深入分析Spring 与 Spring MVC容器

1 Spring MVC WEB配置

Spring Framework本身没有Web功能， Spring MVC使用WebApplicationContext类扩展ApplicationContext ，使得拥有web功能。那么，Spring MVC是如何在web环境中创建IoC容器呢？web环境中的IoC容器的结构又是什么结构呢？web环境中，Spring IoC容器是怎么启动呢？

以Tomcat为例，在Web容器中使用Spirng MVC，必须进行四项的配置：

1. 修改web.xml，添加servlet定义；
2. 编写servletname-servlet.xml（servletname是在web.xm中配置DispactherServlet时使servlet-name的值）配置；
3. contextConfigLocation初始化参数、配置ContextLoaderListerner；

Web.xml配置如下：

    <servlet>
        <servlet-name>courtservlet-name>
        <servlet-class>org.springframework.web.servlet.DispatcherServletservlet-class>
        <init-param>
            
            <param-name>contextConfigLocationparam-name>
            <param-value>classpath*:court-servlet.xmlparam-value>
        init-param>
        <load-on-startup>0load-on-startup>
    servlet>

    <servlet-mapping>
        <servlet-name>courtservlet-name>
        <url-pattern>/url-pattern>
    servlet-mapping>

    
    <context-param>
        <param-name>contextConfigLocationparam-name>
        <param-value>/WEB-INF/court-service.xmlparam-value>
    context-param>

    
    <listener>
        <listener-class>org.springframework.web.context.ContextLoaderListenerlistener-class>
    listener>

在web.xml配置文件中，有两个主要的配置： ContextLoaderListener和DispatcherServlet 。同样的关于spring配置文件的相关配置也有两部分： context-param和DispatcherServlet中的init-param 。那么，这两部分的配置有什么区别呢？它们都担任什么样的职责呢？

在Spring MVC中， Spring Context是以父子的继承结构存在的 。Web环境中存在一个ROOT Context，这个Context是整个应用的根上下文，是其他context的双亲Context。同时Spring MVC也对应的持有一个独立的Context，它是ROOT Context的子上下文。

对于这样的Context结构在Spring MVC中是如何实现的呢？下面就先从ROOT Context入手， ROOT Context是在ContextLoaderListener中配置的，ContextLoaderListener读取context-param中的contextConfigLocation指定的配置文件，创建ROOT Context 。

Spring MVC启动过程大致分为两个过程：

1. ContextLoaderListener初始化，实例化IoC容器，并将此容器实例注册到ServletContext中；
2. DispatcherServlet初始化；

2 Web容器中Spring根上下文的加载与初始化

Web容器调用contextInitialized方法初始化ContextLoaderListener，在此方法中， ContextLoaderListener通过调用继承自ContextLoader的initWebApplicationContext方法实例化Spring Ioc容器 。

1. 先看一下WebApplicationContext是如何扩展ApplicationContext来添加对Web环境的支持的。WebApplicationContext接口定义如下：

   public interface WebApplicationContext extends ApplicationContext {
        //根上下文在ServletContext中的名称
        String ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE = WebApplicationContext.class.getName() + ".ROOT";
        //取得web容器的ServletContext
        ServletContext getServletContext();
    }

2. 下面看一下ContextLoaderListener中创建context的源码：ContextLoader.java

   public WebApplicationContext initWebApplicationContext(ServletContext servletContext) {
        //PS : ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE=WebApplicationContext.class.getName() + ".ROOT" 根上下文的名称
        //PS : 默认情况下，配置文件的位置和名称是： DEFAULT_CONFIG_LOCATION = "/WEB-INF/applicationContext.xml" 
        //在整个web应用中，只能有一个根上下文
        if (servletContext.getAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE) != null) {
            throw new IllegalStateException("Cannot initialize context because there is already a root application context present - " + "check whether you have multiple ContextLoader* definitions in your web.xml!");
        }
   
