如何实现一个简单的IOC

Bug开发工程师

发布于 2018-09-21 09:53:14

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发布于 2018-09-21 09:53:14

文章被收录于专栏：码农沉思录码农沉思录

作者：莫那鲁道

链接：http://thinkinjava.cn

引言

在之前的文章中，楼主和大家一起分析spring的 IOC 实现，剖析了Spring的源码，看的出来，源码异常复杂，这是因为Spring的设计者需要考虑到框架的扩展性，健壮性，性能等元素，因此设计的很复杂。楼主在最后也说要实现一个简单的 IOC，让我们更加深刻的理解IOC，因此，有了这篇文章。

当然我们是仿照Spring 的 IOC，因此代码命名和设计基本是仿照spring的。

我们将分为几步来编写简易 IOC，首先设计组件，再设计接口，然后关注实现。

1. 设计组件。

我们还记得Spring中最重要的有哪些组件吗？BeanFactory 容器，BeanDefinition Bean的基本数据结构，当然还需要加载Bean的资源加载器。

大概最后最重要的就是这几个组件。容器用来存放初始化好的Bean，BeanDefinition 就是Bean的基本数据结构，比如Bean的名称，Bean的属性 PropertyValue，Bean的方法，是否延迟加载，依赖关系等。

资源加载器就简单了，就是一个读取XML配置文件的类，读取每个标签并解析。

2. 设计接口

首先肯定需要一个BeanFactory，就是Bean容器，容器接口至少有2个最简单的方法，一个是获取Bean，一个注册Bean.

/**
* 需要一个beanFactory 定义ioc 容器的一些行为 比如根据名称获取bean， 比如注册bean，参数为bean的名称，bean的定义
*
* @author stateis0
* @version 1.0.0
* @Date 2017/11/30
*/public interface BeanFactory {

 /**
  * 根据bean的名称从容器中获取bean对象
  *
  * @param name bean 名称
  * @return bean实例
  * @throws Exception 异常
  */
 Object getBean(String name) throws Exception;

 /**
  * 将bean注册到容器中
  *
  * @param name bean 名称
  * @param bean bean实例
  * @throws Exception 异常
  */
 void registerBeanDefinition(String name, BeanDefinition bean) throws Exception;}

根据Bean的名字获取Bean对象，注册参数有2个，一个是Bean的名字，一个是 BeanDefinition 对象。

定义完了Bean最基本的容器，还需要一个最简单 BeanDefinition 接口，我们为了方便，但因为我们这个不必考虑扩展，因此可以直接设计为类，BeanDefinition 需要哪些元素和方法呢？

需要一个 Bean 对象，一个Class对象，一个ClassName字符串，还需要一个元素集合 PropertyValues。这些就能组成一个最基本的 BeanDefinition 类了。那么需要哪些方法呢？其实就是这些属性的getter、setter 方法。

我们看看该类的详细：

package cn.thinkinjava.myspring;
/**
* bean 的定义
*
* @author stateis0
*/public class BeanDefinition {

 /**
  * bean
  */
 private Object bean;

 /**
  * bean 的 CLass 对象
  */
 private Class beanClass;

 /**
  * bean 的类全限定名称
  */
 private String ClassName;

 /**
  * 类的属性集合
  */
 private PropertyValues propertyValues = new PropertyValues();

 /**
  * 获取bean对象
  */
 public Object getBean() {
   return this.bean;
 }

 /**
  * 设置bean的对象
  */
 public void setBean(Object bean) {
   this.bean = bean;
 }

 /**
  * 获取bean的Class对象
  */
 public Class getBeanclass() {
   return this.beanClass;
 }

 /**
  * 通过设置类名称反射生成Class对象
  */
 public void setClassname(String name) {
   this.ClassName = name;
   try {
     this.beanClass = Class.forName(name);
   } catch (ClassNotFoundException e) {
     e.printStackTrace();
   }
 }

