Spring核心原理之 IoC容器中那些鲜为人知的细节（3）

本文节选自《Spring 5核心原理》

Spring IoC容器还有一些高级特性，如使用lazy-init属性对Bean预初始化、使用FactoryBean产生或者修饰Bean对象的生成、IoC容器在初始化Bean过程中使用BeanPostProcessor后置处理器对Bean声明周期事件进行管理等。

1 关于延时加载

我们已经知道，IoC容器的初始化过程就是对Bean定义资源的定位、载入和注册，此时容器对Bean的依赖注入并没有发生，依赖注入是在应用程序第一次向容器索取Bean时通过getBean()方法完成的。
当Bean定义资源的< bean>元素中配置了lazy-init=false属性时，容器将会在初始化时对所配置的Bean进行预实例化，Bean的依赖注入在容器初始化时就已经完成。这样，当应用程序第一次向容器索取被管理的Bean时，就不用再初始化和对Bean进行依赖注入了，而是直接从容器中获取已经完成依赖注入的Bean，提高了应用程序第一次向容器获取Bean的性能。

1.1. refresh()方法

IoC容器读入已经定位的Bean定义资源是从refresh()方法开始的，我们从AbstractApplicationContext类的refresh()方法入手分析，回顾一下源码：

@Override
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
      ...
      //子类的refreshBeanFactory()方法启动
      ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
      ...
}

在refresh()方法中ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();启动了Bean定义资源的载入、注册过程。finishBeanFactoryInitialization()方法是对注册后的Bean定义中的预实例化（lazy-init=false，Spring默认进行预实例化，即为true）的Bean进行处理的地方。

1.2. 使用finishBeanFactoryInitialization()处理预实例化的Bean

当Bean定义资源被载入IoC容器之后，容器将Bean定义资源解析为容器内部的数据结构BeanDefinition，并注册到容器中，AbstractApplicationContext类中的finishBeanFactoryInitialization()方法对配置了预实例化属性的Bean进行预初始化，源码如下：

//对配置了lazy-init属性的Bean进行预实例化处理
protected void finishBeanFactoryInitialization(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
   //这是Spring 3新加的代码，为容器指定一个转换服务(ConversionService)
   //在对某些Bean属性进行转换时使用
   if (beanFactory.containsBean(CONVERSION_SERVICE_BEAN_NAME) &&
         beanFactory.isTypeMatch(CONVERSION_SERVICE_BEAN_NAME, ConversionService.class)) {
      beanFactory.setConversionService(
            beanFactory.getBean(CONVERSION_SERVICE_BEAN_NAME, ConversionService.class));
   }

   if (!beanFactory.hasEmbeddedValueResolver()) {
      beanFactory.addEmbeddedValueResolver(strVal -> getEnvironment().resolvePlaceholders (strVal));
   }

   String[] weaverAwareNames = beanFactory.getBeanNamesForType(LoadTimeWeaverAware.class, false, false);
   for (String weaverAwareName : weaverAwareNames) {
      getBean(weaverAwareName);
   }

   //为了使类型匹配，停止使用临时的类加载器
   beanFactory.setTempClassLoader(null);

   //缓存容器中所有注册的BeanDefinition元数据，以防被修改
   beanFactory.freezeConfiguration();

   //对配置了lazy-init属性的单例模式的Bean进行预实例化处理
   beanFactory.preInstantiateSingletons();
}

其中ConfigurableListableBeanFactory是一个接口，preInstantiateSingletons()方法由其子类DefaultListableBeanFactory提供。

1.3. 对配置了lazy-init属性的单例模式的Bean的预实例化

对配置了lazy-init属性的单例模式的Bean的预实例化相关源码如下：

public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
   if (this.logger.isDebugEnabled()) {
      this.logger.debug("Pre-instantiating singletons in " + this);
   }

   List beanNames = new ArrayList<>(this.beanDefinitionNames);