        Log logger = LogFactory.getLog(ContextLoader.class);
        servletContext.log("Initializing Spring root WebApplicationContext");
        if (logger.isInfoEnabled()) {
            logger.info("Root WebApplicationContext: initialization started");
        }
        long startTime = System.currentTimeMillis();
   
        try {
            // Store context in local instance variable, to guarantee that
            // it is available on ServletContext shutdown.
            if (this.context == null) {
                // 在这里执行了创建WebApplicationContext的操作
                this.context = createWebApplicationContext(servletContext);
            }
            if (this.context instanceof ConfigurableWebApplicationContext) {
                ConfigurableWebApplicationContext cwac = (ConfigurableWebApplicationContext) this.context;
                if (!cwac.isActive()) {
                    // The context has not yet been refreshed -> provide services such as
                    // setting the parent context, setting the application context id, etc
                    if (cwac.getParent() == null) {
                        // The context instance was injected without an explicit parent ->
                        // determine parent for root web application context, if any.
                        ApplicationContext parent = loadParentContext(servletContext);
                        cwac.setParent(parent);
                    }
                    configureAndRefreshWebApplicationContext(cwac, servletContext);
                }
            }
            // PS: 将根上下文放置在servletContext中
            servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, this.context);
   
            ClassLoader ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
            if (ccl == ContextLoader.class.getClassLoader()) {
                currentContext = this.context;
            } else if (ccl != null) {
                currentContextPerThread.put(ccl, this.context);
            }
   
            if (logger.isDebugEnabled()) {
                logger.debug("Published root WebApplicationContext as ServletContext attribute with name [" +
   WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE + "]");
            }
            if (logger.isInfoEnabled()) {
                long elapsedTime = System.currentTimeMillis() - startTime;
                logger.info("Root WebApplicationContext: initialization completed in " + elapsedTime + " ms");
            }
   
            return this.context;
        } catch (RuntimeException ex) {
            logger.error("Context initialization failed", ex);
            servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, ex);
            throw ex;
        } catch (Error err) {
            logger.error("Context initialization failed", err);
            servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, err);
            throw err;
        }
    }

3. 再看一下WebApplicationContext对象是如何创建的：ContextLoader.java

   protected WebApplicationContext createWebApplicationContext(ServletContext sc, ApplicationContext parent) {
        //根据web.xml中的配置决定使用何种WebApplicationContext。默认情况下使用XmlWebApplicationContext
        //web.xml中相关的配置context-param的名称“contextClass”
        Class contextClass = determineContextClass(sc);
        if (!ConfigurableWebApplicationContext.class.isAssignableFrom(contextClass)) {
            throw new ApplicationContextException("Custom context class [" + contextClass.getName() + "] is not of type [" + ConfigurableWebApplicationContext.class.getName() + "]");
        }
   
        //实例化WebApplicationContext的实现类
        ConfigurableWebApplicationContext wac = (ConfigurableWebApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);
   
        // Assign the best possible id value.
        if (sc.getMajorVersion() == 2 && sc.getMinorVersion() < 5) {
        // Servlet <= 2.4: resort to name specified in web.xml, if any.
            String servletContextName = sc.getServletContextName();
            if (servletContextName != null) {
                wac.setId(ConfigurableWebApplicationContext.APPLICATION_CONTEXT_ID_PREFIX + servletContextName);
            } else {
        wac.setId(ConfigurableWebApplicationContext.APPLICATION_CONTEXT_ID_PREFIX);
            }
        } else {
            // Servlet 2.5's getContextPath available!
            wac.setId(ConfigurableWebApplicationContext.APPLICATION_CONTEXT_ID_PREFIX + sc.getContextPath());
        }
   
        wac.setParent(parent);
   
        wac.setServletContext(sc);
        //设置spring的配置文件
        wac.setConfigLocation(sc.getInitParameter(CONFIG_LOCATION_PARAM));
        customizeContext(sc, wac);
        //spring容器初始化
        wac.refresh();
        return wac;
    }

