）

（温馨提示：点击图片可以查看高清大图）

image

从上图就能很清楚的看出

ApplicationContext

继承的接口分为五类：

```
BeanFactory
```
：提供了能够管理任何对象的高级配置机制，这个接口是Spring框架中比较重要的一个接口。
```
ListableBeanFactory
```
：从该接口的名字就能知道，该接口除了拥有BeanFactory的功能外，该接口还有能列出factory中所有bean的实例的能力。
```
HierarchicalBeanFactory
```
：该接口除了拥有BeanFactory的功能外，还提供了BeanFactory分层的机制，查找bean的时候，除了在自身BeanFactory查找外，如果没有查找到，还会在父级BeanFactory进行查找。

MessageSource

：消息资源的处理，用于国际化。

ApplicationEventPublisher

：用于处理事件发布机制。

EnvironmentCapable

：提供了

Environment

的访问能力。

ResourceLoader

：用于加载资源的策略接口（例如类路径下的资源、系统文件下的资源等等）。

ResourcePatternResolver

classpath*:

先看一下在

ApplicationContext

中定义的方法：

Copy

`String getId(); // 获取ApplicationContext的唯一id
String getApplicationName(); // 该上下文所属的已经部署了的应用的名字，默认为""
String getDisplayName(); // 友好的展示名字
long getStartupDate(); // 该上下文第一次加载的时间

ApplicationContext getParent(); // 父级ApplicationContext
AutowireCapableBeanFactory getAutowireCapableBeanFactory() throws IllegalStateException;`</pre>

前四个方法用于获取该

ApplicationContext

的一些基本信息，

getAutowireCapableBeanFactory()

用于暴露

AutowireCapableBeanFactory

的功能，这通常不是提供给用于代码使用的，除非你想要在应用上下文的外面初始化bean的实例，关于

AutowireCapableBeanFactory

后面会有更加详细的解析。

BeanFactory

BeanFactory

是Spring框架中比较重要的一个接口，下面列出了这个接口中的方法的定义：

Copy

`// 获取bean
Object getBean(String name) throws BeansException;
<T> T getBean(String name, 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;

// 获取bean的提供者（对象工厂）
<T> ObjectProvider<T> getBeanProvider(Class<T> requiredType);
<T> ObjectProvider<T> getBeanProvider(ResolvableType requiredType);

boolean containsBean(String name); // 是否包含指定名字的bean
boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException; // 是否为单例
boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException; // 是否为原型
// 指定名字的bean是否和指定的类型匹配
boolean isTypeMatch(String name, ResolvableType typeToMatch);
boolean isTypeMatch(String name, Class<?> typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException;
Class<?> getType(String name)
throws NoSuchBeanDefinitionException; // 获取指定名字的bean的类型
String[] getAliases(String name); // 获取指定名字的bean的所有别名`</pre>

这些方法大致可以分为三类：

```
getBean()
```
方法用于获取匹配的bean的实例对象（有可能是Singleton或者Prototype的），如果没有找到匹配的bean则抛出
```
BeansException
```
子类的异常。如果在当前的工厂实例中没有找到匹配的bean，会在父级的工厂中进行查找。带有
```
args
```
参数的
```
getBean()
```
方法，允许显式的去指定构造器或者工厂方法的参数，会覆盖了在bean的定义中定义的参数，这仅仅在创建一个新的实例的时候才起作用，而在获取一个已经存在的实例是不起作用的。
```
getBeanProvider()
```
方法用于获取指定bean的提供者，可以看到它返回的是一个
```
ObjectProvider
```
，其父级接口是
```
ObjectFactory
```
。首先来看一下
```
ObjectFactory
```
，它是一个对象的实例工厂，只有一个方法：

<pre class="java" style="margin: 10px 0px; padding: 0px; white-space: pre !important; overflow-wrap: break-word; position: relative !important;">

Copy
```
T getObject() throws BeansException;
```
</pre>

调用这个方法返回的是一个对象的实例。此接口通常用于封装一个泛型工厂，在每次调用的时候返回一些目标对象新的实例。
```
ObjectFactory
```
和
```
FactoryBean
```
是类似的，只不过
```
FactoryBean
```
通常被定义为
```
BeanFactory
```
中的服务提供者（SPI）实例，而
```
ObjectFactory
```
通常是以API的形式提供给其他的bean。简单的来说，
```
ObjectFactory
```
一般是提供给开发者使用的，
```
FactoryBean
```
一般是提供给
```
BeanFactory
```
使用的。
```
ObjectProvider
```
继承
```
ObjectFactory
```
，特为注入点而设计，允许可选择性的编程和宽泛的非唯一性的处理。在Spring 5.1的时候，该接口从
```
Iterable
```
扩展，提供了对
```
Stream
```
的支持。该接口的方法如下：

<pre class="java" style="margin: 10px 0px; padding: 0px; white-space: pre !important; overflow-wrap: break-word; position: relative !important;">

