今天我们来认识一下Spring IOC容器,本文主要介绍SpringIOC容器的核心要点以及其启动流程和实例化流程。
Springframework 4.3.12
Spring IOC是什么?他有什么作用呢?我们通过了解学习,Spring IOC是一个容器,用于生成和管理Bean的实例,以及实例之间的依赖关系,然后注入相关的依赖。这里我们可以把IOC容器想象成一个餐馆。我们去餐馆点菜的话,不需要关心菜的生成过程,不需要关心菜的原材料从哪里来。我们只需要最终做好的菜。这里的菜就是我们的需要的Bean。不同的菜对应不同的Bean。没有IOC 容器的情况下,如果需要一个Bean的话,就需要自己来new一个对象的实例,比如A类依赖了B类,那么就需要在A类中new一个B类的实例对象,这就好像我们要自己在家动手做菜一样。有了IOC容器之后,如果A类依赖B类,只需要通过IOC容器帮我们创建A类的实例和B类的实例,然后IOC容器会将B类的实例注入到A类中。这就很像餐馆把菜做好之后送给我们一样。既然IOC容器这么6,那么他是如何实现这一切的呢? 还是回到餐馆那个例子,做菜的话就需要与原材料和菜谱,同样的IOC容器想要管理各个业务对象以及他们之间的依赖关系,就需要通过某种途径来记录和管理这些信息,而BeanDefinition对象就承担了这个责任。IOC容器中每一个Bean都会有一个对应的BeanDefinition实例,该实例负责保存bean对象的所有必要信息,包括Bean对象的class类型,是否是抽象类,构造方法和参数,以及其他属性等,这里的BeanDefinition就相当于原材料。而BeanDefinitionRegistry对象和BeanFactory对象就相当于菜谱,告诉我们如何将原材料加工成相应的菜肴。下面我们就来看看这些比较核心的类和接口。
类 | 作用 |
---|---|
BeanFactory | BeanFactory接口主要包括了getBean,containsBean,getAllases等方法,作用是操作Bean |
BeanDefinitionRegistry | BeanDefinitionRegistry接口抽象出了Bean的注册逻辑,其主要包括了registerBeanDefinition,removeBeanDefinition,getBeanDefinition等方法 |
ConfigurableListableBeanFactory | ConfigurableListableBeanFactory接口包括了getBeanDefinition等方法,可以获取BeanDefinition实例 |
DefaultListableBeanFactory | DefaultListableBeanFactory类同时实现了ConfigurableListableBeanFactory接口和BeanDefinitionRegistry接口,说明其承担了Bean的注册和管理工作 |
BeanDefinition | BeanDefinition接口是用来存储Bean对象的必要信息,包括Bean对象的class类型,是否是抽象类,构造方法和参数,依赖关系,以及其他属性等 |
PropertyValue | 这个类就是具体存放Bean对象的属性信息以及其依赖信息 |
认识上面的几个核心接口和类,对我们下面看Bean的启动过程和实例化过程有很大的帮助。
需要说明的是,在Spring中,ApplicationContext是IOC容器的承载体,而BeanFactory是操作这个容器的工具,两者关系紧密,相互协作,refresh方法实现了ApplicationContext和BeanFactory相互协作的过程,不同之处主要在于子类 AbstractRefreshableApplicationContext 和 GenericApplicationContext 中实现,两者使用的 BeanFactory 都为 DefaultListableBeanFactory,它构建在BeanFactory之 上,属于更⾼级的容器,除了具有BeanFactory的所有能⼒之外,还提供对事件监听机制以及国际化的⽀持等。它管理的bean,在容器启动 时全部完成初始化和依赖注⼊操作。
介绍完了IOC容器的核心类和要点,接下来我们看看IOC容器的启动过程,其启动过程主要有如下三个步骤:
这里定位资源有两种方式,一种是通过 ClassPathXmlApplicationContext
类来解析Spring的配置文件的形式,就是通过配置文件来定义Bean的情况,另外,一种情况就是通过注解的方式来定义Bean的情况,这种情况是通过 AnnotationConfigApplicationContext
类解析的,主要是扫描项目的classPath下定义的注解。下面我们首先介绍下通过 ClassPathXmlApplicationContext
。这个类的核心作用是作为一个解析Xml的入口,其调用链是: ClassPathXmlApplicationContext
类的构造器 ------> AbstractApplicationContext
类的 refresh
方法 ----->调用 AbstractRefreshableApplicationContext
类的 refreshBeanFactory
方法 ----> XmlWebApplicationContext
类的 loadBeanDefinitions
方法 ----> AbstractBeanDefinitionReader
类的 loadBeanDefinitions
方法 ----> XmlBeanDefinitionReader
类的 loadBeanDefinitions
方法 ----> XmlBeanDefinitionReader
类的 doLoadBeanDefinitions
方法 ----> XmlBeanDefinitionReader
类的 registerBeanDefinitions
方法 ----> DefaultBeanDefinitionDocumentReader
类的 registerBeanDefinitions
方法 调用层次很深,我们就直接跳到核心的方法来看。下面我们就来看看 registerBeanDefinitions
方法
@Override
public void registerBeanDefinitions(Document doc, XmlReaderContext readerContext) {
this.readerContext = readerContext;
logger.debug("Loading bean definitions");
//读取XML文件
Element root = doc.getDocumentElement();
//载入并注册BeanDefinition
doRegisterBeanDefinitions(root);
}
然后, registerBeanDefinitions
方法只是读取到根节点root之后,就另外一个核心方法 doRegisterBeanDefinitions
方法,然后, doRegisterBeanDefinitions
方法又把逻辑转给了 parseBeanDefinitions
方法,这个 parseBeanDefinitions
方法首先获取所有的子节点 ,然后遍历解析子节点,载入 BeanDefinition
又交给了 parseDefaultElement
方法和 parseCustomElement
方法。
protected void parseBeanDefinitions(Element root, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
if (delegate.isDefaultNamespace(root)) {
//获取子节点
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)) {
//解析节点
parseDefaultElement(ele, delegate);
}
else {
delegate.parseCustomElement(ele);
}
}
}
}
else {
delegate.parseCustomElement(root);
}
}
说完了配置文件的解析之后,接下来,我们来看看 BeanDefinition
的载入和解析。我们直接找到 parseDefaultElement
方法。
private void parseDefaultElement(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
