Spring IOC 容器啟動的示例分析

這篇文章給大家分享的是有關(guān)Spring IOC 容器啟動的示例分析的內(nèi)容。小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧。

使用 Spring 時，XML 和注解是使用得最多的兩種配置方式，雖然是兩種完全不同的配置方式，但對于 IOC 容器來說，兩種方式的不同主要是在 BeanDefinition 的解析上。而對于核心的容器啟動流程，仍然是一致的。

AbstractApplicationContext 的 refresh 方法實現(xiàn)了 IOC 容器啟動的主要邏輯，啟動流程中的關(guān)鍵步驟在源碼中也可以對應(yīng)到獨立的方法。接下來以  AbstractApplicationContext 的實現(xiàn)類  ClassPathXmlApplicationContext 為主 ，并對比其另一個實現(xiàn)類 AnnotationConfigApplicationContext ， 解讀 IOC 容器的啟動過程。

AbstractApplicationContext.refresh

@Override
 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();
  }

  // ...
 }
 }

ApplicationContext 和 BeanFactory 的關(guān)系

ClassPathXmlApplicationContext 和  AnnotationConfigApplicationContext 的繼承樹如下所示。兩者都繼承自  AbstractApplicationContext 。

ApplicationContext 繼承樹( 高清大圖 )

BeanFactory 繼承樹( 高清大圖 )

ApplicationContext 是 IOC 容器的承載體，而  BeanFactory 是操作這個容器的工具，兩者關(guān)系緊密，相互協(xié)作。 refresh 方法實現(xiàn)了 ApplicationContext 和 BeanFactory 相互協(xié)作的主要過程，不同之處主要在子類  AbstractRefreshableApplicationContext 和 GenericApplicationContext 中實現(xiàn)，兩者使用的 BeanFactory 都為 DefaultListableBeanFactory ， DefaultListableBeanFactory 的定義如下:

DefaultListableBeanFactory :

public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractAutowireCapableBeanFactory
  implements ConfigurableListableBeanFactory, BeanDefinitionRegistry, Serializable

可見 DefaultListableBeanFactory 實現(xiàn)了  ConfigurableListableBeanFactory ，意味著是可配置，可遍歷的，至于為什么可以，讓我們繼續(xù)往下尋找找答案。

BeanDefinition 的獲取

DefaultListableBeanFactory 中使用 Map 結(jié)構(gòu)保存所有的 BeanDefinition 信息：

DefaultListableBeanFactory :

private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(256);


ClassPathXmlApplicationContext 中的解析
使用 BeanDefinitionDocumentReader (可參看 DefaultBeanDefinitionDocumentReader.processBeanDefinition 方法) 將 xml 中的 bean 解析為 BeanDefinition ， 然后由 BeanDefinitionRegistry 注冊到 BeanFactory 中。 入口： AbstractApplicationContext.refreshBeanFactory (在 refresh 中調(diào)用)

AnnotationConfigApplicationContext 中的解析
通過 BeanDefinitionScanner 掃描 Bean 聲明，解析為 BeanDefinition 并由 BeanDefinitionRegistry 注冊到 BeanFactory 中。 入口： AnnotationConfigApplicationContext 的構(gòu)造函數(shù)。

為什么 ClassPathXmlApplicationContext 的入口是在 refreshBeanFactory 方法中 ？
AbstractApplicationContext.refreshBeanFactory 定義如下:

AbstractApplicationContext :

protected abstract void refreshBeanFactory() throws BeansException, IllegalStateException

可見是一個抽象方法，具體實現(xiàn)在子類中。只有 "Refreshable" 的 BeanFactory 才會在該方法中實現(xiàn)具體操作，如  AbstractRefreshableApplicationContext :

AbstractRefreshableApplicationContext :

