作者:小傅哥
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👨💻连读同事写的代码都费劲,还读Spring? 咋的,Spring 很难读!
这个与我们码农朝夕相处的 Spring,就像睡在你身边的媳妇,你知道找她要吃、要喝、要零花钱、要买皮肤。但你不知道她的仓库共有多少存粮、也不知道她是买了理财还是存了银行。🍑开个玩笑,接下来我要正经了!
为什么 Spring 天天用,但要想去读一读源码,怎么就那么难!因为由Java和J2EE开发领域的专家
Rod Johnson 于 2002 年提出并随后创建的 Spring 框架,随着 JDK 版本和市场需要发展至今,至今它已经越来越大了!
当你阅读它的源码你会感觉:
单纯
怎样,这就是你在阅读 Spring 遇到的一些列问题吧?其实不止你甚至可以说只要是从事这个行业的码农,想读 Spring 源码都会有种不知道从哪下手的感觉。所以我想了个办法,既然 Spring 太大不好了解,那么我就尝试从一个小的 Spring 开始,手撸 实现一个 Spring 是不可以理解的更好,别说效果还真不错,在花了将近2个月的时间,实现一个简单版本的 Spring 后
现在对 Spring 的理解,有了很大的提升,也能读懂 Spring 的源码了。
通过这样手写简化版 Spring 框架,了解 Spring 核心原理。在手写的过程中会简化 Spring 源码,摘取整体框架中的核心逻辑,简化代码实现过程,保留核心功能,例如:IOC、AOP、Bean生命周期、上下文、作用域、资源处理等内容实现。
源码:https://github.com/fuzhengwei/small-spring
凡是可以存放数据的具体数据结构实现,都可以称之为容器。例如:ArrayList、LinkedList、HashSet等,但在 Spring Bean 容器的场景下,我们需要一种可以用于存放和名称索引式的数据结构,所以选择 HashMap 是最合适不过的。
这里简单介绍一下 HashMap,HashMap 是一种基于扰动函数、负载因子、红黑树转换等技术内容,形成的拉链寻址的数据结构,它能让数据更加散列的分布在哈希桶以及碰撞时形成的链表和红黑树上。它的数据结构会尽可能最大限度的让整个数据读取的复杂度在 O(1) ~ O(Logn) ~O(n)之间,当然在极端情况下也会有 O(n) 链表查找数据较多的情况。不过我们经过10万数据的扰动函数再寻址验证测试,数据会均匀的散列在各个哈希桶索引上,所以 HashMap 非常适合用在 Spring Bean 的容器实现上。
另外一个简单的 Spring Bean 容器实现,还需 Bean 的定义、注册、获取三个基本步骤,简化设计如下;
将 Spring Bean 容器完善起来,首先非常重要的一点是在 Bean 注册的时候只注册一个类信息,而不会直接把实例化信息注册到 Spring 容器中。那么就需要修改 BeanDefinition 中的属性 Object 为 Class,接下来在需要做的就是在获取 Bean 对象时需要处理 Bean 对象的实例化操作以及判断当前单例对象在容器中是否已经缓存起来了。整体设计如图 3-1
getBean(String name)
,之后这个 Bean 工厂接口由抽象类 AbstractBeanFactory 实现。这样使用模板模式的设计方式,可以统一收口通用核心方法的调用逻辑和标准定义,也就很好的控制了后续的实现者不用关心调用逻辑,按照统一方式执行。那么类的继承者只需要关心具体方法的逻辑实现即可。填平这个坑的技术设计主要考虑两部分,一个是串流程从哪合理的把构造函数的入参信息传递到实例化操作里,另外一个是怎么去实例化含有构造函数的对象。
Object getBean(String name, Object... args)
接口,这样就可以在获取 Bean 时把构造函数的入参信息传递进去了。DeclaredConstructor
,另外一个是使用 Cglib 来动态创建 Bean 对象。Cglib 是基于字节码框架 ASM 实现,所以你也可以直接通过 ASM 操作指令码来创建对象鉴于属性填充是在 Bean 使用 newInstance
或者 Cglib
创建后,开始补全属性信息,那么就可以在类 AbstractAutowireCapableBeanFactory
的 createBean 方法中添加补全属性方法。这部分大家在实习的过程中也可以对照Spring源码学习,这里的实现也是Spring的简化版,后续对照学习会更加易于理解
AbstractAutowireCapableBeanFactory
的 createBean 方法中添加 applyPropertyValues
操作。依照本章节的需求背景,我们需要在现有的 Spring 框架雏形中添加一个资源解析器,也就是能读取classpath、本地文件和云文件的配置内容。这些配置内容就是像使用 Spring 时配置的 Spring.xml 一样,里面会包括 Bean 对象的描述和属性信息。 在读取配置文件信息后,接下来就是对配置文件中的 Bean 描述信息解析后进行注册操作,把 Bean 对象注册到 Spring 容器中。整体设计结构如下图:
