011、底层源码分析 Spring 的核心功能和执行流程(上)
|
Java
|
56

2384 字
|
33 分钟
本文最后更新于 424 天前，其中的信息可能已经过时，如有错误请发送邮件到 wuxianglongblog@163.com

底层源码分析 Spring 的核心功能和执行流程 (上)

Spring Framework 已是公认的 Java 标配开发框架了，甚至还有人说 Java 编程就是面向 Spring 编程的，可见 Spring 在整个 Java 体系中的重要位置。

Spring 中包含了众多的功能和相关模块，比如 spring-core、spring-beans、spring-aop、spring-context、spring-expression、spring-test 等，本课时先从面试中必问的问题出发，来帮你更好的 Spring 框架。

我们本课时的面试题是，Spring Bean 的作用域有哪些？它的注册方式有几种？

典型回答

在 Spring 容器中管理一个或多个 Bean，这些 Bean 的定义表示为 BeanDefinition 对象，这些对象包含以下重要信息：

  • Bean 的实际实现类
  • Bean 的作用范围
  • Bean 的引用或者依赖项

Bean 的三种注册方式

  • XML 配置文件的注册方式
  • Java 注解的注册方式
  • Java API 的注册方式

1. XML 配置文件注册方式

<bean id="person" class="org.springframework.beans.Person">
   <property name="id" value="1"/>
   <property name="name" value="Java"/>
</bean>

2. Java 注解注册方式

可以使用 @Component 注解方式来注册 Bean，代码如下：

@Component
public class Person {
   private Integer id;
   private String name
   // 忽略其他方法
}

也可以使用 @Bean 注解方式来注册 Bean，代码如下：

@Configuration
public class Person {
   @Bean
   public Person  person(){
      return new Person();
   }
   // 忽略其他方法
}

其中 @Configuration 可理解为 XML 配置里的 <beans> 标签，而 @Bean 可理解为用 XML 配置里面的 <bean> 标签。

3. Java API 注册方式

使用 BeanDefinitionRegistry.registerBeanDefinition () 方法的方式注册 Bean，代码如下：

public class CustomBeanDefinitionRegistry implements BeanDefinitionRegistryPostProcessor {
    @Override
    public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {
    }
    @Override
    public void postProcessBeanDefinitionRegistry(BeanDefinitionRegistry registry) throws BeansException {
        RootBeanDefinition personBean = new RootBeanDefinition(Person.class);
        // 新增 Bean
        registry.registerBeanDefinition("person", personBean);
    }
}

Bean 的作用域

1.singleton 作用域

表示在 Spring 容器中只有一个 Bean 实例，以单例的形式存在，是默认的 Bean 作用域。

配置方式，缺省即可，XML 的配置方式如下：

<bean class="..."></bean>

2. prototype 作用域

原型作用域，每次调用 Bean 时都会创建一个新实例，也就是说每次调用 getBean () 方法时，相当于执行了 new Bean ()。

XML 的配置方式如下：

<bean class="..." scope="prototype"></bean>

3.request 作用域

每次 Http 请求时都会创建一个新的 Bean，该作用域仅适应于 WebApplicationContext 环境。

XML 的配置方式如下：

<bean class="..." scope="request"></bean>

Java 注解的配置方式如下：

@Scope(WebApplicationContext.SCOPE_REQUEST)

或是：

@RequestScope(WebApplicationContext.SCOPE_REQUEST)

4.session 作用域

同一个 Http Session 共享一个 Bean 对象，不同的 Session 拥有不同的 Bean 对象，仅适用于 WebApplicationContext 环境。

XML 的配置方式如下：

<bean class="..." scope="session"></bean>

Java 注解的配置方式如下：

@Scope(WebApplicationContext.SCOPE_SESSION)

或是:

@RequestScope(WebApplicationContext.SCOPE_SESSION)

