小白也看得懂的 Spring IoC 核心流程介绍

缺乏、安全感 2023-10-18 23:46 126阅读 0赞

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## 前言 ##

本文将用最通俗易懂的文字介绍 Spring IoC 中的核心流程，主要用于帮助初学者快速了解 IoC 的核心流程，也可以用作之前源码分析文章的总结。本着简单的初衷，本文会省略掉大量流程，只介绍最重要的步骤。

## 基础概念 ##

**1、IoC 和 DI**

IoC （Inversion of Control），即控制反转。这不是一种新的技术，而是 Spring 的一种设计思想。

在传统的程序设计，我们直接在对象内部通过 new 来创建对象，是程序主动去创建依赖对象；而在 Spring 中有专门的一个容器来创建和管理这些对象，并将对象依赖的其他对象注入到该对象中，这个容器我们一般称为 IoC 容器。

所有的类的创建、销毁都由 Spring 来控制，也就是说控制对象生存周期的不再是引用它的对象，而是 Spring。对于某个具体的对象而言，以前是它控制其他对象，现在是所有对象都被 Spring 控制，所以这叫控制反转。

DI（Dependency Injection），即依赖注入，由 Martin Fowler 提出。可以认为 IoC 和 DI 其实是同一个概念的不同角度描述。

依赖注入是指组件之间的依赖关系由容器在运行期决定，形象的说，即由容器动态的将某个依赖关系注入到组件之中。依赖注入的目的并非为软件系统带来更多功能，而是为了提升组件重用的频率，并为系统搭建一个灵活、可扩展的平台。

通过依赖注入机制，我们只需要通过简单的配置，而无需任何代码就可指定目标需要的资源，完成自身的业务逻辑，而不需要关心具体的资源来自何处，由谁实现。

**2、bean**

官方概念：在 Spring 中，构成应用程序主干并由 Spring IoC 容器管理的对象称为 bean。 bean 是一个由 Spring IoC 容器实例化，组装和管理的对象。

大白话：bean 可以认为是那些我们想注入到 Spring IoC 容器的 Java 对象实例的抽象。

我们经常会在 Service 上使用 @Service 注解，然后在要使用该 Service 的类中通过 @Autowire 注解来注入，这个 Service 就是一个 bean。在这个地方，@Service 注解相当于告诉 IoC 容器：这个类你需要帮我创建和管理；而 @Autowire 注解相当于告诉 IoC 容器：我需要依赖这个类，你需要帮我注入进来。

**3、BeanDefinition**

理解了 bean，BeanDefinition 就好理解了。BeanDefinition 是 bean 的定义，用来存储 bean 的所有属性方法定义。

**4、BeanFactory 和 ApplicationContext**

BeanFactory：基础类型 IoC 容器，提供完整的 IoC 服务支持。

ApplicationContext：BeanFactory 的子接口，在 BeanFactory 的基础上构建，是相对比较高级的 IoC 容器实现。包含 BeanFactory 的所有功能，还提供了其他高级的特性，比如：事件发布、国际化信息支持、统一资源加载策略等。正常情况下，我们都是使用的 ApplicationContext。

以电话来举例：

我们家里使用的 “座机” 就类似于 BeanFactory，可以进行电话通讯，满足了最基本的需求。

而现在非常普及的智能手机，iPhone、小米等，就类似于 ApplicationContext，除了能进行电话通讯，还有其他很多功能：拍照、地图导航、听歌等。

**5、FactoryBean**

一般情况下，我们将 bean 的创建和管理都交给 Spring IoC 容器，Spring 会利用 bean 的 class 属性指定的类来实例化 bean。

但是如果我们想自己实现 bean 的创建操作，可以实现吗？答案是可以的，FactoryBean 就可以实现这个需求。

FactoryBean 是一种特殊的 bean，它是个工厂 bean，可以自己创建 bean 实例，如果一个类实现了 FactoryBean 接口，则该类可以自己定义创建实例对象的方法，只需要实现它的 getObject() 方法即可。

FactoryBean 可能对于普通开发来说基本用不到也没去注意过，但是它其实应用的非常广，特别是在中间件中，如果你看过一些中间件的源码，一定会看到 FactoryBean 的身影。

介绍了几个基础的类后，接下来将介绍 Spring IoC 的核心流程。

## 核心流程 ##

### 一、容器构建启动入口 ###

容器构建启动的入口有多种多样，这边以常用的 web.xml 配置的方式来说。

首先，我们会在 web.xml 中配置 ContextLoaderListener 监听器，当 Tomcat 启动时，会触发 ContextLoaderListener 的 contextInitialized 方法，从而开始 IoC 的构建流程。

