从零开始手写 spring ioc 框架

叁歲伎倆 2023-06-18 09:52 33阅读 0赞

# IoC #

[Ioc][] 是一款 spring ioc 核心功能简化实现版本，便于学习和理解原理。

## 创作目的 ##

使用 spring 很长时间，对于 spring 使用非常频繁，实际上对于源码一直没有静下心来学习过。

但是 spring 源码存在一个问题，那就是过于抽象，导致学习起来成本上升。

所以本项目由渐入深，只实现 spring 的核心功能，便于自己和他人学习 spring 的核心原理。

## spring 的核心 ##

Spring 的核心就是 spring-beans，后面的一切 spring-boot，spring-cloud 都是建立在这个地基之上。

当别人问你 spring 的时候，希望你可以谈谈自己对于 spring ioc 自己更深层的见解，而不是网上人云亦云的几句话。

# 什么是 IOC #

控制反转（Inversion of Control，缩写为IoC），是面向对象编程中的一种设计原则，可以用来减低计算机代码之间的耦合度。

其中最常见的方式叫做依赖注入（Dependency Injection，简称DI）。

通过控制反转，对象在被创建的时候，由一个调控系统内所有对象的外界实体，将其所依赖的对象的引用传递给它。

也可以说，依赖被注入到对象中。

## 为什么需要 IOC ##

IoC 是解耦的一种方法。

我们知道Java 是一门面向对象的语言，在 Java 中 Everything is Object，我们的程序就是由若干对象组成的。

当我们的项目越来越大，合作的开发者越来越多的时候，我们的类就会越来越多，类与类之间的引用就会成指数级的增长。

![mess][]

这样的工程简直就是灾难，如果我们引入 Ioc 框架。

由框架来维护类的生命周期和类之间的引用。

我们的系统就会变成这样：

![manager][]

这个时候我们发现，我们类之间的关系都由 IoC 框架负责维护类，同时将类注入到需要的类中。

也就是类的使用者只负责使用，而不负责维护。

把专业的事情交给专业的框架来完成，大大的减少开发的复杂度。

# 快速开始 #

## maven 引入 ##

<dependency>
        <groupId>com.github.houbb</groupId>
        <artifactId>ioc</artifactId>
        <version>0.1.11</version>
    </dependency>

## 测试准备 ##

全部测试代码，见 test 模块。

*  Apple.java

public class Apple { 
    
        public void color() { 
            System.out.println("Apple color: red. ");
        }
    
    }

*  apple.json

类似于 xml 的配置，我们暂时使用 json 进行配置验证。

[
    { "name":"apple","className":"com.github.houbb.ioc.test.service.Apple"}
    ]

## 执行测试 ##

*  测试

BeanFactory beanFactory = new JsonApplicationContext("apple.json");
    Apple apple = (Apple) beanFactory.getBean("apple");
    apple.color();

*  日志

Apple color: red.

# spring 基本实现流程 #

## 说明 ##

spring-beans 一切都是围绕 bean 展开的。

BeanFactory 负责对 bean 进行生命周期的相关管理，本节展示第一小节的简单实现流程。

## spring 核心流程 ##

Spring IoC 主要是以下几个步骤。

1.  初始化 IoC 容器。
2.  读取配置文件。
3.  将配置文件转换为容器识别对的数据结构（这个数据结构在Spring中叫做 BeanDefinition）
4.  利用数据结构依次实例化相应的对象
5.  注入对象之间的依赖关系

## BeanDefinition 的抽象 ##

BeanDefinition 是 spring 对 java bean 属性的一个抽象，经过这一层抽象，配置文件可以是 xml/json/properties/yaml 等任意一种，  
甚至包括注解扫包。

为 spring 的拓展带来极大的灵活性。

本框架考虑到实现的简单性，初步只实现了 json 和基于注解扫包两种方式。

后期如果有时间可以考虑添加 xml 的实现，其实更多是 xml 的解析工作量，核心流程已经全部实现。

# 实现源码节选 #

## BeanDefinition 相关 ##

包含了对于 java bean 的基本信息抽象。

*  BeanDefinition.java

其默认实现为 `DefaultBeanDefinition.java`，就是对接口实现的最基本的 java POJO

> 参见 [DefaultBeanDefinition][]

