SpringIOC源码解析（上）

泡泡收藏于2019-11-24 转藏1次

注意，看完这篇文章需要很长很长很长时间。。。

准备工作

本文会分析Spring的IOC模块的整体流程，分析过程需要使用一个简单的demo工程来启动Spring，demo工程我以备好，需要的童鞋自行在下方链接下载：

<figure ><table><tr> <td ><pre>1 </pre></td> <td ><pre>https://github.com/shiyujun/spring-framework </pre></td> </tr></table></figure>

Demo工程示例代码

本文源码分析基于Spring5.0.0,所以pom文件中引入5.0的依赖

然后写一个简单的接口和实现类

新建一个application-ioc.xml

启动Spring

上方一个简单的demo工程相信各位童鞋在刚刚学习Spring的时候就已经玩的特别6了。我就不详细的说明了，直接开始看源码吧

ClassPathXmlApplicationContext

背景调查

在文章开始的demo工程中，我选择使用了一个xml文件来配置了接口和实现类之间的关系，然后使用了ClassPathXmlApplicationContext这个类来加载这个配置文件。现在我们就先来看一下这个类到底是个什么东东
首先看一下继承关系图（只保留了跟本文相关的，省略了很多其他的继承关系）

可以看到左下角的就是我们今天的主角ClassPathXmlApplicationContext、然后它的旁边是一个同门师兄弟FileSystemXmlApplicationContext。看名字就可以知道它们哥俩都是通过加载配置文件来启动Spring的，只不过一个是从程序内加载一个是从系统内加载。

除了这两个还有一个类AnnotationConfigApplicationContext比较值得我们关注，这个类是用来处理注解式编程的。

而最上边的ApplicationContext则是大名鼎鼎的Spring核心上下文了

源码分析

看一下这个类的源代码

可以看到整体来看源码比较简单，只有setConfigLocations和refresh两个方法没有看到具体的实现。但是如果你因为这个而小巧了Spring那可就大错特错了，setConfigLocations只是一个开胃小菜，refresh才是我们本文的重点

`setConfigLocations`

setConfigLocations方法的主要工作有两个：创建环境对象ConfigurableEnvironment和处理ClassPathXmlApplicationContext传入的字符串中的占位符

跟着setConfigLocations方法一直往下走

这里getEnironment()就涉及到了创建环境变量相关的操作了

获取环境变量

<figure ><table><tr> <td ><pre>1 2 3 4 5 6 </pre></td> <td ><pre>public ConfigurableEnvironment getEnvironment() { if (this.environment == null) { this.environment = createEnvironment(); } return this.environment; } </pre></td> </tr></table></figure>

看一下ConfigurableEnvironment这个接口的继承图（1张没能截全，两张一块看）

这个接口比较重要的就是两部分内容了，一个是设置Spring的环境就是我们经常用的spring.profile配置。另外就是系统资源Property

接着看createEnvironment()方法，发现它返回了一个StandardEnvironment类，而这个类中的customizePropertySources方法就会往资源列表中添加Java进程中的变量和系统的环境变量

<figure ><table><tr> <td ><pre>1 2 3 4 </pre></td> <td ><pre>protected void customizePropertySources(MutablePropertySources propertySources) { propertySources.addLast(new MapPropertySource(SYSTEM_PROPERTIES_PROPERTY_SOURCE_NAME, getSystemProperties())); propertySources.addLast(new SystemEnvironmentPropertySource(SYSTEM_ENVIRONMENT_PROPERTY_SOURCE_NAME, getSystemEnvironment())); } </pre></td> </tr></table></figure>

处理占位符

再次回到 resolvePath方法后跟进通过上方获取的ConfigurableEnvironment接口的resolveRequiredPlaceholders方法，终点就是下方的这个方法。这个方法主要就是处理所有使用${}方式的占位符

refresh

配置文件名称解析完毕后，就到了最关键的一步refresh方法。这个方法，接下来会用超级长的篇幅来解析这个方法

先看一下这个方法里大致内容

是不是看着有点懵，不要着急，一行一行往下看，不研究明白誓不罢休

1. `synchronized`

为了避免refresh() 还没结束，再次发起启动或者销毁容器引起的冲突

2. `prepareRefresh()`

做一些准备工作，记录容器的启动时间、标记“已启动”状态、检查环境变量等

其中检查环境变量的核心方法为，简单来说就是如果存在环境变量的value为空的时候就抛异常，然后停止启动Spring

基于这个特性我们可以做一些扩展，提前在集合requiredProperties中放入我们这个项目必须存在的一些环境变量。假说我们的生产环境数据库地址、用户名和密码都是使用环境变量的方式注入进去来代替测试环境的配置，那么就可以在这里添加这个校验，在程序刚启动的时候就能发现问题