 /**
  * 获取bean的属性集合
  */
 public PropertyValues getPropertyValues() {
   return this.propertyValues;
 }

 /**
  * 设置bean的属性
  */
 public void setPropertyValues(PropertyValues pv) {
   this.propertyValues = pv;
 }
 }

有了基本的 BeanDefinition 数据结构，还需要一个从XML中读取并解析为 BeanDefinition 的操作类，首先我们定义一个 BeanDefinitionReader 接口，该接口只是一个标识，具体由抽象类去实现一个基本方法和定义一些基本属性。

比如一个读取时需要存放的注册容器，还需要一个资源加载器 ResourceLoader，用于加载XML文件，并且我们需要设置该构造器必须含有资源加载器，当然还有一些getter、setter 方法。

package cn.thinkinjava.myspring;
import cn.thinkinjava.myspring.io.ResourceLoader;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
* 抽象的bean定义读取类
*
* @author stateis0
*/public abstract class AbstractBeanDefinitionReader implements BeanDefinitionReader {

 /**
  * 注册bean容器
  */
 private Map<String, BeanDefinition> registry;

 /**
  * 资源加载器
  */
 private ResourceLoader resourceLoader;

 /**
  * 构造器器必须有一个资源加载器， 默认插件创建一个map容器
  *
  * @param resourceLoader 资源加载器
  */
 protected AbstractBeanDefinitionReader(ResourceLoader resourceLoader) {
   this.registry = new HashMap<>();
   this.resourceLoader = resourceLoader;
 }

 /**
  * 获取容器
  */
 public Map<String, BeanDefinition> getRegistry() {
   return registry;
 }

 /**
  * 获取资源加载器
  */
 public ResourceLoader getResourceLoader() {
   return resourceLoader;
 }
}

有了这几个抽象类和接口，我们基本能形成一个雏形，BeanDefinitionReader 用于从XML中读取配置文件，生成 BeanDefinition 实例，存放在 BeanFactory 容器中，初始化之后，就可以调用 getBean 方法获取初始化成功的Bean。形成一个完美的闭环。

3. 如何实现

刚刚我们说了具体的流程：从XML中读取配置文件，解析成 BeanDefinition，最终放进容器。说白了就3步。那么我们就先来设计第一步。

1. 从XML中读取配置文件，解析成 BeanDefinition

我们刚刚设计了一个读取BeanDefinition 的接口 BeanDefinitionReader 和一个实现它的抽象类 AbstractBeanDefinitionReader，抽象了定义了一些简单的方法，其中由一个委托类—–ResourceLoader。

我们还没有创建，该类是资源加载器，根据给定的路径来加载资源。我们可以使用Java 默认的类库 java.net.URL 来实现，定义两个类，一个是包装了URL的类 ResourceUrl，一个是依赖 ResourceUrl 的资源加载类。

ResourceUrl 代码实现

/**
* 资源URL
*/public class ResourceUrl implements Resource {

 /**
  * 类库URL
  */
 private final URL url;

 /**
  * 需要一个类库URL
  */
 public ResourceUrl(URL url) {
   this.url = url;
 }

 /**
  * 从URL中获取输入流
  */
 @Override
 public InputStream getInputstream() throws Exception {
   URLConnection urlConnection = url.openConnection();
   urlConnection.connect();
   return urlConnection.getInputStream();

 }
}

ResourceLoader 实现

/**
* 资源URL
*/
public class ResourceUrl implements Resource {

 /**
  * 类库URL
  */
 private final URL url;

 /**
  * 需要一个类库URL
  */
 public ResourceUrl(URL url) {
   this.url = url;
 }

 /**
  * 从URL中获取输入流
  */
 @Override
 public InputStream getInputstream() throws Exception {
   URLConnection urlConnection = url.openConnection();
   urlConnection.connect();
   return urlConnection.getInputStream();
 }
}

当然还需要一个接口，只定义了一个抽象方法

package cn.thinkinjava.myspring.io;
import java.io.InputStream;/
**
* 资源定义
*
* @author stateis0
*/public interface Resource {