   for (String beanName : beanNames) {
      //获取指定名称的Bean定义
      RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
      //Bean不是抽象的，是单例模式的，且lazy-init属性配置为false
      if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton() && !bd.isLazyInit()) {
         //如果指定名称的Bean是创建容器的Bean
         if (isFactoryBean(beanName)) {
            //FACTORY_BEAN_PREFIX="&"，当Bean名称前面加"&"符号
            //时，获取的是容器对象本身，而不是容器产生的Bean
            //调用getBean方法，触发Bean实例化和依赖注入
            final FactoryBean factory = (FactoryBean) getBean(FACTORY_BEAN_PREFIX + beanName);
            //标识是否需要预实例化
            boolean isEagerInit;
            if (System.getSecurityManager() != null && factory instanceof SmartFactoryBean) {
               //一个匿名内部类
               isEagerInit = AccessController.doPrivileged((PrivilegedAction) () ->
                     ((SmartFactoryBean) factory).isEagerInit(),
                     getAccessControlContext());
            }
            else {
               isEagerInit = (factory instanceof SmartFactoryBean &&
                     ((SmartFactoryBean) factory).isEagerInit());
            }
            if (isEagerInit) {
               //调用getBean()方法，触发Bean实例化和依赖注入
               getBean(beanName);
            }
         }
         else {
            getBean(beanName);
         }
      }
   }

通过对lazy-init处理源码的分析可以看出，如果设置了lazy-init属性，则容器在完成Bean定义的注册之后，会通过getBean()方法触发指定Bean的初始化和依赖注入。如前所述，这样当应用程序第一次向容器索取所需的Bean时，容器不再需要对Bean进行初始化和依赖注入，可直接从已经完成实例化和依赖注入的Bean中取一个现成的Bean，提高了第一次获取Bean的性能。

2 关于FactoryBean和BeanFactory

Spring中，有两个很容易混淆的类：BeanFactory和FactoryBean。
BeanFactory：Bean工厂，是一个工厂（Factory），Spring IoC容器的最高层接口就是BeanFactory，它的作用是管理Bean，即实例化、定位、配置应用程序中的对象及建立这些对象之间的依赖。
FactoryBean：工厂Bean，是一个Bean，作用是产生其他Bean实例。这种Bean没有什么特别的要求，仅需要提供一个工厂方法，该方法用来返回其他Bean实例。在通常情况下，Bean无须自己实现工厂模式，Spring容器担任工厂的角色；在少数情况下，容器中的Bean本身就是工厂，其作用是产生其他Bean实例。
当用户使用容器时，可以使用转义字符“&”来得到FactoryBean本身，以区别通过FactoryBean产生的实例对象和FactoryBean对象本身。在BeanFactory中通过如下代码定义了该转义字符：
String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&";

如果myJndiObject是一个FactoryBean，则使用&myJndiObject得到的是myJndiObject对象，而不是myJndiObject产生的对象。

2.1. FactoryBean源码

//工厂Bean，用于产生其他对象
public interface FactoryBean {

   //获取容器管理的对象实例
   @Nullable
   T getObject() throws Exception;

   //获取Bean工厂创建的对象的类型
   @Nullable
   Class getObjectType();

   //Bean工厂创建的对象是否是单例模式的，如果是，
   //则整个容器中只有一个实例对象，每次请求都返回同一个实例对象
   default boolean isSingleton() {
      return true;
   }

}

2.2. AbstractBeanFactory的getBean()方法

在分析Spring IoC容器实例化Bean并进行依赖注入的源码时，提到在getBean()方法触发容器实例化Bean时会调用AbstractBeanFactory的doGetBean()方法，其重要源码如下：

protected  T doGetBean(final String name, @Nullable final Class requiredType,
      @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
      ...
      BeanFactory parentBeanFactory = getParentBeanFactory();
      //当前容器的父容器存在，且当前容器中不存在指定名称的Bean
      if (parentBeanFactory != null && !containsBeanDefinition(beanName)) {
         //解析指定Bean名称的原始名称
         String nameToLookup = originalBeanName(name);
         if (parentBeanFactory instanceof AbstractBeanFactory) {
            return ((AbstractBeanFactory) parentBeanFactory).doGetBean(
                  nameToLookup, requiredType, args, typeCheckOnly);
         }
         else if (args != null) {
            //委派父容器根据指定名称和显式的参数查找
            return (T) parentBeanFactory.getBean(nameToLookup, args);
         }
         else {
            //委派父容器根据指定名称和类型查找
            return parentBeanFactory.getBean(nameToLookup, requiredType);
         }
      }
   ...
   return (T) bean;
}

//获取给定Bean的实例对象，主要完成FactoryBean的相关处理
protected Object getObjectForBeanInstance(
      Object beanInstance, String name, String beanName, @Nullable RootBeanDefinition mbd) {

   //容器已经得到了Bean实例对象，这个实例对象可能是一个普通的Bean，
   //也可能是一个工厂Bean，如果是一个工厂Bean，则使用它创建一个Bean实例对象，
   //如果调用本身就想获得一个容器的引用，则返回这个工厂Bean实例对象
   //如果指定的名称是容器的解引用（dereference，即对象本身而非内存地址）
   //且Bean实例也不是创建Bean实例对象的工厂Bean
   if (BeanFactoryUtils.isFactoryDereference(name) && !(beanInstance instanceof FactoryBean)) {
      throw new BeanIsNotAFactoryException(transformedBeanName(name), beanInstance.getClass());
   }