3. `obtainFreshBeanFactory()`

乍一看这个方法也没几行代码，但是这个方法负责了BeanFactory的初始化、Bean的加载和注册等事件

BeanFactory

先看refreshBeanFactory()

这里一开始就实例化了一个DefaultListableBeanFactory，先看一下这个类的继承关系

可以看到这个哥们的背景相当大，所有关于容器的接口、抽象类他都继承了。再看他的方法

这方法简直多的吓人，妥妥的Spring家族超级富二代。看他的方法名称相信就可以猜出他大部分的功能了

BeanDefinition

在看loadBeanDefinitions()这个方法之前，就必须了解一个东西了。那就是：BeanDefinition

我们知道BeanFactory是一个Bean容器，而BeanDefinition就是Bean的一种形式（它里面包含了Bean指向的类、是否单例、是否懒加载、Bean的依赖关系等相关的属性）。BeanFactory中就是保存的BeanDefinition。

看BeanDefinition的接口定义

<figure ><table><tr> <td ><pre>1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 </pre></td> <td ><pre> public interface BeanDefinition extends AttributeAccessor, BeanMetadataElement { // Bean的生命周期，默认只提供sington和prototype两种，在WebApplicationContext中还会有request, session, globalSession, application, websocket 等 String SCOPE_SINGLETON = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON; String SCOPE_PROTOTYPE = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE; // 设置父Bean void setParentName(String parentName); // 获取父Bean String getParentName(); // 设置Bean的类名称 void setBeanClassName(String beanClassName); // 获取Bean的类名称 String getBeanClassName(); // 设置bean的scope void setScope(String scope); String getScope(); // 设置是否懒加载 void setLazyInit(boolean lazyInit); boolean isLazyInit(); // 设置该Bean依赖的所有Bean void setDependsOn(String... dependsOn); // 返回该Bean的所有依赖 String[] getDependsOn(); // 设置该Bean是否可以注入到其他Bean中 void setAutowireCandidate(boolean autowireCandidate); // 该Bean是否可以注入到其他Bean中 boolean isAutowireCandidate(); // 同一接口的多个实现，如果不指定名字的话，Spring会优先选择设置primary为true的bean void setPrimary(boolean primary); // 是否是primary的 boolean isPrimary(); // 指定工厂名称 void setFactoryBeanName(String factoryBeanName); // 获取工厂名称 String getFactoryBeanName(); // 指定工厂类中的工厂方法名称 void setFactoryMethodName(String factoryMethodName); // 获取工厂类中的工厂方法名称 String getFactoryMethodName(); // 构造器参数 ConstructorArgumentValues getConstructorArgumentValues(); // Bean 中的属性值，后面给 bean 注入属性值的时候会说到 MutablePropertyValues getPropertyValues(); // 是否 singleton boolean isSingleton(); // 是否 prototype boolean isPrototype(); // 如果这个 Bean 是被设置为 abstract，那么不能实例化，常用于作为父bean 用于继承 boolean isAbstract(); int getRole(); String getDescription(); String getResourceDescription(); BeanDefinition getOriginatingBeanDefinition(); } </pre></td> </tr></table></figure>

读取配置文件

现在可以看loadBeanDefinitions()方法了，这个方法会根据配置，加载各个 Bean，然后放到 BeanFactory 中

第一个if是看有没有系统指定的配置文件，如果没有的话就走第二个if加载我们最开始传入的classpath:application-ioc.xml

离解析越来越近了
这里先小小的看一下Spring中的设计模式，我们跟着loadBeanDefinitions()方法往下走，最终会进入类XmlBeanDefinitionReader，这是因为我们这里要解析的配置文件是XML。如果我们使用Java类配置或者是Groovy的话就是另外的类了。看一下这个类继承图：

