【Spring】Spring之Bean生命周期源码解析

概述

• 什么是bean的生命周期

是指bean在spring中是如何生成，如何销毁的；
spring创建对象的过程，就是IOC（控制反转）的过程；

• JFR

Java Flight Record，java飞行记录，类似于飞机的黑匣子，是JVM内置的基于事件的JDK监控记录框架，主要用于问题定位和持续监控；

Bean的生成过程

入口代码：

AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
UserService userService = (UserService) applicationContext.getBean("userService");
userService.test();

1 生成BeanDefinition

Spring启动的时候会进行扫描，扫描定义的包路径，得到BeanDefinition的Set集合；

扫描类文件流程如下：

1. 首先，通过ResourcePatternResolver获得指定包路径下的所有.class文件（Spring源码中将此文件包装成了Resource对象）
2. 遍历每个Resource对象
3. 利用MetadataReaderFactory解析Resource对象得到MetadataReader（在Spring源码中MetadataReaderFactory具体的实现类为CachingMetadataReaderFactory，MetadataReader的具体实现类为SimpleMetadataReader）
4. 利用MetadataReader进行excludeFilters和includeFilters，以及条件注解@Conditional的筛选（条件注解并不难理解：某个类上是否存在@Conditional注解，如果存在则调用注解中所指定的类的match方法进行匹配，匹配成功则通过筛选，匹配失败则pass掉。）
5. 筛选通过后，基于metadataReader生成ScannedGenericBeanDefinition
6. 再基于metadataReader判断是不是对应的类是不是接口或抽象类
7. 如果筛选通过，那么就表示扫描到了一个Bean，将ScannedGenericBeanDefinition加入结果集

MetadataReader表示类的元数据读取器，主要包含了一个AnnotationMetadata，功能有：

1. 获取类的名字
2. 获取父类的名字
3. 获取所实现的所有接口名
4. 获取所有内部类的名字
5. 判断是不是抽象类
6. 判断是不是接口
7. 判断是不是一个注解
8. 获取拥有某个注解的方法集合
9. 获取类上添加的所有注解信息
10. 获取类上添加的所有注解类型集合

CachingMetadataReaderFactory解析某个.class文件得到MetadataReader对象是利用的ASM技术，并没有加载这个类到JVM。最终得到的ScannedGenericBeanDefinition对象，beanClass属性存储的是当前类的名字，而不是class对象。（beanClass属性的类型是Object，它即可以存储类的名字，也可以存储class对象）

扫描得到BeanDefinition对象的几种方法：

1. 通过直接定义BeanDefinition
2. 解析spring.xml文件的
3. AppConfig.class类方法上面加@Bean注解得到BeanDefinition对象

2 合并BeanDefinition

Spring中支持父子BeanDefinition，和Java父子类类似，但是完全不是一回事，父子BeanDefinition实际用的比较少。

使用方法如下：

<bean id="parent" class="com.firechou.service.Parent" scope="prototype"/>
<bean id="child" class="com.firechou.service.Child"/>

如上定义，child是单例Bean（默认单例）。

<bean id="parent" class="com.firechou.service.Parent" scope="prototype"/>
<bean id="child" class="com.firechou.service.Child" parent="parent"/>

如上定义，child是原型Bean，继承与指定的父类parent的scope属性。

在根据child来生成Bean对象之前，需要进行BeanDefinition的合并，得到完整的child的BeanDefinition。

3 加载类

BeanDefinition合并之后，就可以去创建Bean对象了，而创建Bean就必须实例化对象，而实例化就必须先加载当前BeanDefinition所对应的class，在AbstractAutowireCapableBeanFactory类的createBean()方法中，一开始就会调用：

Class<?> resolvedClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);

如上代码是加载类，具体实现如下：

if (mbd.hasBeanClass()) {
    // 如果beanClass属性的类型是Class，那么就直接返回
	return mbd.getBeanClass();
}
// 根据类名加载
if (System.getSecurityManager() != null) {
	return AccessController.doPrivileged((PrivilegedExceptionAction<Class<?>>) () ->
		doResolveBeanClass(mbd, typesToMatch), getAccessControlContext());
	}
else {
    // 利用BeanFactory所设置的类加载器来加载类，如果没有设置，则默认使用ClassUtils.getDefaultClassLoader()所返回的类加载器来加载。
	return doResolveBeanClass(mbd, typesToMatch);
}

public boolean hasBeanClass() {
	return (this.beanClass instanceof Class);
}

获取加载类的类加载器，方法ClassUtils.getDefaultClassLoader()，流程如下：

1. 优先返回当前线程中的ClassLoader
2. 线程中类加载器为null的情况下，返回ClassUtils类的类加载器
3. 如果ClassUtils类的类加载器为空，那么则表示是Bootstrap类加载器加载的ClassUtils类，那么则返回系统类加载器

4 实例化前

BeanDefinition对应的类成功加载后，就可以实例化对象了，但是在Spring中，实例化对象之前，Spring提供了一个扩展点，允许用户来控制是否在某个或某些Bean实例化之前做一些启动动作。这个扩展点叫InstantiationAwareBeanPostProcessor.postProcessBeforeInstantiation()。