Copy

`// 获取对象的实例，允许根据显式的指定构造器的参数去构造对象
T getObject(Object... args) throws BeansException;
// 获取对象的实例，如果不可用，则返回null
T getIfAvailable() throws BeansException;
T getIfAvailable(Supplier<T> defaultSupplier) throws BeansException;
void ifAvailable(Consumer<T> dependencyConsumer) throws BeansException;
// 获取对象的实例，如果不是唯一的或者没有首先的bean，则返回null
T getIfUnique() throws BeansException;
T getIfUnique(Supplier<T> defaultSupplier) throws BeansException;
void ifUnique(Consumer<T> dependencyConsumer) throws BeansException;

// 获取多个对象的实例
Iterator<T> iterator();
Stream<T> stream();
Stream<T> orderedStream()`</pre>

这些接口是分为两类，
一类是获取单个对象，
```
getIfAvailable()
```
方法用于获取可用的bean（没有则返回null），
```
getIfUnique()
```
方法用于获取唯一的bean（如果bean不是唯一的或者没有首选的bean返回null）。
```
getIfAvailable(Supplier<T> defaultSupplier)
```
和
```
getIfUnique(Supplier<T> defaultSupplier)
```
，如果没有获取到bean，则返回defaultSupplier提供的默认值，
```
ifAvailable(Consumer<T> dependencyConsumer)
```
和
```
ifUnique(Consumer<T> dependencyConsumer)
```
提供了以函数式编程的方式去消费获取到的bean。
另一类是获取多个对象，
```
stream()
```
方法返回连续的
```
Stream
```
，不保证bean的顺序（通常是bean的注册顺序）。
```
orderedStream()
```
方法返回连续的
```
Stream
```
，预先会根据工厂的公共排序比较器进行排序，一般是根据
```
org.springframework.core.Ordered
```
的约定进行排序。

其他的是一些工具性的方法：

containsBean(String name)

判断是单例和原型的

isSingleton(String name)

和

isPrototype(String name)

方法

判断给定bean的名字是否和类型匹配的
```
isTypeMatch
```
方法
根据bean的名字来获取其类型的
```
getType(String name)
```
方法
根据bean的名字来获取其别名的
```
getAliases(String name)
```
方法

或许你已经注意到了，有两个方法含有类型是

ResolvableType

的参数，那么

ResolvableType

是什么呢？假如说你要获取泛型类型的bean：

MyBean<TheType>

，根据Class<t style="margin: 0px; padding: 0px;">来获取，肯定是满足不了要求的，泛型在编译时会被擦除。使用

ResolvableType

就能满足此需求，代码如下：</t>

Copy

ResolvableType type = ResolvableType.forClassWithGenerics(MyType.class, TheType.class); ObjectProvider<MyType<TheType>> op = applicationContext.getBeanProvider(type); MyType<TheType> bean = op.getIfAvailable()

</pre>

简单的来说，

ResolvableType

是对Java

java.lang.reflect.Type

的封装，并且提供了一些访问该类型的其他信息的方法（例如父类，泛型参数，该类）。从成员变量、方法参数、方法返回类型、类来构建

ResolvableType

的实例。

ListableBeanFactory

ListableBeanFactory

接口有能列出工厂中所有的bean的能力，下面给出该接口中的所有方法：

Copy

`boolean containsBeanDefinition(String beanName); // 是否包含给定名字的bean的定义
int getBeanDefinitionCount(); // 工厂中bean的定义的数量
String[] getBeanDefinitionNames(); // 工厂中所有定义了的bean的名字
// 获取指定类型的bean的名字
String[] getBeanNamesForType(ResolvableType type);
String[] getBeanNamesForType(Class<?> type);
String[] getBeanNamesForType(Class<?> type, boolean includeNonSingletons, boolean allowEagerInit);
// 获取所有使用提供的注解进行标注的bean的名字
String[] getBeanNamesForAnnotation(Class<? extends Annotation> annotationType);
// 查找指定bean中的所有指定的注解（会考虑接口和父类中的注解）
<A extends Annotation> A findAnnotationOnBean(String beanName, Class<A> annotationType)
throws NoSuchBeanDefinitionException;

// 根据指定的类型来获取所有的bean
<T> Map<String, T> getBeansOfType(Class<T> type) throws BeansException;
<T> Map<String, T> getBeansOfType(Class<T> type, boolean includeNonSingletons, boolean allowEagerInit)
throws BeansException;
// 获取所有使用提供的注解进行标注了的bean
Map<String, Object> getBeansWithAnnotation(Class<? extends Annotation> annotationType) throws BeansException;`</pre>