BeanDefinitionReader
以及做好对应的实现类,在实现类中完成对 Bean 对象的解析和注册。为了能满足于在 Bean 对象从注册到实例化的过程中执行用户的自定义操作,就需要在 Bean 的定义和初始化过程中插入接口类,这个接口再有外部去实现自己需要的服务。那么在结合对 Spring 框架上下文的处理能力,就可以满足我们的目标需求了。整体设计结构如下图:
BeanFactoryPostProcess
和 BeanPostProcessor
,也几乎是大家在使用 Spring 框架额外新增开发自己组建需求的两个必备接口。BeanDefinition
执行修改操作。可能面对像 Spring 这样庞大的框架,对外暴露的接口定义使用或者xml配置,完成的一系列扩展性操作,都让 Spring 框架看上去很神秘。其实对于这样在 Bean 容器初始化过程中额外添加的处理操作,无非就是预先执行了一个定义好的接口方法或者是反射调用类中xml中配置的方法,最终你只要按照接口定义实现,就会有 Spring 容器在处理的过程中进行调用而已。整体设计结构如下图:
init-method、destroy-method
两个注解,在配置文件加载的过程中,把注解配置一并定义到 BeanDefinition 的属性当中。这样在 initializeBean 初始化操作的工程中,就可以通过反射的方式来调用配置在 Bean 定义属性当中的方法信息了。另外如果是接口实现的方式,那么直接可以通过 Bean 对象调用对应接口定义的方法即可,((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet()
,两种方式达到的效果是一样的。destroy-method
和 DisposableBean
接口的定义,都会在 Bean 对象初始化完成阶段,执行注册销毁方法的信息到 DefaultSingletonBeanRegistry 类中的 disposableBeans 属性里,这是为了后续统一进行操作。这里还有一段适配器的使用,因为反射调用和接口直接调用,是两种方式。所以需要使用适配器进行包装,下文代码讲解中参考 DisposableBeanAdapter 的具体实现
-关于销毁方法需要在虚拟机执行关闭之前进行操作,所以这里需要用到一个注册钩子的操作,如:Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> System.out.println("close!")));
这段代码你可以执行测试,另外你可以使用手动调用 ApplicationContext.close 方法关闭容器。可能面对像 Spring 这样庞大的框架,对外暴露的接口定义使用或者xml配置,完成的一系列扩展性操作,都让 Spring 框架看上去很神秘。其实对于这样在 Bean 容器初始化过程中额外添加的处理操作,无非就是预先执行了一个定义好的接口方法或者是反射调用类中xml中配置的方法,最终你只要按照接口定义实现,就会有 Spring 容器在处理的过程中进行调用而已。整体设计结构如下图:
init-method、destroy-method
两个注解,在配置文件加载的过程中,把注解配置一并定义到 BeanDefinition 的属性当中。这样在 initializeBean 初始化操作的工程中,就可以通过反射的方式来调用配置在 Bean 定义属性当中的方法信息了。另外如果是接口实现的方式,那么直接可以通过 Bean 对象调用对应接口定义的方法即可,((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet()
,两种方式达到的效果是一样的。destroy-method
和 DisposableBean
接口的定义,都会在 Bean 对象初始化完成阶段,执行注册销毁方法的信息到 DefaultSingletonBeanRegistry 类中的 disposableBeans 属性里,这是为了后续统一进行操作。这里还有一段适配器的使用,因为反射调用和接口直接调用,是两种方式。所以需要使用适配器进行包装,下文代码讲解中参考 DisposableBeanAdapter 的具体实现
-关于销毁方法需要在虚拟机执行关闭之前进行操作,所以这里需要用到一个注册钩子的操作,如:Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> System.out.println("close!")));
这段代码你可以执行测试,另外你可以使用手动调用 ApplicationContext.close 方法关闭容器。如果说我希望拿到 Spring 框架中一些提供的资源,那么首先需要考虑以一个什么方式去获取,之后你定义出来的获取方式,在 Spring 框架中该怎么去承接,实现了这两项内容,就可以扩展出你需要的一些属于 Spring 框架本身的能力了。