另一个常用的参数是 contextConfigLocation，用于指定 Spring 配置文件的路径。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
    <web-app version="2.5" xmlns="http://java.sun.com/xml/ns/javaee" 
             xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
             xsi:schemaLocation="http://java.sun.com/xml/ns/javaee
             http://java.sun.com/xml/ns/javaee/web-app_2_5.xsd">
        <display-name>open-joonwhee-service WAR</display-name>
     
        <context-param>
            <param-name>contextConfigLocation</param-name>
            <param-value>
                classpath*:config/spring/appcontext-*.xml
            </param-value>
        </context-param>
     
        <listener>
            <listener-class>org.springframework.web.context.ContextLoaderListener</listener-class>
        </listener>
    </web-app>

### 二、ApplicationContext 刷新前配置 ###

在正式进入容器的刷新前，会进行一些前置操作。

1、确认要使用的容器，通常使用的是：XmlWebApplicationContext，如果是用 Spring Boot，一般是 AnnotationConfigApplicationContext，但其实都差别不大，最终都会继承 AbstractApplicationContext，核心逻辑也都是在 AbstractApplicationContext 中实现。

2、提供一个给开发者初始化 ApplicationContext 的机会，具体的使用如下。

**例子：ApplicationContextInitializer 扩展使用**

1）创建一个 ApplicationContextInitializer 接口的实现类，例如下面的 SpringApplicationContextInitializer，并在 initialize 方法中进行自己的逻辑操作，例如：添加监听器、添加 BeanFactoryPostProcessor。

package com.joonwhee.open.spring;
    
    import com.joonwhee.open.listener.EarlyListener;
    import com.joonwhee.open.processor.MyBeanFactoryPostProcessor;
    import org.springframework.context.ApplicationContextInitializer;
    import org.springframework.context.ConfigurableApplicationContext;
    
    /**
     * @author joonwhee
     * @date 2019/1/19
     */
    public class SpringApplicationContextInitializer implements
            ApplicationContextInitializer<ConfigurableApplicationContext> {
        @Override
        public void initialize(ConfigurableApplicationContext applicationContext) {
            // 自己的逻辑实现
    
            // 例子1：通过硬编码的方式添加监听器
            EarlyListener earlyListener = new EarlyListener();
            applicationContext.addApplicationListener(earlyListener);
    
            // 例子2：通过硬编码的方式添加BeanFactoryPostProcessor
            MyBeanFactoryPostProcessor myBeanFactoryPostProcessor = new MyBeanFactoryPostProcessor();
            applicationContext.addBeanFactoryPostProcessor(myBeanFactoryPostProcessor);
        }
    }

2）在web.xml中，定义 contextInitializerClasses 或 globalInitializerClasses 参数，参数值为 SpringApplicationContextInitializer 的全路径。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3YxMjM0MTE3Mzk_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

### 三、初始化 BeanFactory、加载 Bean 定义 ###

1、创建一个新的 BeanFactory，默认为 DefaultListableBeanFactory。

2、根据 web.xml 中 contextConfigLocation 配置的路径，读取 Spring 配置文件，并封装成 Resource。

3、根据 Resource 加载 XML 配置文件，并解析成 Document 对象 。

4、从根节点开始，遍历解析 Document 中的节点。

4.1、对于默认命名空间的节点：先将 bean 节点内容解析封装成 BeanDefinition，然后将 beanName、BeanDefinition 放到 BeanFactory 的缓存中，用于后续创建 bean 实例时使用。

默认命名空间：http://www.springframework.org/schema/beans，可能存在的节点如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3YxMjM0MTE3Mzk_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

4.2、对于自定义命名空间的节点：会拿到自定义命名空间对应的解析器，对节点进行解析处理。

例如：<context:component-scan base-package="com.joonwhee" /> ，该节点对应的解析器会扫描 base-package 指定路径下的所有类，将使用了 @Component（@Controller、@Service、@Repository）注解的类封装成 BeanDefinition，然后将 beanName、BeanDefinition 放到 BeanFactory 的缓存中，用于后续创建 Bean 实例时使用。

### 四、触发 BeanFactoryPostProcessor ###

实例化和调用所有 BeanFactoryPostProcessor，包括其子类 BeanDefinitionRegistryPostProcessor。

BeanFactoryPostProcessor 接口是 Spring 初始化 BeanFactory 时对外暴露的扩展点，Spring IoC 容器允许 BeanFactoryPostProcessor 在容器实例化任何 bean 之前读取 bean 的定义，并可以修改它。

BeanDefinitionRegistryPostProcessor 继承自 BeanFactoryPostProcessor，比 BeanFactoryPostProcessor 具有更高的优先级，主要用来在常规的 BeanFactoryPostProcessor 激活之前注册一些 bean 定义。特别是，你可以通过 BeanDefinitionRegistryPostProcessor 来注册一些常规的 BeanFactoryPostProcessor，因为此时所有常规的 BeanFactoryPostProcessor 都还没开始被处理。