上面的这些方法都不考虑祖先工厂中的bean，只会考虑在当前工厂中定义的bean。

前八个方法用于获取bean的一些信息
最后的三个方法用于获取所有满足条件的bean，返回结果Map中的键为bean的名字，值为bean的实例。这些方法都会考虑通过
```
FactoryBean
```
创建的bean，这也意味着
```
FactoryBean
```
会被初始化。为什么这里的三个方法不返回List？Map不光包含这些bean的实例，而且还包含bean的名字，而List只包含bean的实例。也就是说Map比List更加的通用。

HierarchicalBeanFactory

HierarchicalBeanFactory

接口定义了

BeanFactory

之间的分层结构，

ConfigurableBeanFactory

中的

setParentBeanFactory

方法能设置父级的

BeanFactory

，下面列出了

HierarchicalBeanFactory

中定义的方法：

Copy

BeanFactory getParentBeanFactory(); // 获取父级的BeanFactory // 本地的工厂是否包含指定名字的bean boolean containsLocalBean(String name);

</pre>

这两个方法都比较直接明了，

getParentBeanFactory

方法用于获取父级

BeanFactory

。

containsLocalBean

用于判断本地的工厂是否包含指定的bean，忽略在祖先工厂中定义的bean。

MessageSource

MessageSource

主要用于消息的国际化，下面是该接口中的方法定义：

Copy

// 获取消息 String getMessage(String code, Object[] args, String defaultMessage, Locale locale); String getMessage(String code, Object[] args, Locale locale) throws NoSuchMessageException; String getMessage(MessageSourceResolvable resolvable, Locale locale) throws NoSuchMessageException;

</pre>

以上的三个方法都是用于获取消息的，第一个方法提供了默认消息，第二个接口如果没有获取到指定的消息会抛出异常。第三个接口中的

MessageSourceResolvable

参数是对代码、参数值、默认值的一个封装。

ApplicationEventPublisher

ApplicationEventPublisher

接口封装了事件发布功能，提供Spring中事件的机制。接口中的方法定义如下：

Copy

// 发布事件 void publishEvent(ApplicationEvent event); void publishEvent(Object event);

</pre>

第一个方法用于发布特定于应用程序事件。第二个方法能发布任意的事件，如果事件不是

ApplicationEvent

，那么会被包裹成

PayloadApplicationEvent

事件。

EnvironmentCapable

EnvironmentCapable

提供了访问

Environment

的能力，该接口只有一个方法：

Copy

Environment getEnvironment();

</pre>

Environment

表示当前正在运行的应用的环境变量，它分为两个部分：profiles和properties。它的父级接口

PropertyResolver

提供了property的访问能力。

ResourceLoader和ResourcePatternResolver

先来看一下

ResourceLoader

，该接口是用来加载资源（例如类路径或者文件系统中的资源）的策略接口。该接口中的方法如下：

Copy

Resource getResource(String location); // 根据指定的位置获取资源 ClassLoader getClassLoader(); // 获取该资源加载器所使用的类加载器

</pre>

该接口只有简单明了的两个方法，一个是用来获取指定位置的资源，一个用于获取资源加载器所使用的类加载器。

Resource

是从实际类型的底层资源（例如文件、类路径资源）进行抽象的资源描述符。先看下

Resource

中的方法：

Copy

`boolean exists(); // 资源实际上是否存在
boolean isReadable(); // 资源是否可读
boolean isOpen(); // 检查资源是否为打开的流
boolean isFile(); // 资源是否为文件系统上的一个文件

URL getURL() throws IOException; // 获取url
URI getURI() throws IOException; // 获取URI
File getFile() throws IOException; // 获取文件

ReadableByteChannel readableChannel() throws IOException; // 获取ReadableByteChannel

long contentLength() throws IOException; // 资源的内容的长度
long lastModified() throws IOException; // 资源的最后修改时间
// 相对于当前的资源创建一个新的资源
Resource createRelative(String relativePath) throws IOException;
String getFilename(); // 获取资源的文件名
String getDescription(); // 获取资源的描述信息`</pre>

Resource

的父级接口

InputStreamSource

，可以简单的理解为

InputStream

的来源，只有一个方法，如下：

Copy

InputStream getInputStream() throws IOException; // 获取输入流

</pre>

接下来在来看一下

ResourcePatternResolver

，该接口用于解析一个位置模式（例如Ant风格的路径模式），该接口只有一个方法，如下：

Copy

// 将给定的位置模式解析成资源对象 Resource[] getResources(String locationPattern) throws IOException;

</pre>

Spring IoC容器设计复盘

假如让你设计IoC容器，你该如何去做呢？首先你应该要明确你设计的容器的功能和特性，然后根据这些功能和特性设计出合理的接口。下面只是粗略的分析一下：

IoC容器对bean的配置和管理，那么是不是需要设计一个接口来完成这些功能呢？（BeanFactory）
既然需要这些元数据的配置，那么是不是需要设计一个接口来完成对一些配置文件的读取。（ResourceLoader和Resource）
在IoC容器初始化、摧毁的时候，是不是可能要执行一些操作呢？那么是不是需要使用事件机制来完成呢？（ApplicationEventPublisher）
....

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