@Override
 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);
 }
 }

可見 AbstractRefreshableApplicationContext.``refreshBeanFactory 方法會檢查 BeanFactory 是否已經(jīng)存在( hasBeanFactory )，已經(jīng)存在就先銷毀所有的 Bean( destoryBeans )并關(guān)閉( closeBeanFactory ) BeanFactory ，然后再創(chuàng)建( createBeanFactory )新的。 而  GenericApplicationContext.refreshBeanFactory 中會檢查是否為第一次調(diào)用，不是就拋出異常，不執(zhí)行其他邏輯，即  GenericApplicationContext 不是 "Refreshable"的。

主流程分析

refresh 方法在  AbstractApplicationContext 中定義，其中的  obtainFreshBeanFactory 方法調(diào)用了 getBeanFactory 方法，該方法用于獲取  BeanFactory ，這里為  DefaultListableBeanFactory ，接下來無特別說明，大部分的方法和變量都將取自  AbstractApplicationContext 和   DefaultListableBeanFactory 。 

高清大圖

BeanPostProcessor

BeanPostProcessor 接口讓開發(fā)者在 IOC 容器對 Bean 進行實例化時收到回調(diào)( postProcessAfterInitialization 和  postProcessBeforeInitialization 方法)。spring 框架內(nèi)部的許多通知( Aware )就是通過這個接口實現(xiàn)，如  ApplicationContextAwareProcessor ,  ServletContextAwareProcessor ，他們的實現(xiàn)會在  postProcessBeforeInitialization 方法中進行檢查，若實現(xiàn)了特定接口，就會調(diào)用 Aware 的回調(diào)方法，給予通知:

ServletContextAwareProcessor :

@Override
 public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
 if (getServletContext() != null && bean instanceof ServletContextAware) {
  ((ServletContextAware) bean).setServletContext(getServletContext());
 }
 if (getServletConfig() != null && bean instanceof ServletConfigAware) {
  ((ServletConfigAware) bean).setServletConfig(getServletConfig());
 }
 return bean;
 }

在 postProcessBeanFactory 方法中，子類可以通過 beanFactory.addBeanPostProcessor 方法添加自己的 BeanPostProcessor 到 beanFactory 中，最終將保存到 BeanFactory 的  beanPostProcessors (實為 CopyOnWriteArrayList ) 中。 prepareBeanFactory 和 registerBeanPostProcessors 方法是集中實例化并添加這些 Bean 的地方。

BeanFactoryPostProcessor 和 BeanDefinitionRegistryPostProcessor
從"BeanDefinition 的獲取"的介紹可以知道 BeanDefinitionRegistry 用于將  BeanDefinition 注冊到 BeanFactory 中， GenericApplicationContext 和  DefaultListableBeanFactory 都實現(xiàn)了該接口， GenericApplicationContext 中的實現(xiàn)直接調(diào)用了 beanFactory 的實現(xiàn)。

BeanFactoryPostProcessor 和 BeanDefinitionRegistryPostProcessor 與  BeanPostProcessor 類似，但從他們的命名就可以看出，所針對的目標(biāo)不同，分別是 BeanFactory 和  BeanDefinitionRegistry: 1 BeanFactoryPostProcessor 回調(diào)讓開發(fā)者有機會在 BeanFactory 已經(jīng)初始化好的情況下對 BeanFactory 的一些屬性進行覆蓋，或是對  beanDefinitionMap 中的  BeanDefinition 進行修改。 2 BeanDefinitionRegistryPostProcessor 則讓開發(fā)者可以繼續(xù)添加  BeanDefinition 到 BeanFactory 中。

具體邏輯在 invokeBeanFactoryPostProcessors 中實現(xiàn)，這里首先會將所有實現(xiàn)了 BeanFactoryPostProcessors 的 Bean 實例化，然后調(diào)用其回調(diào)方法( postProcessBeanDefinitionRegistry 或  postProcessBeanFactory 方法)。