接着看

下面是分为两步

文件转换就不详细展开了，接着往下看

注册Bean

改变bean定义的扩展点

preProcessXml和postProcessXml着两个办法是留给我们实现DefaultBeanDefinitionDocumentReader方法后自定义实现的

解析XML

接下来，看核心解析方法 parseBeanDefinitions()

接着往下看这些标签的处理方式

default标签处理

简单看一下<bean> 标签的处理方式</bean>

先从第一行往下看

<figure ><table><tr> <td ><pre>1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 </pre></td> <td ><pre> public BeanDefinitionHolder parseBeanDefinitionElement(Element ele) { return parseBeanDefinitionElement(ele, null); } public BeanDefinitionHolder parseBeanDefinitionElement(Element ele, BeanDefinition containingBean) { String id = ele.getAttribute(ID_ATTRIBUTE); String nameAttr = ele.getAttribute(NAME_ATTRIBUTE); List<String> aliases = new ArrayList<String>(); // 将 name 属性的定义按照 “逗号、分号、空格” 切分，形成一个别名列表数组， if (StringUtils.hasLength(nameAttr)) { String[] nameArr = StringUtils.tokenizeToStringArray(nameAttr, MULTI_VALUE_ATTRIBUTE_DELIMITERS); aliases.addAll(Arrays.asList(nameArr)); } String beanName = id; // 如果没有指定id, 那么用别名列表的第一个名字作为beanName 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); } // 根据 <bean ...>...</bean> 中的配置创建 BeanDefinition，然后把配置中的信息都设置到实例中, // 这行执行完毕，一个 BeanDefinition 实例就出来了。等下接着往下看 AbstractBeanDefinition beanDefinition = parseBeanDefinitionElement(ele, beanName, containingBean); // <bean /> 标签完成 if (beanDefinition != null) { // 如果没有设置 id 和 name，那么此时的 beanName 就会为 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)) { // 把 beanClassName 设置为 Bean 的别名 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); // 返回 BeanDefinitionHolder return new BeanDefinitionHolder(beanDefinition, beanName, aliasesArray); } return null; } </pre></td> </tr></table></figure>

创建BeanDefinition

接着是最重要的地方，如何根据配置创建 BeanDefinition 实例

终于终于这么长时间把这个BeanDefinition搞出来了，太不容易了！！！

接着回到刚才的代码

Bean的注册

这次看注册bean的实现

又是一个长方法。。。

<figure ><table><tr> <td ><pre>1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 </pre></td> <td ><pre>@Override public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) throws BeanDefinitionStoreException { Assert.hasText(beanName, "Bean name must not be empty"); Assert.notNull(beanDefinition, "BeanDefinition must not be null"); if (beanDefinition instanceof AbstractBeanDefinition) { try { ((AbstractBeanDefinition) beanDefinition).validate(); } catch (BeanDefinitionValidationException ex) { throw new BeanDefinitionStoreException(...); } } BeanDefinition oldBeanDefinition; // 所有的 Bean 注册后都会被放入到这个beanDefinitionMap 中，查看是否已存在这个bean oldBeanDefinition = this.beanDefinitionMap.get(beanName); // 处理重复名称的 Bean 定义的情况 if (oldBeanDefinition != null) { if (!isAllowBeanDefinitionOverriding()) { // 如果不允许覆盖的话，抛异常 throw new BeanDefinitionStoreException(beanDefinition.getResourceDescription(), beanName, "Cannot register bean definition [" + beanDefinition + "] for bean '" + beanName + "': There is already [" + oldBeanDefinition + "] bound."); } else if (oldBeanDefinition.getRole() < beanDefinition.getRole()) { // 用框架定义的 Bean 覆盖用户自定义的 Bean if (this.logger.isWarnEnabled()) { this.logger.warn("Overriding user-defined bean definition for bean '" + beanName + "' with a framework-generated bean definition: replacing [" + oldBeanDefinition + "] with [" + beanDefinition + "]"); } } else if (!beanDefinition.equals(oldBeanDefinition)) { // 用新的 Bean 覆盖旧的 Bean if (this.logger.isWarnEnabled()) { this.logger.warn("Overriding user-defined bean definition for bean '" + beanName + "' with a framework-generated bean definition: replacing [" + oldBeanDefinition + "] with [" + beanDefinition + "]"); } } else { // log...用同等的 Bean 覆盖旧的 Bean if (this.logger.isInfoEnabled()) { this.logger.info("Overriding bean definition for bean '" + beanName + "' with a different definition: replacing [" + oldBeanDefinition + "] with [" + beanDefinition + "]"); } } // 覆盖 this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition); } else { // 判断是否已经有其他的 Bean 开始初始化了.注意，"注册Bean" 这个动作结束，Bean 依然还没有初始化在 Spring 容器启动的最后，会预初始化所有的 singleton beans 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<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 { // 将 BeanDefinition 放到这个 map 中，这个 map 保存了所有的 BeanDefinition this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition); // 这是个 ArrayList，所以会按照 bean 配置的顺序保存每一个注册的 Bean 的名字 this.beanDefinitionNames.add(beanName); // 这是个 LinkedHashSet，代表的是手动注册的 singleton bean， this.manualSingletonNames.remove(beanName); } this.frozenBeanDefinitionNames = null; } if (oldBeanDefinition != null || containsSingleton(beanName)) { resetBeanDefinition(beanName); } } </pre></td> </tr></table></figure>