如下：

@Component
public class FireBeanPostProcessor implements InstantiationAwareBeanPostProcessor {

	@Override
	public Object postProcessBeforeInstantiation(Class<?> beanClass, String beanName) throws BeansException {
		// 注意，此时还没有实例化，所以能拿到的是beanClass
        if ("userService".equals(beanName)) {
			System.out.println("实例化前");
            // 可以返回值，非null时，表示不需要Spring来实例化了，并且后续的Spring依赖注入也不会进行了，会跳过一些步骤，直接执行初始化后这一步
            return new UserService();
		}
		return null;
	}
}

5 实例化

根据BeanDefinition去创建一个对象。

5.1 Supplier创建对象

首先判断BeanDefinition中是否设置了Supplier，如果设置了则调用Supplier的get()得到对象。

直接使用BeanDefinition对象来设置Supplier，比如：

AbstractBeanDefinition beanDefinition = BeanDefinitionBuilder.genericBeanDefinition().getBeanDefinition();
beanDefinition.setInstanceSupplier(new Supplier<Object>() {
	@Override
	public Object get() {
		return new UserService();
	}
});
context.registerBeanDefinition("userService", beanDefinition);

5.2 工厂方法创建对象

如果没有设置Supplier，则检查BeanDefinition中是否设置了factoryMethod，也就是工厂方法，有两种方式可以设置factoryMethod。

方式一：

<bean id="userService" class="com.firechou.service.UserService" factory-method="createUserService" />

对应的UserService类为：

public class UserService {

	public static UserService createUserService() {
		System.out.println("执行createUserService()");
		UserService userService = new UserService();
		return userService;
	}

	public void test() {
		System.out.println("test");
	}

}

方式二：

<bean id="commonService" class="com.firechou.service.CommonService"/>
<bean id="userService1" factory-bean="commonService" factory-method="createUserService" />

对应的CommonService的类为：

public class CommonService {
	public UserService createUserService() {
		return new UserService();
	}
}

Spring发现当前BeanDefinition方法设置了工厂方法后，就会区分这两种方式，然后调用工厂方法得到对象；
通过@Bean所定义的BeanDefinition，是存在factoryMethod和factoryBean的，也就是和上面的方式二非常类似，@Bean所注解的方法就是factoryMethod，AppConfig对象就是factoryBean。如果@Bean所注解的方法是static的，那么对应的就是方式一；

5.3 推断构造方法

推断完构造方法后，就会使用构造方法来进行实例化了。

选择构造方法以及查找入参对象，判断在对应的类中是否存在使用了@Lookup注解的方法，如果存在则把该方法封装为LookupOverride对象并添加到BeanDefinition中。
在实例化时，如果判断出来当前BeanDefinition中没有LookupOverride，那就直接用构造方法反射得到一个实例对象。如果存在LookupOverride对象，也就是类中存在@Lookup注解的方法，那就会生成一个代理对象。

@Lookup注解就是方法注入，如下：

@Component
public class UserService {

	private OrderService orderService;

	public void test() {
		OrderService orderService = createOrderService();
		System.out.println(orderService);
	}

	@Lookup("orderService")
	public OrderService createOrderService() {
		return null;
	}

}

6 BeanDefinition的后置处理

Bean对象实例化出来之后，接下来就应该给对象的属性赋值了。在真正给属性赋值之前，Spring又提供了一个扩展点MergedBeanDefinitionPostProcessor.postProcessMergedBeanDefinition()，可以对此时的BeanDefinition进行加工。

如下：

@Component
public class FireMergedBeanDefinitionPostProcessor implements MergedBeanDefinitionPostProcessor {

	@Override
	public void postProcessMergedBeanDefinition(RootBeanDefinition beanDefinition, Class<?> beanType, String beanName) {
		if ("userService".equals(beanName)) {
			beanDefinition.getPropertyValues().add("orderService", new OrderService());
		}
	}
}

在Spring源码中，AutowiredAnnotationBeanPostProcessor就是一个MergedBeanDefinitionPostProcessor，它的postProcessMergedBeanDefinition()中会去查找注入点，并缓存在AutowiredAnnotationBeanPostProcessor对象的一个Map中（injectionMetadataCache）。

7 实例化后

在处理完BeanDefinition后，Spring又设计了一个扩展点：InstantiationAwareBeanPostProcessor.postProcessAfterInstantiation()。

如下：

@Component
public class FireInstantiationAwareBeanPostProcessor implements InstantiationAwareBeanPostProcessor {

	@Override
	public boolean postProcessAfterInstantiation(Object bean, String beanName) throws BeansException {

		if ("userService".equals(beanName)) {
			UserService userService = (UserService) bean;
			userService.test();
		}

		return true;
	}
}

8 自动注入

这里的自动注入指的是Spring的自动注入。

9 处理属性

这个步骤中，就会处理@Autowired、@Resource、@Value等注解，也是通过InstantiationAwareBeanPostProcessor.postProcessProperties()扩展点来实现的，比如我们甚至可以实现一个自己的自动注入功能。

