Spring Ioc 容器如何工作

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-06-12 13:09 218阅读 0赞

### **Ioc 容器如何工作** ###

前面介绍了 Core 组件、Bean 组件和 Context 组件的结构与相互关系，下面这里从使用者角度看一下他们是如何运行的，以及我们如何让 Spring 完成各种功能，Spring 到底能有那些功能，这些功能是如何得来的，下面介绍。

### **如何创建 BeanFactory 工厂** ###

正如图 2 描述的那样，Ioc 容器实际上就是 Context 组件结合其他两个组件共同构建了一个 Bean 关系网，如何构建这个关系网？构建的入口就在 AbstractApplicationContext 类的 refresh 方法中。这个方法的代码如下：

清单 . AbstractApplicationContext.refresh

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
        synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
            // Prepare this context for refreshing.
            prepareRefresh();
            // Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
            ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
            // Prepare the bean factory for use in this context.
            prepareBeanFactory(beanFactory);
            try {
                // Allows post-processing of the bean factory in context subclasses.
                postProcessBeanFactory(beanFactory);
                // Invoke factory processors registered as beans in the context.
                invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
                // Register bean processors that intercept bean creation.
                registerBeanPostProcessors(beanFactory);
                // Initialize message source for this context.
                initMessageSource();
                // Initialize event multicaster for this context.
                initApplicationEventMulticaster();
                // Initialize other special beans in specific context subclasses.
                onRefresh();
                // Check for listener beans and register them.
                registerListeners();
                // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
                finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
                // Last step: publish corresponding event.
                finishRefresh();
            }
            catch (BeansException ex) {
                // Destroy already created singletons to avoid dangling resources.
                destroyBeans();
                // Reset 'active' flag.
                cancelRefresh(ex);
                // Propagate exception to caller.
                throw ex;
            }
        }
    }

这个方法就是构建整个 Ioc 容器过程的完整的代码，了解了里面的每一行代码基本上就了解大部分 Spring 的原理和功能了。

这段代码主要包含这样几个步骤：

*  构建 BeanFactory，以便于产生所需的“演员”
 *  注册可能感兴趣的事件
 *  创建 Bean 实例对象
 *  触发被监听的事件

下面就结合代码分析这几个过程。

第二三句就是在创建和配置 BeanFactory。这里是 refresh 也就是刷新配置，前面介绍了 Context 有可更新的子类，这里正是实现这个功能，当 BeanFactory 已存在是就更新，如果没有就新创建。下面是更新 BeanFactory 的方法代码：

清单 . AbstractRefreshableApplicationContext. refreshBeanFactory

protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException {
        if (hasBeanFactory()) {
            destroyBeans();
            closeBeanFactory();
        }
        try {
            DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();
            beanFactory.setSerializationId(getId());
            customizeBeanFactory(beanFactory);
            loadBeanDefinitions(beanFactory);
            synchronized (this.beanFactoryMonitor) {
                this.beanFactory = beanFactory;
            }
        }
        catch (IOException ex) {
            throw new ApplicationContextException(
                "I/O error parsing bean definition source for "
                + getDisplayName(), ex);
        }
    }

这个方法实现了 AbstractApplicationContext 的抽象方法 refreshBeanFactory，这段代码清楚的说明了 BeanFactory 的创建过程。注意 BeanFactory 对象的类型的变化，前面介绍了他有很多子类，在什么情况下使用不同的子类这非常关键。BeanFactory 的原始对象是 DefaultListableBeanFactory，这个非常关键，因为他设计到后面对这个对象的多种操作，下面看一下这个类的继承层次类图：

图 . DefaultListableBeanFactory 类继承关系图

![https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-spring-principle/origin\_image009.png][https_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-spring-principle_origin_image009.png]

从这个图中发现除了 BeanFactory 相关的类外，还发现了与 Bean 的 register 相关。这在 refreshBeanFactory 方法中有一行 loadBeanDefinitions(beanFactory) 将找到答案，这个方法将开始加载、解析 Bean 的定义，也就是把用户定义的数据结构转化为 Ioc 容器中的特定数据结构。

这个过程可以用下面时序图解释：

图 . 创建 BeanFactory 时序图

![https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-spring-principle/origin\_image010.png][https_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-spring-principle_origin_image010.png]

Bean 的解析和登记流程时序图如下：

图 . 解析和登记 Bean 对象时序图

![https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-spring-principle/origin\_image011.png][https_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-spring-principle_origin_image011.png]