在关于 Bean 对象实例化阶段我们操作过一些额外定义、属性、初始化和销毁的操作,其实我们如果像获取 Spring 一些如 BeanFactory、ApplicationContext 时,也可以通过此类方式进行实现。那么我们需要定义一个标记性的接口,这个接口不需要有方法,它只起到标记作用就可以,而具体的功能由继承此接口的其他功能性接口定义具体方法,最终这个接口就可以通过 instanceof
进行判断和调用了。整体设计结构如下图:
ApplicationContextAwareProcessor
操作,最后由 AbstractAutowireCapableBeanFactory 创建 createBean 时处理相应的调用操作。关于 applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization 已经在前面章节中实现过,如果忘记可以往前翻翻关于提供一个能让使用者定义复杂的 Bean 对象,功能点非常不错,意义也非常大,因为这样做了之后 Spring 的生态种子孵化箱就此提供了,谁家的框架都可以在此标准上完成自己服务的接入。
但这样的功能逻辑设计上并不复杂,因为整个 Spring 框架在开发的过程中就已经提供了各项扩展能力的接茬
,你只需要在合适的位置提供一个接茬的处理接口调用和相应的功能逻辑实现即可,像这里的目标实现就是对外提供一个可以二次从 FactoryBean 的 getObject 方法中获取对象的功能即可,这样所有实现此接口的对象类,就可以扩充自己的对象功能了。MyBatis 就是实现了一个 MapperFactoryBean 类,在 getObject 方法中提供 SqlSession 对执行 CRUD 方法的操作 整体设计结构如下图:
getObject
操作。SCOPE_SINGLETON
、SCOPE_PROTOTYPE
,对象类型的创建获取方式,主要区分在于 AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBean
创建完成对象后是否放入到内存中,如果不放入则每次获取都会重新创建。getObject
对象了。整个 getBean 过程中都会新增一个单例类型的判断factory.isSingleton()
,用于决定是否使用内存存放对象信息。其实事件的设计本身就是一种观察者模式的实现,它所要解决的就是一个对象状态改变给其他对象通知的问题,而且要考虑到易用和低耦合,保证高度的协作。
在功能实现上我们需要定义出事件类、事件监听、事件发布,而这些类的功能需要结合到 Spring 的 AbstractApplicationContext#refresh(),以便于处理事件初始化和注册事件监听器的操作。整体设计结构如下图:
AbstractApplicationContext
中添加相关事件内容,包括:初始化事件发布者、注册事件监听器、发布容器刷新完成事件。在把 AOP 整个切面设计融合到 Spring 前,我们需要解决两个问题,包括:如何给符合规则的方法做代理
,以及做完代理方法的案例后,把类的职责拆分出来
。而这两个功能点的实现,都是以切面的思想进行设计和开发。如果不是很清楚 AOP 是啥,你可以把切面理解为用刀切韭菜,一根一根切总是有点慢,那么用手(代理
)把韭菜捏成一把,用菜刀或者斧头这样不同的拦截操作来处理。而程序中其实也是一样,只不过韭菜变成了方法,菜刀变成了拦截方法。整体设计结构如下图:
MethodInterceptor#invoke
,而不是直接使用 invoke 方法中的入参 Method method 进行 method.invoke(targetObj, args)
这块是整个使用时的差异。org.aspectj.weaver.tools.PointcutParser
处理拦截表达式 "execution(* cn.bugstack.springframework.test.bean.IUserService.*(..))"
,有了方法代理和处理拦截,我们就可以完成设计出一个 AOP 的雏形了。其实在有了AOP的核心功能实现后,把这部分功能服务融入到 Spring 其实也不难,只不过要解决几个问题,包括:怎么借着 BeanPostProcessor 把动态代理融入到 Bean 的生命周期中,以及如何组装各项切点、拦截、前置的功能和适配对应的代理器。整体设计结构如下图:
本代码仓库 https://github.com/fuzhengwei/small-spring 以 Spring 源码学习为目的,通过手写简化版 Spring 框架,了解 Spring 核心原理。
在手写的过程中会简化 Spring 源码,摘取整体框架中的核心逻辑,简化代码实现过程,保留核心功能,例如:IOC、AOP、Bean生命周期、上下文、作用域、资源处理等内容实现。
😁 好嘞,希望你可以学的愉快!
原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。
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