5.application 作用域

全局的 Web 作用域，类似于 Servlet 中的 Application。

XML 的配置方式如下：

<bean class="..." scope="application"></bean>

Java 注解的配置方式如下：

@Scope(WebApplicationContext.SCOPE_APPLICATION)

或是：

@RequestScope(WebApplicationContext.SCOPE_APPLICATION)

考点分析

在 Spring 中最核心的概念是 AOP（面向切面编程）、IOC（控制反转）、DI（依赖注入）等，而最实用的功能则是 Bean，他们是概念和具体实现的关系。和 Bean 相关的面试题，还有以下几个：

  • 什么是同名 Bean？它是如何产生的？应该如何避免？
  • 聊一聊 Bean 的生命周期。

知识扩展

1. 同名 Bean 问题

每个 Bean 拥有一个或多个标识符，在基于 XML 的配置中，我们可以使用 id 或者 name 来作为 Bean 的标识符。通常 Bean 的标识符由字母组成，允许使用特殊字符。

同一个 Spring 配置文件中 Bean 的 id 和 name 是不能够重复的，否则 Spring 容器启动时会报错。但如果 Spring 加载了多个配置文件的话，可能会出现同名 Bean 的问题。同名 Bean 指的是多个 Bean 有相同的 name 或者 id。

Spring 对待同名 Bean 的处理规则是使用最后面的 Bean 覆盖前面的 Bean，所以我们在定义 Bean 时，尽量使用长命名非重复的方式来定义，避免产生同名 Bean 的问题。

Bean 的 id 或 name 属性并非必须指定，如果留空的话，容器会为 Bean 自动生成一个唯一的名称，这样也不会出现同名 Bean 的问题。

2.Bean 生命周期

对于 Spring Bean 来说，并不是启动阶段就会触发 Bean 的实例化，只有当客户端通过显式或者隐式的方式调用 BeanFactory 的 getBean () 方法时，它才会触发该类的实例化方法。当然对于 BeanFactory 来说，也不是所有的 getBean () 方法都会实例化 Bean 对象，例如作用域为 singleton 时，只会在第一次，实例化该 Bean 对象，之后会直接返回该对象。但如果使用的是 ApplicationContext 容器，则会在该容器启动的时候，立即调用注册到该容器所有 Bean 的实例化方法。

getBean () 既然是 Bean 对象的入口，我们就先从这个方法说起，getBean () 方法是属于 BeanFactory 接口的，它的真正实现是 AbstractAutowireCapableBeanFactory 的 createBean () 方法，而 createBean () 是通过 doCreateBean () 来实现的，具体源码实现如下：

@Override
protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
        throws BeanCreationException {
    if (logger.isTraceEnabled()) {
        logger.trace("Creating instance of bean '" + beanName + "'");
    }
    RootBeanDefinition mbdToUse = mbd;
    // 确定并加载 Bean 的 class
    Class<?> resolvedClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);
    if (resolvedClass != null && !mbd.hasBeanClass() && mbd.getBeanClassName() != null) {
        mbdToUse = new RootBeanDefinition(mbd);
        mbdToUse.setBeanClass(resolvedClass);
    }
    // 验证以及准备需要覆盖的方法
    try {
        mbdToUse.prepareMethodOverrides();
    }
    catch (BeanDefinitionValidationException ex) {
        throw new BeanDefinitionStoreException(mbdToUse.getResourceDescription(),
                beanName, "Validation of method overrides failed", ex);
    }
    try {
        // 给BeanPostProcessors 一个机会来返回代理对象来代替真正的 Bean 实例，在这里实现创建代理对象功能
        Object bean = resolveBeforeInstantiation(beanName, mbdToUse);
        if (bean != null) {
            return bean;
        }
    }
    catch (Throwable ex) {
        throw new BeanCreationException(mbdToUse.getResourceDescription(), beanName,
                "BeanPostProcessor before instantiation of bean failed", ex);
    }
    try {
        // 创建 Bean
        Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
        if (logger.isTraceEnabled()) {
            logger.trace("Finished creating instance of bean '" + beanName + "'");
        }
        return beanInstance;
    }
    catch (BeanCreationException | ImplicitlyAppearedSingletonException ex) {
        throw ex;
    }
    catch (Throwable ex) {
        throw new BeanCreationException(
                mbdToUse.getResourceDescription(), beanName, "Unexpected exception during bean creation", ex);
    }
}