创建好 BeanFactory 后，接下去添加一些 Spring 本身需要的一些工具类，这个操作在 AbstractApplicationContext 的 prepareBeanFactory 方法完成。

AbstractApplicationContext 中接下来的三行代码对 Spring 的功能扩展性起了至关重要的作用。前两行主要是让你现在可以对已经构建的 BeanFactory 的配置做修改，后面一行就是让你可以对以后再创建 Bean 的实例对象时添加一些自定义的操作。所以他们都是扩展了 Spring 的功能，所以我们要学习使用 Spring 必须对这一部分搞清楚。

其中在 invokeBeanFactoryPostProcessors 方法中主要是获取实现 BeanFactoryPostProcessor 接口的子类。并执行它的 postProcessBeanFactory 方法，这个方法的声明如下：

清单 . BeanFactoryPostProcessor.postProcessBeanFactory

void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory)
        throws BeansException;

它的参数是 beanFactory，说明可以对 beanFactory 做修改，这里注意这个 beanFactory 是 ConfigurableListableBeanFactory 类型的，这也印证了前面介绍的不同 BeanFactory 所使用的场合不同，这里只能是可配置的 BeanFactory，防止一些数据被用户随意修改。

registerBeanPostProcessors 方法也是可以获取用户定义的实现了 BeanPostProcessor 接口的子类，并执行把它们注册到 BeanFactory 对象中的 beanPostProcessors 变量中。BeanPostProcessor 中声明了两个方法：postProcessBeforeInitialization、postProcessAfterInitialization 分别用于在 Bean 对象初始化时执行。可以执行用户自定义的操作。

后面的几行代码是初始化监听事件和对系统的其他监听者的注册，监听者必须是 ApplicationListener 的子类。

### **如何创建 Bean 实例并构建 Bean 的关系网** ###

下面就是 Bean 的实例化代码，是从 finishBeanFactoryInitialization 方法开始的。

清单 . AbstractApplicationContext.finishBeanFactoryInitialization

protected void finishBeanFactoryInitialization(
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
     
        // Stop using the temporary ClassLoader for type matching.
        beanFactory.setTempClassLoader(null);
     
        // Allow for caching all bean definition metadata, not expecting further changes.
        beanFactory.freezeConfiguration();
     
        // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
        beanFactory.preInstantiateSingletons();
    }

从上面代码中可以发现 Bean 的实例化是在 BeanFactory 中发生的。preInstantiateSingletons 方法的代码如下：

清单 . DefaultListableBeanFactory.preInstantiateSingletons

public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
        if (this.logger.isInfoEnabled()) {
            this.logger.info("Pre-instantiating singletons in " + this);
        }
        synchronized (this.beanDefinitionMap) {
            for (String beanName : this.beanDefinitionNames) {
                RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
                if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton()
                    && !bd.isLazyInit()) {
                    if (isFactoryBean(beanName)) {
                        final FactoryBean factory =
                            (FactoryBean) getBean(FACTORY_BEAN_PREFIX+ beanName);
                        boolean isEagerInit;
                        if (System.getSecurityManager() != null
                            && factory instanceof SmartFactoryBean) {
                            isEagerInit = AccessController.doPrivileged(
                                new PrivilegedAction<Boolean>() {
                                public Boolean run() {
                                    return ((SmartFactoryBean) factory).isEagerInit();
                                }
                            }, getAccessControlContext());
                        }
                        else {
                            isEagerInit = factory instanceof SmartFactoryBean
                                && ((SmartFactoryBean) factory).isEagerInit();
                        }
                        if (isEagerInit) {
                            getBean(beanName);
                        }
                    }
                    else {
                        getBean(beanName);
                    }
                }
            }
        }
    }

这里出现了一个非常重要的 Bean —— FactoryBean，可以说 Spring 一大半的扩展的功能都与这个 Bean 有关，这是个特殊的 Bean 他是个工厂 Bean，可以产生 Bean 的 Bean，这里的产生 Bean 是指 Bean 的实例，如果一个类继承 FactoryBean 用户可以自己定义产生实例对象的方法只要实现他的 getObject 方法。然而在 Spring 内部这个 Bean 的实例对象是 FactoryBean，通过调用这个对象的 getObject 方法就能获取用户自定义产生的对象，从而为 Spring 提供了很好的扩展性。Spring 获取 FactoryBean 本身的对象是在前面加上 & 来完成的。