4. ContextLoaderListener构建Root Context时序图： 

3 Spring MVC对应的上下文加载与初始化

Spring MVC中核心的类是DispatcherServlet ，在这个类中完成Spring context的加载与创建，并且能够根据Spring Context的内容将请求分发给各个Controller类。 DispatcherServlet继承自HttpServlet ，关于Spring Context的配置文件加载和创建是在 init() 方法中进行的，主要的调用顺序是 init-->initServletBean-->initWebApplicationContext 。

1. 先来看一下initWebApplicationContext的实现：FrameworkServlet.java

   protected WebApplicationContext initWebApplicationContext() {
        //先从web容器的ServletContext中查找WebApplicationContext
        WebApplicationContext wac = findWebApplicationContext();
        if (wac == null) {
            // No fixed context defined for this servlet - create a local one.
            //从ServletContext中取得根上下文
            WebApplicationContext parent = WebApplicationContextUtils.getWebApplicationContext(getServletContext());
            //创建Spring MVC的上下文，并将根上下文作为起双亲上下文
            wac = createWebApplicationContext(parent);
        }
   
        if (!this.refreshEventReceived) {
            // Apparently not a ConfigurableApplicationContext with refresh support:
            // triggering initial onRefresh manually here.
            onRefresh(wac);
        }
   
        if (this.publishContext) {
            // Publish the context as a servlet context attribute.
            // 取得context在ServletContext中的名称
            String attrName = getServletContextAttributeName();
            //将Spring MVC的Context放置到ServletContext中
            getServletContext().setAttribute(attrName, wac);
            if (this.logger.isDebugEnabled()) {
                this.logger.debug("Published WebApplicationContext of servlet '" + getServletName() + "' as ServletContext attribute with name [" + attrName + "]");
            }
        }
            return wac;
    }

   通过initWebApplicationContext方法的调用， 创建了DispatcherServlet对应的context，并将其放置到ServletContext中 ，这样就完成了在web容器中构建Spring IoC容器的过程。

2. DispatcherServlet创建context时序图： 
3. DispatcherServlet初始化的大体流程： 
4. 控制器DispatcherServlet的类图及继承关系： 

4 Spring中DispacherServlet、WebApplicationContext、ServletContext的关系

要想很好理解这三个上下文的关系，需要先熟悉Spring是怎样在web容器中启动起来的。Spring的启动过程其实就是其IOC容器的启动过程，对于web程序，IOC容器启动过程即是建立上下文的过程。

Spring的启动过程：

1. 首先，对于一个web应用，其部署在web容器中， web容器提供其一个全局的上下文环境，这个上下文就是ServletContext ，其为后面的spring IoC容器提供宿主环境；
2. 其次， 在web.xml中会提供有contextLoaderListener 。在web容器启动时，会触发容器初始化事件，此时contextLoaderListener会监听到这个事件，其contextInitialized方法会被调用， 在这个方法中，spring会初始化一个启动上下文，这个上下文被称为根上下文，即WebApplicationContext，这是一个接口类，确切的说，其实际的实现类是XmlWebApplicationContext。 这个就是spring的IoC容器，其对应的Bean定义的配置由web.xml中的context-param标签指定。在这个IoC容器初始化完毕后，spring以WebApplicationContext.ROOTWEBAPPLICATIONCONTEXTATTRIBUTE为属性Key，将其存储到ServletContext中，便于获取；
3. 再次，contextLoaderListener监听器初始化完毕后，开始初始化web.xml中配置的Servlet，这个servlet可以配置多个，以最常见的DispatcherServlet为例，这个servlet实际上是一个标准的前端控制器，用以转发、匹配、处理每个servlet请求。 DispatcherServlet上下文在初始化的时候会建立自己的IoC上下文，用以持有spring mvc相关的bean 。在建立DispatcherServlet自己的IoC上下文时，会利用WebApplicationContext.ROOTWEBAPPLICATIONCONTEXTATTRIBUTE先从ServletContext中获取之前的根上下文(即WebApplicationContext)作为自己上下文的parent上下文。有了这个parent上下文之后，再初始化自己持有的上下文。这个DispatcherServlet初始化自己上下文的工作在其initStrategies方法中可以看到，大概的工作就是初始化处理器映射、视图解析等。 这个servlet自己持有的上下文默认实现类也是mlWebApplicationContext。初始化完毕后，spring以与servlet的名字相关(此处不是简单的以servlet名为Key，而是通过一些转换，具体可自行查看源码)的属性为属性Key，也将其存到ServletContext中，以便后续使用。这样每个servlet就持有自己的上下文，即拥有自己独立的bean空间，同时各个servlet共享相同的bean，即根上下文(第2步中初始化的上下文)定义的那些bean 。