doCreateBean 源码如下：

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
        throws BeanCreationException {
    // 实例化 bean，BeanWrapper 对象提供了设置和获取属性值的功能
    BeanWrapper instanceWrapper = null;
    // 如果 RootBeanDefinition 是单例，则移除未完成的 FactoryBean 实例的缓存
    if (mbd.isSingleton()) {
        instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
    }
    if (instanceWrapper == null) {
        // 创建 bean 实例
        instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
    }
    // 获取 BeanWrapper 中封装的 Object 对象，其实就是 bean 对象的实例
    final Object bean = instanceWrapper.getWrappedInstance();
    // 获取 BeanWrapper 中封装 bean 的 Class
    Class<?> beanType = instanceWrapper.getWrappedClass();
    if (beanType != NullBean.class) {
        mbd.resolvedTargetType = beanType;
    }
    // 应用 MergedBeanDefinitionPostProcessor 后处理器，合并 bean 的定义信息
    // Autowire 等注解信息就是在这一步完成预解析，并且将注解需要的信息放入缓存
    synchronized (mbd.postProcessingLock) {
        if (!mbd.postProcessed) {
            try {
                applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(mbd, beanType, beanName);
            } catch (Throwable ex) {
                throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
                        "Post-processing of merged bean definition failed", ex);
            }
            mbd.postProcessed = true;
        }
    }
    boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
            isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
    if (earlySingletonExposure) {
        if (logger.isTraceEnabled()) {
            logger.trace("Eagerly caching bean '" + beanName +
                    "' to allow for resolving potential circular references");
        }
        // 为了避免循环依赖，在 bean 初始化完成前，就将创建 bean 实例的 ObjectFactory 放入工厂缓存（singletonFactories）
        addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
    }
    // 对 bean 属性进行填充
    Object exposedObject = bean;
    try {
        populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
        // 调用初始化方法，如 init-method 注入 Aware 对象
        exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
    } catch (Throwable ex) {
        if (ex instanceof BeanCreationException && beanName.equals(((BeanCreationException) ex).getBeanName())) {
            throw (BeanCreationException) ex;
        } else {
            throw new BeanCreationException(
                    mbd.getResourceDescription(), beanName, "Initialization of bean failed", ex);
        }
    }
    if (earlySingletonExposure) {
        // 如果存在循环依赖，也就是说该 bean 已经被其他 bean 递归加载过，放入了提早公布的 bean 缓存中
        Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
        if (earlySingletonReference != null) {
            // 如果 exposedObject 没有在 initializeBean 初始化方法中被增强
            if (exposedObject == bean) {
                exposedObject = earlySingletonReference;
            } else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {
                // 依赖检测
                String[] dependentBeans = getDependentBeans(beanName);
                Set<String> actualDependentBeans = new LinkedHashSet<>(dependentBeans.length);
                for (String dependentBean : dependentBeans) {
                    if (!removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly(dependentBean)) {
                        actualDependentBeans.add(dependentBean);
                    }
                }
                // 如果 actualDependentBeans 不为空，则表示依赖的 bean 并没有被创建完，即存在循环依赖
                if (!actualDependentBeans.isEmpty()) {
                    throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName,
                            "Bean with name '" + beanName + "' has been injected into other beans [" +
                                    StringUtils.collectionToCommaDelimitedString(actualDependentBeans) +
                                    "] in its raw version as part of a circular reference, but has eventually been " +
                                    "wrapped. This means that said other beans do not use the final version of the " +
                                    "bean. This is often the result of over-eager type matching - consider using " +
                                    "'getBeanNamesOfType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.");
                }
            }
        }
    }
    try {
        // 注册 DisposableBean 以便在销毁时调用
        registerDisposableBeanIfNecessary(beanName, bean, mbd);
    } catch (BeanDefinitionValidationException ex) {
        throw new BeanCreationException(
                mbd.getResourceDescription(), beanName, "Invalid destruction signature", ex);
    }
    return exposedObject;
}