到这里已经初始化了 Bean 容器，<bean>的配置也相应的转换为了一个个BeanDefinition，然后注册了所有的BeanDefinition到beanDefinitionMap</bean>

4. `prepareBeanFactory()`

现在回到最开始的refresh()方法
prepareBeanFactory()这个方法主要会设置BeanFactory的类加载器、添加几个 BeanPostProcessor、手动注册几个特殊的bean

继续撸代码

5. `postProcessBeanFactory()`

这个比较简单，又是Spring的一个扩展点

如果有Bean实现了BeanFactoryPostProcessor接口，
那么在容器初始化以后，Spring 会负责调用里面的 postProcessBeanFactory 方法。具体的子类可以在这步的时候添加一些特殊的 BeanFactoryPostProcessor 的实现类或做点什么事

6. `invokeBeanFactoryPostProcessors()`

调用 BeanFactoryPostProcessor 各个实现类的 postProcessBeanFactory(factory) 方法

7. `registerBeanPostProcessors()`

又是一个扩展点

注册 BeanPostProcessor 的实现类，注意不是BeanFactoryPostProcessor
此接口有两个方法: postProcessBeforeInitialization 和 postProcessAfterInitialization
分别会在Bean初始化之前和初始化之后得到执行

8. `initMessageSource()`

初始化当前 ApplicationContext 的 MessageSource，有想了解国际化的相关知识可以深入研究一下

9. `initApplicationEventMulticaster()`

这个方法主要为初始化当前 ApplicationContext 的事件广播器

撸代码：

10. `onRefresh()`

又是一个扩展点，子类可以在这里来搞事情

11. `registerListeners()`

注册事件监听器

看到这里不要以为文章结束了，上方那么大的篇幅其实总结起来仅仅只介绍了Bean容器的创建过程，由于平台的字数限制所以本篇文章只能写到这里了。后续内容请看明天的下篇

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容器，到底是什么东西？

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ClassPathXmlApplicationContext

背景调查

源码分析

`setConfigLocations`

获取环境变量

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refresh

1. `synchronized`

2. `prepareRefresh()`

3. `obtainFreshBeanFactory()`

BeanFactory

BeanDefinition

读取配置文件

注册Bean

改变bean定义的扩展点

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创建BeanDefinition

Bean的注册

4. `prepareBeanFactory()`

5. `postProcessBeanFactory()`

6. `invokeBeanFactoryPostProcessors()`

7. `registerBeanPostProcessors()`

8. `initMessageSource()`

9. `initApplicationEventMulticaster()`

10. `onRefresh()`

11. `registerListeners()`

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2. prepareRefresh()

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改变bean定义的扩展点

解析XML

default标签处理

创建BeanDefinition

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4. prepareBeanFactory()

5. postProcessBeanFactory()

6. invokeBeanFactoryPostProcessors()

7. registerBeanPostProcessors()

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9. initApplicationEventMulticaster()

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1. `synchronized`

2. `prepareRefresh()`

3. `obtainFreshBeanFactory()`

4. `prepareBeanFactory()`

5. `postProcessBeanFactory()`

6. `invokeBeanFactoryPostProcessors()`

7. `registerBeanPostProcessors()`

8. `initMessageSource()`

9. `initApplicationEventMulticaster()`

10. `onRefresh()`

11. `registerListeners()`

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