如何创建 Bean 的实例对象以及如何构建 Bean 实例对象之间的关联关系式 Spring 中的一个核心关键，下面是这个过程的流程图。

图 .Bean 实例创建流程图

![https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-spring-principle/origin\_image012.gif][https_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-spring-principle_origin_image012.gif]

如果是普通的 Bean 就直接创建他的实例，是通过调用 getBean 方法。下面是创建 Bean 实例的时序图：

图 .Bean 实例创建时序图

![https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-spring-principle/origin\_image013.png][https_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-spring-principle_origin_image013.png]

还有一个非常重要的部分就是建立 Bean 对象实例之间的关系，这也是 Spring 框架的核心竞争力，何时、如何建立他们之间的关系请看下面的时序图：

图 .Bean 对象关系建立

![https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-spring-principle/origin\_image014.png][https_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-spring-principle_origin_image014.png]

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### **Ioc 容器的扩展点** ###

现在还有一个问题就是如何让这些 Bean 对象有一定的扩展性，就是可以加入用户的一些操作。那么有哪些扩展点呢？ Spring 又是如何调用到这些扩展点的？

对 Spring 的 Ioc 容器来说，主要有这么几个。BeanFactoryPostProcessor， BeanPostProcessor。他们分别是在构建 BeanFactory 和构建 Bean 对象时调用。还有就是 InitializingBean 和 DisposableBean 他们分别是在 Bean 实例创建和销毁时被调用。用户可以实现这些接口中定义的方法，Spring 就会在适当的时候调用他们。还有一个是 FactoryBean 他是个特殊的 Bean，这个 Bean 可以被用户更多的控制。

这些扩展点通常也是我们使用 Spring 来完成我们特定任务的地方，如何精通 Spring 就看你有没有掌握好 Spring 有哪些扩展点，并且如何使用他们，要知道如何使用他们就必须了解他们内在的机理。可以用下面一个比喻来解释。

我们把 Ioc 容器比作一个箱子，这个箱子里有若干个球的模子，可以用这些模子来造很多种不同的球，还有一个造这些球模的机器，这个机器可以产生球模。那么他们的对应关系就是 BeanFactory 就是那个造球模的机器，球模就是 Bean，而球模造出来的球就是 Bean 的实例。那前面所说的几个扩展点又在什么地方呢？ BeanFactoryPostProcessor 对应到当造球模被造出来时，你将有机会可以对其做出设当的修正，也就是他可以帮你修改球模。而 InitializingBean 和 DisposableBean 是在球模造球的开始和结束阶段，你可以完成一些预备和扫尾工作。BeanPostProcessor 就可以让你对球模造出来的球做出适当的修正。最后还有一个 FactoryBean，它可是一个神奇的球模。这个球模不是预先就定型了，而是由你来给他确定它的形状，既然你可以确定这个球模型的形状，当然他造出来的球肯定就是你想要的球了，这样在这个箱子里尼可以发现所有你想要的球

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### **Ioc 容器如何为我所用** ###

前面的介绍了 Spring 容器的构建过程，那 Spring 能为我们做什么，Spring 的 Ioc 容器又能做什么呢？我们使用 Spring 必须要首先构建 Ioc 容器，没有它 Spring 无法工作，ApplicatonContext.xml 就是 Ioc 容器的默认配置文件，Spring 的所有特性功能都是基于这个 Ioc 容器工作的，比如后面要介绍的 AOP。

Ioc 它实际上就是为你构建了一个魔方，Spring 为你搭好了骨骼架构，这个魔方到底能变出什么好的东西出来，这必须要有你的参与。那我们怎么参与？这就是前面说的要了解 Spring 中那有些扩展点，我们通过实现那些扩展点来改变 Spring 的通用行为。至于如何实现扩展点来得到我们想要的个性结果，Spring 中有很多例子，其中 AOP 的实现就是 Spring 本身实现了其扩展点来达到了它想要的特性功能，可以拿来参考。

参考：[https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-spring-principle/index.html][https_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-spring-principle_index.html]

[https_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-spring-principle_origin_image009.png]: /images/20220612/aacc5eefcf9f40d4bbd7baf731f9ddaa.png
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[https_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-spring-principle_origin_image014.png]: /images/20220612/652a6b65a14e46dfacda14265b2d6610.png
[https_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-spring-principle_index.html]: https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-spring-principle/index.html