从上述源码中可以看出，在 doCreateBean () 方法中，首先对 Bean 进行了实例化工作，它是通过调用 createBeanInstance () 方法来实现的，该方法返回一个 BeanWrapper 对象。BeanWrapper 对象是 Spring 中一个基础的 Bean 接口，说它是基础接口是因为它连基本的属性都没有。

BeanWrapper 接口有一个默认实现类 BeanWrapperImpl，其主要作用是对 Bean 进行填充，比如填充和注入 Bean 的属性等。

当 Spring 完成 Bean 对象实例化并且设置完相关属性和依赖后，则会调用 Bean 的初始化方法 initializeBean ()，初始化第一个阶段是检查当前 Bean 对象是否实现了 BeanNameAware、BeanClassLoaderAware、BeanFactoryAware 等接口，源码如下：

private void invokeAwareMethods(final String beanName, final Object bean) {
    if (bean instanceof Aware) {
        if (bean instanceof BeanNameAware) {
            ((BeanNameAware) bean).setBeanName(beanName);
        }
        if (bean instanceof BeanClassLoaderAware) {
            ClassLoader bcl = getBeanClassLoader();
            if (bcl != null) {
                ((BeanClassLoaderAware) bean).setBeanClassLoader(bcl);
            }
        }
        if (bean instanceof BeanFactoryAware) {
            ((BeanFactoryAware) bean).setBeanFactory(AbstractAutowireCapableBeanFactory.this);
        }
    }
}

其中，BeanNameAware 是把 Bean 对象定义的 beanName 设置到当前对象实例中；

BeanClassLoaderAware 是将当前 Bean 对象相应的 ClassLoader 注入到当前对象实例中；

BeanFactoryAware 是 BeanFactory 容器会将自身注入到当前对象实例中，这样当前对象就会拥有一个 BeanFactory 容器的引用。

初始化第二个阶段则是 BeanPostProcessor 增强处理，它主要是对 Spring 容器提供的 Bean 实例对象进行有效的扩展，允许 Spring 在初始化 Bean 阶段对其进行定制化修改，比如处理标记接口或者为其提供代理实现。

在初始化的前置处理完成之后就会检查和执行 InitializingBean 和 init-method 方法。

InitializingBean 是一个接口，它有一个 afterPropertiesSet () 方法，在 Bean 初始化时会判断当前 Bean 是否实现了 InitializingBean，如果实现了则调用 afterPropertiesSet () 方法，进行初始化工作；然后再检查是否也指定了 init-method，如果指定了则通过反射机制调用指定的 init-method 方法，它的实现源码如下：