在Web容器（比如Tomcat）中配置Spring时，你可能已经司空见惯于web.xml文件中的以下配置代码：

        contextConfigLocation
        /WEB-INF/applicationContext.xml
    

    
        class>
            org.springframework.web.context.ContextLoaderListener
        listener-class>
    listener>

    <servlet>
        <servlet-name>mvc-dispatcherservlet-name>
        <servlet-class>
            org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet
        servlet-class>
        <load-on-startup>1load-on-startup>
    servlet>

    <servlet-mapping>
        <servlet-name>mvc-dispatcherservlet-name>
        <url-pattern>/url-pattern>
    servlet-mapping>span>

以上配置 首先会在ContextLoaderListener中通过中的applicationContext.xml创建一个ApplicationContext ，再将这个ApplicationContext塞到ServletContext里面，通过ServletContext的setAttribute方法达到此目的，在ContextLoaderListener的源代码中，我们可以看到这样的代码：

servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, this.context);

以上由ContextLoaderListener创建的ApplicationContext是共享于整个Web应用程序的，而你可能早已经知道， DispatcherServlet会维持一个自己的ApplicationContext，默认会读取/WEB-INFO/-servlet.xml文件 ，而也可以重新配置：

  
          
           customConfiguredDispacherServlet  
          
        class>  
            org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet  
        servlet-class>  
        <init-param>  
            <param-name>  
                contextConfigLocation  
            param-name>  
            <param-value>  
                /WEB-INF/dispacherServletContext.xml  
            param-value>  
        init-param>  
        <load-on-startup>1load-on-startup>  
    servlet>

问题是：以上两个ApplicationContext的关系是什么，它们的作用作用范围分别是什么，它们的用途分别是什么？

ContextLoaderListener中创建ApplicationContext主要用于整个Web应用程序需要共享的一些组件 ，比如DAO，数据库的ConnectionFactory等。而 由DispatcherServlet创建的ApplicationContext主要用于和该Servlet相关的一些组件 ，比如Controller、ViewResovler等。

对于作用范围而言， 在DispatcherServlet中可以引用由ContextLoaderListener所创建的ApplicationContext ，而反过来不行。

在Spring的具体实现上，这两个ApplicationContext都是通过ServletContext的setAttribute方法放到ServletContext中的。但是， ContextLoaderListener会先于DispatcherServlet创建ApplicationContext，DispatcherServlet在创建ApplicationContext时会先找到由ContextLoaderListener所创建的ApplicationContext，再将后者的ApplicationContext作为参数传给DispatcherServlet的ApplicationContext的setParent()方法 ，在Spring源代码中，你可以在FrameServlet.java中找到如下代码：

wac.setParent(parent); 

其中， wac即为由DisptcherServlet创建的ApplicationContext，而parent则为有ContextLoaderListener创建的ApplicationContext 。此后，框架又会调用ServletContext的setAttribute()方法将wac加入到ServletContext中。

当Spring在执行ApplicationContext的getBean时， 如果在自己context中找不到对应的bean，则会在父ApplicationContext中去找 。这也解释了为什么我们可以在DispatcherServlet中获取到由ContextLoaderListener对应的ApplicationContext中的bean。