對于這部分 Bean 的實例化和進行回調(diào)有一定的優(yōu)先級規(guī)則。 PriorityOrdered 繼承自 Ordered 接口，實現(xiàn)了  PriorityOrdered 的  BeanDefinitionRegistryPostProcessor 將最先被實例化并調(diào)用，然后同樣的規(guī)則來回調(diào)實現(xiàn)了  BeanFactoryPostProcessor 的 Bean： PriorityOrdered > Ordered > 未實現(xiàn) Ordered 的

在 registerBeanPostProcessors 方法中對 BeanPostProcessor 的實例化也有這樣的優(yōu)先級規(guī)則: PriorityOrdered > Ordered > 未實現(xiàn) Ordered 的 > MergedBeanDefinitionPostProcessor

ApplicationEventMulticaster

在 initApplicationEventMulticaster 中會對  ApplicationEventMulticaster 進行初始化: 首先會檢查是否已經(jīng)有了 ApplicationEventMulticaster 的  BeanDefinition (在  beanDefinitionMap 中檢查)，有就讓容器進行實例化，沒有就使用框架默認的  ApplicationEventMulticaster (即 SimpleApplicationEventMulticaster )，先實例化，然后注冊到容器中( MessageSource 在 initMessageSource 方法中也是同樣的方式進行初始化)。

事件的起始發(fā)送處將事件包裝為 ApplicationEvent ，并通過  ApplicationEventPublisher 提交給  ApplicationEventMulticaster ， ApplicationEventMulticaster 會將事件廣播給  ApplicationListener ，處理最終的分發(fā)。

AbstractApplicationEventMulticaster 中的 applicationListeners( 實為 LinkedHashSet<ApplicationListener>) 變量保存了所有的廣播接收者， registerListeners 方法會將所有的  ApplicationListener 添加到該集合中。

finishRefresh 方法中有一個對  ContextRefreshedEvent 事件的廣播可以作為參考，最終事件會由  multicastEvent 方法處理:

SimpleApplicationEventMulticaster.multicastEvent

@Override
 public void multicastEvent(final ApplicationEvent event, @Nullable ResolvableType eventType) {
 ResolvableType type = (eventType != null ? eventType : resolveDefaultEventType(event));
 Executor executor = getTaskExecutor();
 for (ApplicationListener<?> listener : getApplicationListeners(event, type)) {
  if (executor != null) {
  executor.execute(() -> invokeListener(listener, event));
  }
  else {
  invokeListener(listener, event);
  }
 }
 }

那么在我們自己的 Bean 中如何得到這個 ApplicationEventPublisher 呢？ ApplicationContext 的定義如下:

ApplicationContext :

public interface ApplicationContext extends EnvironmentCapable, ListableBeanFactory, HierarchicalBeanFactory,
 MessageSource, ApplicationEventPublisher, ResourcePatternResolver {

可見 ApplicationContext 繼承了  ApplicationEventPublisher ，這就說明  AbstractApplicationContext 也是一個  ApplicationEventPublisher 。在我們自己的 Bean 中通過實現(xiàn)  ApplicationEventPublisherAware ，我們就能通過  setApplicationEventPublisher 回調(diào)得到  ApplicationEventPublisher 。

上面我們提到 spring 的許多 Aware 是通過  BeanPostProcessor 實現(xiàn)的， ApplicationEventPublisherAware 也不例外:

ApplicationContextAwareProcessor :

@Override
 @Nullable
 public Object postProcessBeforeInitialization(final Object bean, String beanName) throws BeansException {
 // ...
    if (bean instanceof Aware) {
  if (bean instanceof EnvironmentAware) {
  ((EnvironmentAware) bean).setEnvironment(this.applicationContext.getEnvironment());
  }
  if (bean instanceof EmbeddedValueResolverAware) {
  ((EmbeddedValueResolverAware) bean).setEmbeddedValueResolver(this.embeddedValueResolver);
  }
  if (bean instanceof ResourceLoaderAware) {
  ((ResourceLoaderAware) bean).setResourceLoader(this.applicationContext);
  }
  if (bean instanceof ApplicationEventPublisherAware) {
  ((ApplicationEventPublisherAware) bean).setApplicationEventPublisher(this.applicationContext);
  }
  if (bean instanceof MessageSourceAware) {
  ((MessageSourceAware) bean).setMessageSource(this.applicationContext);
  }
  if (bean instanceof ApplicationContextAware) {
  ((ApplicationContextAware) bean).setApplicationContext(this.applicationContext);
  }
 }
    // ...
 }