protected void invokeInitMethods(String beanName, final Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd)
        throws Throwable {
    // 判断当前 Bean 是否实现了 InitializingBean，如果是的话需要调用 afterPropertiesSet()
    boolean isInitializingBean = (bean instanceof InitializingBean);
    if (isInitializingBean && (mbd == null || !mbd.isExternallyManagedInitMethod("afterPropertiesSet"))) {
        if (logger.isTraceEnabled()) {
            logger.trace("Invoking afterPropertiesSet() on bean with name '" + beanName + "'");
        }
        if (System.getSecurityManager() != null) { // 安全模式
            try {
                AccessController.doPrivileged((PrivilegedExceptionAction<Object>) () -> {
                    ((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet(); // 属性初始化
                    return null;
                }, getAccessControlContext());
            } catch (PrivilegedActionException pae) {
                throw pae.getException();
            }
        } else {
            ((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet(); // 属性初始化
        }
    }
    // 判断是否指定了 init-method()
    if (mbd != null && bean.getClass() != NullBean.class) {
        String initMethodName = mbd.getInitMethodName();
        if (StringUtils.hasLength(initMethodName) &&
                !(isInitializingBean && "afterPropertiesSet".equals(initMethodName)) &&
                !mbd.isExternallyManagedInitMethod(initMethodName)) {
            // 利用反射机制执行指定方法
            invokeCustomInitMethod(beanName, bean, mbd);
        }
    }
}

初始化完成之后就可以正常的使用 Bean 对象了，在 Spring 容器关闭时会执行销毁方法，但是 Spring 容器不会自动去调用销毁方法，而是需要我们主动的调用。

如果是 BeanFactory 容器，那么我们需要主动调用 destroySingletons () 方法，通知 BeanFactory 容器去执行相应的销毁方法；如果是 ApplicationContext 容器，那么我们需要主动调用 registerShutdownHook () 方法，告知 ApplicationContext 容器执行相应的销毁方法。

注：本课时源码基于 Spring 5.2.2.RELEASE。

小结

Bean 的三种注册方式：XML、Java 注解和 JavaAPI，以及 Bean 的五个作用域：singleton、prototype、request、session 和 application；还讲了读取多个配置文件可能会出现同名 Bean 的问题，以及通过源码讲了 Bean 执行的生命周期，它的生命周期如下图所示：

谨此笔记，记录过往。凭君阅览，如能收益，莫大奢望。
JavaJava面试题
暂无评论

发送评论 编辑评论 


				

			

						

				

					

						

							

								
							

							
						

					

				

				

					

						

							

								
							

							
						

					

				

				

					

						

							

								
							

							
							
													

					

				

			

			
			

				

					
				

			

				

											

							
							
						

																

							
							
						

																

							
							
						

										
					
											
						

	

		
|´・ω・)ノ
ヾ(≧∇≦*)ゝ
(☆ω☆)
（╯‵□′）╯︵┴─┴
￣﹃￣
(/ω＼)
∠( ᐛ 」∠)＿
(๑•̀ㅁ•́ฅ)
→_→
୧(๑•̀⌄•́๑)૭
٩(ˊᗜˋ*)و
(ノ°ο°)ノ
(´இ皿இ｀)
⌇●﹏●⌇
(ฅ´ω`ฅ)
(╯°A°)╯︵○○○
φ(￣∇￣o)
ヾ(´･ ･｀｡)ノ"
( ง ᵒ̌皿ᵒ̌)ง⁼³₌₃
(ó﹏ò｡)
Σ(っ °Д °;)っ
( ,,´･ω･)ﾉ"(´っω･｀｡)
╮(╯▽╰)╭
o(*////▽////*)q
＞﹏＜
( ๑´•ω•) "(ㆆᴗㆆ)
😂
😀
😅
😊
🙂
🙃
😌
😍
😘
😜
😝
😏
😒
🙄
😳
😡
😔
😫
😱
😭
💩
👻
🙌
🖕
👍
👫
👬
👭
🌚
🌝
🙈
💊
😶
🙏
🍦
🍉
😣
Source: github.com/k4yt3x/flowerhd
	

	

		
颜文字
Emoji
小恐龙
花!
	


									

			

			
			
		

	






上一篇
下一篇 

                    

                    
			        推荐文章
		            

		            

							
020、java Sevlet_Servlet过滤器

							
							

							
017、java Sevlet_ServletConfig配置信息

							
							

							
010、如何手写一个消息队列和延迟消息队列？

							
							

							
034、java web_Servlet 数据库访问

							
							

							
003、java面向对象_Java接口