/** * 对象定义属性 * @author binbin.hou * @since 0.0.1 */
    public interface BeanDefinition { 
    
        /** * 名称 * @return 名称 * @since 0.0.1 */
        String getName();
    
        /** * 设置名称 * @param name 名称 * @since 0.0.1 */
        void setName(final String name);
    
        /** * 类名称 * @return 类名称 */
        String getClassName();
    
        /** * 设置类名称 * @param className 类名称 * @since 0.0.1 */
        void setClassName(final String className);
    
    }

## BeanFactory 核心管理相关 ##

*  BeanFactory.java

/** * bean 工厂接口 * @author binbin.hou * @since 0.0.1 */
    public interface BeanFactory { 
    
        /** * 根据名称获取对应的实例信息 * @param beanName bean 名称 * @return 对象信息 * @since 0.0.1 */
        Object getBean(final String beanName);
    
        /** * 获取指定类型的实现 * @param beanName 属性名称 * @param tClass 类型 * @param <T> 泛型 * @return 结果 * @since 0.0.1 */
        <T> T getBean(final String beanName, final Class<T> tClass);
    
    }

*  DefaultBeanFactory.java

为接口最基础的实现，源码如下：

/** * bean 工厂接口 * @author binbin.hou * @since 0.0.1 */
    public class DefaultBeanFactory implements BeanFactory { 
    
        /** * 对象信息 map * @since 0.0.1 */
        private Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>();
    
        /** * 对象 map * @since 0.0.1 */
        private Map<String, Object> beanMap = new ConcurrentHashMap<>();
    
        /** * 注册对象定义信息 * @since 0.0.1 */
        protected void registerBeanDefinition(final String beanName, final BeanDefinition beanDefinition) { 
            // 这里可以添加监听器
            this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
        }
    
        @Override
        public Object getBean(String beanName) { 
            Object bean = beanMap.get(beanName);
            if(ObjectUtil.isNotNull(bean)) { 
                // 这里直接返回的是单例，如果用户指定为多例，则每次都需要新建。
                return bean;
            }
    
            // 获取对应配置信息
            BeanDefinition beanDefinition = beanDefinitionMap.get(beanName);
            if(ObjectUtil.isNull(beanDefinition)) { 
                throw new IocRuntimeException(beanName + " not exists in bean define.");
            }
    
            // 直接根据
            Object newBean = createBean(beanDefinition);
            // 这里可以添加对应的监听器
            beanMap.put(beanName, newBean);
            return newBean;
        }
    
        /** * 根据对象定义信息创建对象 * @param beanDefinition 对象定义信息 * @return 创建的对象信息 * @since 0.0.1 */
        private Object createBean(final BeanDefinition beanDefinition) { 
            String className = beanDefinition.getClassName();
            Class clazz = ClassUtils.getClass(className);
            return ClassUtils.newInstance(clazz);
        }
    
        @Override
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public <T> T getBean(String beanName, Class<T> tClass) { 
            Object object = getBean(beanName);
            return (T)object;
        }
    
    }

其中 ClassUtils 是基于 class 的反射工具类，详情见 [ClassUtils.java][]

## JsonApplicationContext ##

基于 json 配置文件实现的基本实现，使用方式见开始种的例子代码。

*  JsonApplicationContext.java

/** * JSON 应用上下文 * @author binbin.hou * @since 0.0.1 */
    public class JsonApplicationContext extends DefaultBeanFactory { 
    
        /** * 文件名称 * @since 0.0.1 */
        private final String fileName;
    
        public JsonApplicationContext(String fileName) { 
            this.fileName = fileName;
    
            // 初始化配置
            this.init();
        }
    
        /** * 初始化配置相关信息 * * <pre> * new TypeReference<List<BeanDefinition>>(){} * </pre> * * 读取文件：https://blog.csdn.net/feeltouch/article/details/83796764 * @since 0.0.1 */
        private void init() { 
            InputStream is = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResourceAsStream(fileName);
            final String jsonConfig = FileUtil.getFileContent(is);
            List<DefaultBeanDefinition> beanDefinitions = JsonBs.deserializeArray(jsonConfig, DefaultBeanDefinition.class);
            if(CollectionUtil.isNotEmpty(beanDefinitions)) { 
                for (BeanDefinition beanDefinition : beanDefinitions) { 
                    super.registerBeanDefinition(beanDefinition.getName(), beanDefinition);
                }
            }
        }
    