IOC 容器在實例化我們的 Bean 時會調(diào)用 ApplicationContextAwareProcessor . postProcessBeforeInitialization 方法，該方法會檢查我們的 Bean，我們的 Bean 如果實現(xiàn)了  ApplicationEventPublisherAware ，那么就會回調(diào)  setApplicationEventPublisher 方法將  applicationContext (即 ApplicationEventPublisher ) 傳給我們，我們就能夠發(fā)布事件。

BeanFactory.getBean

BeanFactory 的幾個重載了的 getBean 方法是 Bean 最終進行實例化的地方， registerBeanPostProcessors ,  invokeBeanFactoryPostProcessors 和  finishBeanFactoryInitialization 方法都調(diào)用了 getBean 方法對一些特定 Bean 進行了實例化。

finishBeanFactoryInitialization 中通過調(diào)用 BeanFactory 的  preInstantiateSingletons 對單例 Bean 進行實例化。 BeanFactory 和  BeanDefinition 都具有父子的概念，在子級找不到指定的 Bean 時將一直往上(父級)找，找到就進行實例化

總結(jié)

spring IOC 容器的啟動步驟可總結(jié)如下： 1 初始化 ApplicationContext 環(huán)境屬性的初始化和驗證，啟動時間記錄和相關(guān)標(biāo)記設(shè)置，應(yīng)用事件和監(jiān)聽者的初始化。

2 準(zhǔn)備好容器中的 BeanDefinition (eager-initializing beans) 對 BeanDefinition 的解析、掃描和注冊， BeanDefinition 的掃描和注冊大致可以分為 XML 和注解兩種，兩種方式各自使用的組件有所不同，該步驟的時間也可以在最前面。

3 初始化 BeanFactory 準(zhǔn)備好 BeanFactory 以供 ApplicationContext 進行使用，對接下來將要使用到的 Bean 進行實例化，資源進行準(zhǔn)備，屬性進行設(shè)置。

4 注冊 BeanPostProcessors BeanPostProcessors 是進行擴展的關(guān)鍵組件，需要在該步驟中進行注冊，可分為兩種類型: 一種是框架使用者提供的，用于特定業(yè)務(wù)功能的，另一種是框架開發(fā)者提供的，用于擴展框架功能。

5 調(diào)用 BeanDefinitionRegistryPostProcessor BeanDefinitionRegistryPostProcessor 是一種功能增強，可以在這個步驟添加新的  BeanDefinition 到 BeanFactory 中。

6 調(diào)用 BeanFactoryPostProcessor BeanFactoryPostProcessor 是一種功能增強，可以在這個步驟對已經(jīng)完成初始化的 BeanFactory 進行屬性覆蓋，或是修改已經(jīng)注冊到 BeanFactory 的  BeanDefinition 。

7 初始化 MessageSource 和  ApplicationEventMulticaster MessageSource 用于處理國際化資源， ApplicationEventMulticaster 是應(yīng)用事件廣播器，用于分發(fā)應(yīng)用事件給監(jiān)聽者。

8 初始化其他 Bean 和進行其他的的上下文初始化 主要用于擴展

9 注冊 ApplicationListene 將  ApplicationListene 注冊到 BeanFactory 中，以便后續(xù)的事件分發(fā)

10 實例化剩余的 Bean 單例 步驟 4 到 9 都對一些特殊的 Bean 進行了實例化，這里需要對所有剩余的單例 Bean 進行實例化

11 啟動完成 資源回收，分發(fā)"刷新完成"事件。

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