 /**
  * 获取输入流
  */
 InputStream getInputstream() throws Exception;
}

好了， AbstractBeanDefinitionReader 需要的元素已经有了，但是，很明显该方法不能实现读取 BeanDefinition 的任务。

那么我们需要一个类去继承抽象类，去实现具体的方法，既然我们是XML 配置文件读取，那么我们就定义一个 XmlBeanDefinitionReader 继承 AbstractBeanDefinitionReader ，实现一些我们需要的方法。

比如读取XML 的readrXML，比如将解析出来的元素注册到 registry 的 Map 中，一些解析的细节。我们还是看代码吧。

XmlBeanDefinitionReader 实现读取配置文件并解析成Bean

package cn.thinkinjava.myspring.xml;
import cn.thinkinjava.myspring.AbstractBeanDefinitionReader;
import cn.thinkinjava.myspring.BeanDefinition;
import cn.thinkinjava.myspring.BeanReference;
import cn.thinkinjava.myspring.PropertyValue;
import cn.thinkinjava.myspring.io.ResourceLoader;
import java.io.InputStream;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;
import org.w3c.dom.Document;
import org.w3c.dom.Element;
import org.w3c.dom.Node;
import org.w3c.dom.NodeList;
/**
* 解析XML文件
*
* @author stateis0
*/

public class XmlBeanDefinitionReader extends AbstractBeanDefinitionReader {

 /**
  * 构造器，必须包含一个资源加载器
  *
  * @param resourceLoader 资源加载器
  */
 public XmlBeanDefinitionReader(ResourceLoader resourceLoader) {
   super(resourceLoader);
 }

 public void readerXML(String location) throws Exception {
   // 创建一个资源加载器
   ResourceLoader resourceloader = new ResourceLoader();
   // 从资源加载器中获取输入流
   InputStream inputstream = resourceloader.getResource(location).getInputstream();
   // 获取文档建造者工厂实例
   DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
   // 工厂创建文档建造者
   DocumentBuilder docBuilder = factory.newDocumentBuilder();
   // 文档建造者解析流 返回文档对象
   Document doc = docBuilder.parse(inputstream);
   // 根据给定的文档对象进行解析，并注册到bean容器中
   registerBeanDefinitions(doc);
   // 关闭流
   inputstream.close();
 }

 /**
  * 根据给定的文档对象进行解析，并注册到bean容器中
  *
  * @param doc 文档对象
  */
 private void registerBeanDefinitions(Document doc) {
   // 读取文档的根元素
   Element root = doc.getDocumentElement();
   // 解析元素的根节点及根节点下的所有子节点并添加进注册容器
   parseBeanDefinitions(root);
 }

 /**
  * 解析元素的根节点及根节点下的所有子节点并添加进注册容器
  *
  * @param root XML 文件根节点
  */
 private void parseBeanDefinitions(Element root) {
   // 读取根元素的所有子元素
   NodeList nl = root.getChildNodes();
   // 遍历子元素
   for (int i = 0; i < nl.getLength(); i++) {
     // 获取根元素的给定位置的节点
     Node node = nl.item(i);
     // 类型判断
     if (node instanceof Element) {
       // 强转为父类型元素
       Element ele = (Element) node;
       // 解析给给定的节点，包括name，class，property， name， value，ref
       processBeanDefinition(ele);
     }
   }
 }

 /**
  * 解析给给定的节点，包括name，class，property， name， value，ref
  *
  * @param ele XML 解析元素
  */
 private void processBeanDefinition(Element ele) {
   // 获取给定元素的 name 属性
   String name = ele.getAttribute("name");
   // 获取给定元素的 class 属性
   String className = ele.getAttribute("class");
   // 创建一个bean定义对象
   BeanDefinition beanDefinition = new BeanDefinition();
   // 设置bean 定义对象的 全限定类名
   beanDefinition.setClassname(className);
   // 向 bean 注入配置文件中的成员变量
   addPropertyValues(ele, beanDefinition);
   // 向注册容器 添加bean名称和bean定义
   getRegistry().put(name, beanDefinition);
 }