    }

## 小结 ##

至此，一个最基本的 spring ioc 就基本实现了。

如果你想继续学习，可以分别参考以下代码分支。

# 分支说明 #

[v0.0.1-BeanFactory 基本实现][v0.0.1-BeanFactory]

[v0.0.2-ListBeanFactory 基本实现][v0.0.2-ListBeanFactory]

[v0.0.3-单例和延迟加载][v0.0.3-]

[v0.0.4-初始化和销毁方法][v0.0.4-]

[v0.0.5-RespCode 添加和代码优化][v0.0.5-RespCode]

[v0.0.6-构造器和 factoryMethod 新建对象][v0.0.6-_ factoryMethod]

[v0.0.7-property 属性设置][v0.0.7-property]

[v0.0.8-Aware 监听器及 PostProcessor][v0.0.8-Aware _ PostProcessor]

[v0.0.9-Parent 属性继承][v0.0.9-Parent]

[v0.1.0-循环依赖检测][v0.1.0-]

[v0.1.1-@Configuration-java 代码配置][v0.1.1-_Configuration-java]

[v0.1.2-@Bean-java 对象定义][v0.1.2-_Bean-java]

[v0.1.3-@Lazy-@Scope-java 对象属性配置][v0.1.3-_Lazy-_Scope-java]

[v0.1.4-@Import 配置导入][v0.1.4-_Import]

[v0.1.5-@Bean 参数构造以及 @Description][v0.1.5-_Bean _ _Description]

[v0.1.6-@Autowired 自动装配注解支持][v0.1.6-_Autowired]

[v0.1.7-@Primary 指定优先级注解][v0.1.7-_Primary]

[v0.1.8-@Conditional 条件注解支持][v0.1.8-_Conditional]

[v0.1.9-Environment 和 @Profile 实现][v0.1.9-Environment _ _Profile]

[v0.1.10-Property 配置文件相关和 @Value/@PropertyResource 实现][v0.1.10-Property _ _Value_PropertyResource]

[v0.1.11-@ComponentScan 文件包扫描支持][v0.1.11-_ComponentScan]

# 拓展阅读 #

[Java IOC-00-ioc 是什么][Java IOC-00-ioc]

[Ioc]: https://github.com/houbb/ioc
[mess]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9zZWdtZW50ZmF1bHQuY29tL2ltZy9yZW1vdGUvMTQ2MDAwMDAxMzAwMDc0OA?x-oss-process=image/format,png
[manager]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9zZWdtZW50ZmF1bHQuY29tL2ltZy9yZW1vdGUvMTQ2MDAwMDAxMzAwMDc0OQ?x-oss-process=image/format,png
[DefaultBeanDefinition]: https://github.com/houbb/ioc/blob/release_0.0.1/src/main/java/com/github/houbb/ioc/model/impl/DefaultBeanDefinition.java
[ClassUtils.java]: https://github.com/houbb/ioc/blob/release_0.0.1/src/main/java/com/github/houbb/ioc/util/ClassUtils.java
[v0.0.1-BeanFactory]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.0.1
[v0.0.2-ListBeanFactory]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.0.2
[v0.0.3-]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.0.3
[v0.0.4-]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.0.4
[v0.0.5-RespCode]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.0.5
[v0.0.6-_ factoryMethod]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.0.6
[v0.0.7-property]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.0.7
[v0.0.8-Aware _ PostProcessor]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.0.8
[v0.0.9-Parent]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.0.9
[v0.1.0-]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.1.0
[v0.1.1-_Configuration-java]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.1.1
[v0.1.2-_Bean-java]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.1.2
[v0.1.3-_Lazy-_Scope-java]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.1.3
[v0.1.4-_Import]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.1.4
[v0.1.5-_Bean _ _Description]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.1.5
[v0.1.6-_Autowired]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.1.6
[v0.1.7-_Primary]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.1.7
[v0.1.8-_Conditional]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.1.8
[v0.1.9-Environment _ _Profile]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.1.9
[v0.1.10-Property _ _Value_PropertyResource]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.1.10
[v0.1.11-_ComponentScan]: https://github.com/houbb/ioc/tree/release_0.1.11
[Java IOC-00-ioc]: https://houbb.github.io/2019/11/06/java-ioc-01-overview