如下：

@Component
public class FireInstantiationAwareBeanPostProcessor implements InstantiationAwareBeanPostProcessor {

	@Override
	public PropertyValues postProcessProperties(PropertyValues pvs, Object bean, String beanName) throws BeansException {
		if ("userService".equals(beanName)) {
			for (Field field : bean.getClass().getFields()) {
				if (field.isAnnotationPresent(FireInject.class)) {
					field.setAccessible(true);
					try {
						field.set(bean, "123");
					} catch (IllegalAccessException e) {
						e.printStackTrace();
					}
				}
			}
		}

		return pvs;
	}
}

10 执行Aware

完成了属性赋值之后，Spring会执行一些回调，包括：

1. BeanNameAware：回传beanName给bean对象。
2. BeanClassLoaderAware：回传classLoader给bean对象。
3. BeanFactoryAware：回传beanFactory给对象。

11 初始化前

初始化前，也是Spring提供的一个扩展点：BeanPostProcessor.postProcessBeforeInitialization()。
利用初始化前，可以对进行了依赖注入的Bean进行处理。

如下：

@Component
public class FireBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {

	@Override
	public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
		if ("userService".equals(beanName)) {
			System.out.println("初始化前");
		}

		return bean;
	}
}

在Spring源码中：

1. InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor会在初始化前这个步骤中执行@PostConstruct的方法，
2. ApplicationContextAwareProcessor会在初始化前这个步骤中进行其他Aware的回调：
   1. EnvironmentAware：回传环境变量
   2. EmbeddedValueResolverAware：回传占位符解析器
   3. ResourceLoaderAware：回传资源加载器
   4. ApplicationEventPublisherAware：回传事件发布器
   5. MessageSourceAware：回传国际化资源
   6. ApplicationStartupAware：回传应用其他监听对象，可忽略
   7. ApplicationContextAware：回传Spring容器ApplicationContext

12 初始化

• 查看当前Bean对象是否实现了InitializingBean接口，如果实现了就调用其afterPropertiesSet()方法
• 执行BeanDefinition中指定的初始化方法

13 初始化后

这是Bean创建生命周期中的最后一个步骤，也是Spring提供的一个扩展点：BeanPostProcessor.postProcessAfterInitialization()。
可以在这个步骤中，对Bean最终进行处理，Spring中的AOP就是基于初始化后实现的，初始化后返回的对象才是最终的Bean对象。

如下：

@Component
public class FireBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {

	@Override
	public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
		if ("userService".equals(beanName)) {
			System.out.println("初始化后");
		}

		return bean;
	}
}

总结BeanPostProcessor

1. InstantiationAwareBeanPostProcessor.postProcessBeforeInstantiation()
2. 实例化
3. MergedBeanDefinitionPostProcessor.postProcessMergedBeanDefinition()
4. InstantiationAwareBeanPostProcessor.postProcessAfterInstantiation()
5. 自动注入
6. InstantiationAwareBeanPostProcessor.postProcessProperties()
7. Aware对象
8. BeanPostProcessor.postProcessBeforeInitialization()
9. 初始化
10. BeanPostProcessor.postProcessAfterInitialization()

Bean的销毁过程

Bean销毁是发送在Spring容器关闭过程中的。

如下：

AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
UserService userService = (UserService) context.getBean("userService");
userService.test();

// 容器关闭
context.close();

在Bean创建过程中，在最后（初始化之后），有一个步骤会去判断当前创建的Bean是不是DisposableBean：

1. 当前Bean是否实现了DisposableBean接口
2. 或者，当前Bean是否实现了AutoCloseable接口
3. BeanDefinition中是否指定了destroyMethod
4. 调用DestructionAwareBeanPostProcessor.requiresDestruction(bean)进行判断：
   1. ApplicationListenerDetector中直接使得ApplicationListener是DisposableBean
   2. InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor中使得拥有@PreDestroy注解了的方法就是DisposableBean
5. 把符合上述任意一个条件的Bean适配成DisposableBeanAdapter对象，并存入disposableBeans中（一个LinkedHashMap）

在Spring容器关闭过程时：

1. 首先发布ContextClosedEvent事件
2. 调用lifecycleProcessor的onCloese()方法
3. 销毁单例Bean
   1. 遍历disposableBeans
      1. 把每个disposableBean从单例池中移除
      2. 调用disposableBean的destroy()
      3. 如果这个disposableBean还被其他Bean依赖了，那么也得销毁其他Bean
      4. 如果这个disposableBean还包含了inner beans，将这些Bean从单例池中移除掉
   2. 清空manualSingletonNames，是一个Set，存的是用户手动注册的单例Bean的beanName
   3. 清空allBeanNamesByType，是一个Map，key是bean类型，value是该类型所有的beanName数组
   4. 清空singletonBeanNamesByType，和allBeanNamesByType类似，只不过只存了单例Bean

在定义一个Bean时，如果这个Bean实现了DisposableBean接口，或者实现了AutoCloseable接口，或者在BeanDefinition中指定了destroyMethodName，那么这个Bean都属于“DisposableBean”，这些Bean在容器关闭时都要调用相应的销毁方法。