 /**
  * 添加配置文件中的属性元素到bean定义实例中
  *
  * @param ele 元素
  * @param beandefinition bean定义 对象
  */
 private void addPropertyValues(Element ele, BeanDefinition beandefinition) {
   // 获取给定元素的 property 属性集合
   NodeList propertyNode = ele.getElementsByTagName("property");
   // 循环集合
   for (int i = 0; i < propertyNode.getLength(); i++) {
     // 获取集合中某个给定位置的节点
     Node node = propertyNode.item(i);
     // 类型判断
     if (node instanceof Element) {
       // 将节点向下强转为子元素
       Element propertyEle = (Element) node;
       // 元素对象获取 name 属性
       String name = propertyEle.getAttribute("name");
       // 元素对象获取 value 属性值
       String value = propertyEle.getAttribute("value");
       // 判断value不为空
       if (value != null && value.length() > 0) {
         // 向给定的 “bean定义” 实例中添加该成员变量
         beandefinition.getPropertyValues().addPropertyValue(new PropertyValue(name, value));
       } else {
         // 如果为空，则获取属性ref
         String ref = propertyEle.getAttribute("ref");
         if (ref == null || ref.length() == 0) {
           // 如果属性ref为空，则抛出异常
           throw new IllegalArgumentException(
               "Configuration problem: <property> element for property '"
                   + name + "' must specify a ref or value");
         }
         // 如果不为空，测创建一个 “bean的引用” 实例，构造参数为名称，实例暂时为空
         BeanReference beanRef = new BeanReference(name);
         // 向给定的 “bean定义” 中添加成员变量
         beandefinition.getPropertyValues().addPropertyValue(new PropertyValue(name, beanRef));
       }
     }
   }
 }
}

可以说代码注释写的非常详细，该类方法如下：

public void readerXML(String location) 公开的解析XML的方法，给定一个位置的字符串参数即可。
private void registerBeanDefinitions(Document doc) 给定一个文档对象，并进行解析。
private void parseBeanDefinitions(Element root) 给定一个根元素，循环解析根元素下所有子元素。
private void processBeanDefinition(Element ele) 给定一个子元素，并对元素进行解析，然后拿着解析出来的数据创建一个 BeanDefinition 对象。并注册到BeanDefinitionReader 的 Map 容器（该容器存放着解析时的所有Bean）中。
private void addPropertyValues(Element ele, BeanDefinition beandefinition) 给定一个元素，一个 BeanDefinition 对象，解析元素中的 property 元素，并注入到 BeanDefinition 实例中。

一共5步，完成了解析XML文件的所有操作。最终的目的是将解析出来的文件放入到 BeanDefinitionReader 的 Map 容器中。

好了，到这里，我们已经完成了从XML文件读取并解析的步骤，那么什么时候放进BeanFactory的容器呢？刚刚我们只是放进了 AbstractBeanDefinitionReader 的注册容器中。

因此我们要根据BeanFactory 的设计来实现如何构建成一个真正能用的Bean呢？因为刚才的哪些Bean只是一些Bean的信息。没有我们真正业务需要的Bean。

2. 初始化我们需要的Bean（不是Bean定义）并且实现依赖注入

我们知道Bean定义是不能干活的，只是一些Bean的信息，就好比一个人，BeanDefinition 就相当你在公安局的档案，但是你人不在公安局，可只要公安局拿着你的档案就能找到你。就是这样一个关系。

那我们就根据BeanFactory的设计来设计一个抽象类 AbstractBeanFactory。

package cn.thinkinjava.myspring.factory;
import cn.thinkinjava.myspring.BeanDefinition;
import java.util.HashMap;
/**
* 一个抽象类， 实现了 bean 的方法，包含一个map，用于存储bean 的名字和bean的定义
*
* @author stateis0
*/
public abstract class AbstractBeanFactory implements BeanFactory {