   //如果Bean实例不是工厂Bean，或者指定名称是容器的解引用
   //调用者获取对容器的引用时，直接返回当前的Bean实例
   if (!(beanInstance instanceof FactoryBean) || BeanFactoryUtils.isFactoryDereference(name)) {
      return beanInstance;
   }

   //处理指定名称不是容器的解引用，或者根据名称获取的Bean实例对象是一个工厂Bean
   //使用工厂Bean创建一个Bean的实例对象
   Object object = null;
   if (mbd == null) {
      //从Bean工厂缓存中获取指定名称的Bean实例对象
      object = getCachedObjectForFactoryBean(beanName);
   }
   //让Bean工厂生产指定名称的Bean实例对象
   if (object == null) {
      FactoryBean factory = (FactoryBean) beanInstance;
      //如果从Bean工厂生产的Bean是单例模式的，则缓存
      if (mbd == null && containsBeanDefinition(beanName)) {
         //从容器中获取指定名称的Bean定义，如果继承了基类，则合并基类的相关属性
         mbd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
      }
      //如果从容器得到了Bean定义信息，并且Bean定义信息不是虚构的，
      //则让工厂Bean生产Bean实例对象
      boolean synthetic = (mbd != null && mbd.isSynthetic());
      //调用FactoryBeanRegistrySupport类的getObjectFromFactoryBean()方法
      //实现工厂Bean生产Bean实例对象的过程
      object = getObjectFromFactoryBean(factory, beanName, !synthetic);
   }
   return object;
}

在上面获取给定Bean的实例对象的getObjectForBeanInstance()方法中，会调用FactoryBean- RegistrySupport类的getObjectFromFactoryBean()方法，该方法实现了Bean工厂生产Bean实例对象。

2.3. AbstractBeanFactory生产Bean实例对象

AbstractBeanFactory类中生产Bean实例对象的主要源码如下：

//Bean工厂生产Bean实例对象
protected Object getObjectFromFactoryBean(FactoryBean factory, String beanName, boolean shouldPostProcess) {
   //Bean工厂是单例模式，并且Bean工厂缓存中存在指定名称的Bean实例对象
   if (factory.isSingleton() && containsSingleton(beanName)) {
      //多线程同步，以防止数据不一致
      synchronized (getSingletonMutex()) {
         //直接从Bean工厂的缓存中获取指定名称的Bean实例对象
         Object object = this.factoryBeanObjectCache.get(beanName);
         //如果Bean工厂缓存中没有指定名称的实例对象，则生产该实例对象
         if (object == null) {
            //调用Bean工厂的获取对象的方法生产指定Bean的实例对象
            object = doGetObjectFromFactoryBean(factory, beanName);
            Object alreadyThere = this.factoryBeanObjectCache.get(beanName);
            if (alreadyThere != null) {
               object = alreadyThere;
            }
            else {
               if (shouldPostProcess) {
                  try {
                     object = postProcessObjectFromFactoryBean(object, beanName);
                  }
                  catch (Throwable ex) {
                     throw new BeanCreationException(beanName,
                           "Post-processing of FactoryBean's singleton object failed", ex);
                  }
               }
               //将生产的实例对象添加到Bean工厂的缓存中
               this.factoryBeanObjectCache.put(beanName, object);
            }
         }
         return object;
      }
   }
   //调用Bean工厂的获取对象的方法生产指定Bean的实例对象
   else {
      Object object = doGetObjectFromFactoryBean(factory, beanName);
      if (shouldPostProcess) {
         try {
            object = postProcessObjectFromFactoryBean(object, beanName);
         }
         catch (Throwable ex) {
            throw new BeanCreationException(beanName, "Post-processing of FactoryBean's object failed", ex);
         }
      }
      return object;
   }
}

//调用Bean工厂的方法生产指定Bean的实例对象
private Object doGetObjectFromFactoryBean(final FactoryBean factory, final String beanName)
      throws BeanCreationException {

   Object object;
   try {
      if (System.getSecurityManager() != null) {
         AccessControlContext acc = getAccessControlContext();
         try {
            //实现PrivilegedExceptionAction接口的匿名内部类
            object = AccessController.doPrivileged((PrivilegedExceptionAction