//省略部分非核心代码
//如果节点是bean节点,说明是一个Bean
else if (delegate.nodeNameEquals(ele, BEAN_ELEMENT)) {
processBeanDefinition(ele, delegate);
}
}
这个方法按照节点名,调用不同的处理方法,在此处我们只看节点为bean时调用的方法 processBeanDefinition
方法。
protected void processBeanDefinition(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
BeanDefinitionHolder bdHolder = delegate.parseBeanDefinitionElement(ele);
if (bdHolder != null) {
bdHolder = delegate.decorateBeanDefinitionIfRequired(ele, bdHolder);
try {
// Register the final decorated instance.(注册BeanDefinition)
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));
}
}
我们重点看 BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition(bdHolder,getReaderContext().getRegistry());
这个方法,这个方法才是真正的将传入 BeanDefinitionRegistry
类,载入并解析BeanDefinition,然后对BeanDefinition进行注册。
beanDefinitionMap
接下来就到了我们的重头戏,注册BeanDefinition到 beanDefinitionMap
中,其中key就是Bean的id,其中 beanDefinitionMap
是一个定义在 DefaultListableBeanFactory
类中全局的线程安全的map,用于存放解析到的 BeanDefinition
。
private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<String, BeanDefinition>(256);
让我们来看看 registerBeanDefinition
方法吧,这个方法核心的步骤有两步:
beanDefinition
实例放到 beanDefinitionMap
中。public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)
throws BeanDefinitionStoreException {
if (hasBeanCreationStarted()) {
// Cannot modify startup-time collection elements anymore (for stable iteration)
//加锁,保证线程安全
synchronized (this.beanDefinitionMap) {
// 将beanDefinition值设置到beanDefinitionMap中
this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
List<String> updatedDefinitions = new ArrayList<String>(this.beanDefinitionNames.size() + 1);
updatedDefinitions.addAll(this.beanDefinitionNames);
updatedDefinitions.add(beanName);
this.beanDefinitionNames = updatedDefinitions;
if (this.manualSingletonNames.contains(beanName)) {
Set<String> updatedSingletons = new LinkedHashSet<String>(this.manualSingletonNames);
updatedSingletons.remove(beanName);
this.manualSingletonNames = updatedSingletons;
}
}
}
else {
// Still in startup registration phase,将beanDefinition值设置到beanDefinitionMap中
this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
this.beanDefinitionNames.add(beanName);
this.manualSingletonNames.remove(beanName);
}
this.frozenBeanDefinitionNames = null;
}
小结,至此,我们对IOC容器的初始化过程就解析完了,其实其初始化过程还是比较简单的,只是Spring的代码结构比较深,核心代码不好找。
说完了IOC容器的初始化过程,接下来,我们来看看IOC容器的实例化过程。经过上一个阶段,所有Bean定义都通过 BeanDefinition
的方式注册到了 BeanDefinitionRegistry
中。当某个请求通过容器的 getBean
方法请求某个对象,或者因为依赖关系容器需要隐式的调用 getBean
方法时,就会触发第二阶段的活动,IOC容器首先检查所请求的对象是否已经实例化完成,如果没有,则会根据注册的 BeanDefinition
所提供的信息实例化请求对象。并为其注入依赖,当该对象装配完成后,容器会立即返回给请求方法。
让我们从前面提到的 getBean
方法说起,这里的调用链如下: AbstractBeanFactory
类的 getBean
方法 -----> AbstractBeanFactory
类的 doGetBean
方法 -----> AbstractBeanFactory
类的 createBean
方法 这里的 createBean
方法就是我们实例化Bean的核心方法。让我们来看看。
protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object[] args) throws BeanCreationException {
//获取BeanDefinition的实现类RootBeanDefinition实例
RootBeanDefinition mbdToUse = mbd;
//获取Bean的Class对象,用于后面生成实例
Class<?> resolvedClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);
if (resolvedClass != null && !mbd.hasBeanClass() && mbd.getBeanClassName() != null) {
mbdToUse = new RootBeanDefinition(mbd);
mbdToUse.setBeanClass(resolvedClass);
}
//创造一个Bean的实例
Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
if (bean != null) {
return bean;
}
}
后面的调用链是 AbstractAutowireCapableBeanFactory
类的 doCreateBean
方法 -------> createBeanInstance
方法, ------> createBeanInstance
方法, -----> instantiateBean
方法, -----> SimpleInstantiationStrategy
类的 instantiate
方法. 这个 instantiate
方法就是包含了实例化Bean的真正逻辑
@Override
public Object instantiate(RootBeanDefinition bd, String beanName, BeanFactory owner) {
//省略部分代码
// Don't override the class with CGLIB if no overrides.