 /**
  * 容器
  */
 private HashMap<String, BeanDefinition> map = new HashMap<>();

 /**
  * 根据bean的名称获取bean， 如果没有，则抛出异常 如果有， 则从bean定义对象获取bean实例
  */
 @Override
 public Object getBean(String name) throws Exception {
   BeanDefinition beandefinition = map.get(name);
   if (beandefinition == null) {
     throw new IllegalArgumentException("No bean named " + name + " is defined");
   }
   Object bean = beandefinition.getBean();
   if (bean == null) {
     bean = doCreate(beandefinition);
   }
   return bean;
 }

 /**
  * 注册 bean定义 的抽象方法实现，这是一个模板方法， 调用子类方法doCreate，
  */
 @Override
 public void registerBeanDefinition(String name, BeanDefinition beandefinition) throws Exception {
   Object bean = doCreate(beandefinition);
   beandefinition.setBean(bean);
   map.put(name, beandefinition);
 }

 /**
  * 减少一个bean
  */
 abstract Object doCreate(BeanDefinition beandefinition) throws Exception;
}

该类实现了接口的2个基本方法，一个是getBean，一个是 registerBeanDefinition，我们也设计了一个抽象方法供这两个方法调用，将具体逻辑创建逻辑延迟到子类。

这是什么设计模式呢？模板模式。主要还是看 doCreate 方法，就是创建bean 具体方法，所以我们还是需要一个子类，叫什么呢? AutowireBeanFactory，自动注入Bean，这是我们这个标准Bean工厂的工作。

看看代码吧！

package cn.thinkinjava.myspring.factory;
import cn.thinkinjava.myspring.BeanDefinition;
import cn.thinkinjava.myspring.PropertyValue;
import cn.thinkinjava.myspring.BeanReference;
import java.lang.reflect.Field;
/**
* 实现自动注入和递归注入(spring 的标准实现类 DefaultListableBeanFactory 有 1810 行)
*
* @author stateis0
*/
public class AutowireBeanFactory extends AbstractBeanFactory {


 /**
  * 根据bean 定义创建实例， 并将实例作为key， bean定义作为value存放，并调用 addPropertyValue 方法 为给定的bean的属性进行注入
  */
 @Override
 protected Object doCreate(BeanDefinition beandefinition) throws Exception {
   Object bean = beandefinition.getBeanclass().newInstance();
   addPropertyValue(bean, beandefinition);
   return bean;
 }

 /**
  * 给定一个bean定义和一个bean实例，为给定的bean中的属性注入实例。
  */
 protected void addPropertyValue(Object bean, BeanDefinition beandefinition) throws Exception {
   // 循环给定 bean 的属性集合
   for (PropertyValue pv : beandefinition.getPropertyValues().getPropertyValues()) {
     // 根据给定属性名称获取 给定的bean中的属性对象
     Field declaredField = bean.getClass().getDeclaredField(pv.getname());
     // 设置属性的访问权限
     declaredField.setAccessible(true);
     // 获取定义的属性中的对象
     Object value = pv.getvalue();
     // 判断这个对象是否是 BeanReference 对象
     if (value instanceof BeanReference) {
       // 将属性对象转为 BeanReference 对象
       BeanReference beanReference = (BeanReference) value;
       // 调用父类的 AbstractBeanFactory 的 getBean 方法，根据bean引用的名称获取实例，此处即是递归
       value = getBean(beanReference.getName());
     }
     // 反射注入bean的属性
     declaredField.set(bean, value);
   }

 }
}

可以看到 doCreate 方法使用了反射创建了一个对象，并且还需要对该对象进行属性注入，如果属性是 ref 类型，那么既是依赖关系，则需要调用 getBean 方法递归的去寻找那个Bean（因为最后一个Bean 的属性肯定是基本类型）。

这样就完成了一次获取实例化Bean操作，并且也实现类依赖注入。