注：这边的 “常规 BeanFactoryPostProcessor” 主要用来跟 BeanDefinitionRegistryPostProcessor 区分。

**例子：BeanFactoryPostProcessor 扩展使用**

1）创建一个 BeanFactoryPostProcessor 接口的实现类，例如下面的 MyBeanFactoryPostProcessor，并在 postProcessBeanFactory 方法中进行自己的逻辑操作。例如：扫描某个包路径，将该包路径下使用了某个注解的类全部注册到 Spring 中。

2）将该实现类注册到 Spring 容器中，例如使用 @Component 注解

package com.joonwhee.open.demo.spring;
     
    import org.springframework.beans.BeansException;
    import org.springframework.beans.factory.config.BeanFactoryPostProcessor;
    import org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableListableBeanFactory;
    import org.springframework.stereotype.Component;
     
    /**
     * @author joonwhee
     * @date 2019/2/18
     */
    @Component
    public class MyBeanFactoryPostProcessor implements BeanFactoryPostProcessor {
        @Override
        public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {
            System.out.println("MyBeanFactoryPostProcessor#postProcessBeanFactory");
            // 自己的逻辑处理
        }
    }

另外，Mybatis 中的 MapperScannerConfigurer 是一个典型的 BeanDefinitionRegistryPostProcessor 的扩展使用，有兴趣的可以看看这个类的源码。

### 五、注册 BeanPostProcessor ###

注册所有的 BeanPostProcessor，将所有实现了 BeanPostProcessor 接口的类加载到 BeanFactory 中。

BeanPostProcessor 接口是 Spring 初始化 bean 时对外暴露的扩展点，Spring IoC 容器允许 BeanPostProcessor 在容器初始化 bean 的前后，添加自己的逻辑处理。在这边只是注册到 BeanFactory 中，具体调用是在 bean 初始化的时候。

**例子：BeanPostProcessor 扩展使用**

1）创建一个 BeanPostProcessor 接口的实现类，例如下面的 MyBeanPostProcessor，并在方法中进行自己的逻辑操作。

2）将该实现类注册到 Spring 容器中，例如使用 @Component 注解。

package com.joonwhee.open.processor;
    
    import org.springframework.beans.BeansException;
    import org.springframework.beans.factory.config.BeanPostProcessor;
    import org.springframework.stereotype.Component;
    
    /**
     * @author joonwhee
     * @date 2019/2/23
     */
    @Component
    public class MyBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {
    
        @Override
        public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
            System.out.println("MyBeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization");
            // 自己的逻辑
            return bean;
        }
    
        @Override
        public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
            System.out.println("MyBeanPostProcessor#postProcessAfterInitialization");
            // 自己的逻辑
            return bean;
        }
    }

### 六、实例化所有剩余的非懒加载单例 bean ###

1、遍历所有被加载到缓存中的 beanName，触发所有剩余的非懒加载单例 bean 的实例化。

2、首先通过 beanName 尝试从缓存中获取，如果存在则跳过实例化过程；否则，进行 bean 的实例化。

3、根据 BeanDefinition，使用构造函数创建 bean 实例。

4、根据 BeanDefinition，进行 bean 实例属性填充。

5、执行 bean 实例的初始化。

5.1、触发 Aware 方法。

5.2、触发 BeanPostProcessor 的 postProcessBeforeInitialization 方法。

5.3、如果 bean 实现了 InitializingBean 接口，则触发 afterPropertiesSet() 方法。

5.4、如果 bean 设置了 init-method 属性，则触发 init-method 指定的方法。

5.5、触发 BeanPostProcessor 的 postProcessAfterInitialization 方法。

6、将创建好的 bean 实例放到缓存中，用于之后使用。

### 七、完成上下文的刷新 ###

使用应用事件广播器推送上下文刷新完毕事件（ContextRefreshedEvent ）到相应的监听器。

**例子：监听器扩展使用**

1）创建一个自定义监听器，实现 ApplicationListener 接口，监听 ContextRefreshedEvent（上下文刷新完毕事件）。

2）将该监听器注册到 Spring IoC 容器即可。

import org.springframework.context.ApplicationListener;
    import org.springframework.context.event.ContextRefreshedEvent;
    import org.springframework.stereotype.Component;
     
    /**
     * @author joonwhee
     * @date 2019/6/22
     */
    @Component
    public class MyRefreshedListener implements ApplicationListener<ContextRefreshedEvent> {
        @Override
        public void onApplicationEvent(ContextRefreshedEvent event) {
            // 自己的逻辑处理
        }
    }

至此，整个 IoC 的核心流程介绍完毕。

## 总结 ##

本文只是以简单的介绍了 IoC 中的重要步骤，如果想详细了解 IoC 的完整流程，可以查看之前的源码解析文章。

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