if (bd.getMethodOverrides().isEmpty()) {
//通过反射的方式创造Bean
return BeanUtils.instantiateClass(constructorToUse);
}
else {
// Must generate CGLIB subclass.(通过CGLIB的方式生成Bean)
return instantiateWithMethodInjection(bd, beanName, owner);
}
}
看到 instantiate
方法我们就明白了,其实就是拿到 RootBeanDefinition
保存的class等信息通过反射或者CCLIB的方式来生成Bean的实例。
说完了Bean的实例化,接下来我们来说下Bean的依赖注入。依赖注入必须用到PropertyValue类,这个类保存了Bean的所有属性和依赖信息。依赖注入的调用流程是 AbstractAutowireCapableBeanFactory
类的 applyBeanPropertyValues
方法调用了 applyPropertyValues
方法。让我们来看看 applyPropertyValues
方法。
protected void applyPropertyValues(String beanName, BeanDefinition mbd, BeanWrapper bw, PropertyValues pvs) {
//类型转换接口
TypeConverter converter = getCustomTypeConverter();
if (converter == null) {
converter = bw;
}
BeanDefinitionValueResolver valueResolver = new BeanDefinitionValueResolver(this, beanName, mbd, converter);
String propertyName = pv.getName();
//对于ref来说就是beanName,对于value 来说就是value
Object originalValue = pv.getValue();
Object resolvedValue = valueResolver.resolveValueIfNecessary(pv, originalValue);
boolean convertible = bw.isWritableProperty(propertyName) &&
!PropertyAccessorUtils.isNestedOrIndexedProperty(propertyName);
if (convertible) {
convertedValue = convertForProperty(resolvedValue, propertyName, bw, converter);
}
try {
//设置依赖属性
bw.setPropertyValues(new MutablePropertyValues(deepCopy));
}
catch (BeansException ex) {
throw new BeanCreationException(
mbd.getResourceDescription(), beanName, "Error setting property values", ex);
}
}
private Object convertForProperty(Object value, String propertyName, BeanWrapper bw, TypeConverter converter) {
if (converter instanceof BeanWrapperImpl) {
return ((BeanWrapperImpl) converter).convertForProperty(value, propertyName);
}
else {
PropertyDescriptor pd = bw.getPropertyDescriptor(propertyName);
MethodParameter methodParam = BeanUtils.getWriteMethodParameter(pd);
return converter.convertIfNecessary(value, pd.getPropertyType(), methodParam);
}
}
其中TypeConverter 类型转化接口,将传入的值转化为其需要的类型。SimpleTypeCoverter 是TypeConverter接口的一个实现。其依赖于java.beans中的PropertyEditor,其类似于java GUI中的编程,例如:拖拽一个button, 然后,设置其颜色,长度,宽度,这些都属于button的属性,在java.beans中将这些抽象成了一个PropertyEditor 接口。setAsText(), 例如button 的高度,值是什么跟属性的类型密切相关。
本文主要介绍了IOC容器的核心概念,以及其启动过程。然后,就是介绍了Bean的实例化过程,熟悉IOC容器我们需要先了解清楚其核心的几个接口,例如:BeanFactory接口,BeanDefinitionRegistry接口等。IOC容器的启动过程无非就是解析配置文件,将属性值存放到BeanDefinition中。Bean的实例化是通过反射或者CGLIB的方式来的。Bean中的属性是存放在PropertyValue中。