【Spring】手动实现Spring底层机制-问题的引出

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本文主要梳理手动实现Spring底层机制-问题的引出 
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目录

底层难点问题的引出

问题的概念解释

BeanDefinition

类加载器和类路径classPath

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底层难点问题的引出

1. 底层如何实现依赖

2. 底层如何实现singleton (单例池)

3. 底层如何实现prototype (多例)

4. 底层如何实现IOC容器创建和初始化(之前用反射实现过, 较浅, 继续深入)

5. 底层如何实现getBean()

6. 底层如何实现BeanPostProcessor

7. Spring底层如何实现Bean后置处理器机制

8. 原生Spring底层如何实现AOP

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问题的概念解释

1. spring底层实现依赖注入（Dependency Injection，DI）的主要机制是通过反射和配置元数据来实现的。依赖注入是Spring框架的核心功能之一，它允许开发者将一个Bean所依赖的其他Bean（依赖项）动态地注入到该Bean中，而不需要硬编码这些依赖项。以下是Spring底层如何实现依赖注入的关键步骤：

   1. Bean Definition 注册：在Spring容器初始化的过程中，所有的Bean定义（Bean的类名、属性、依赖等信息）都会被注册到容器的BeanFactory中。这些Bean定义可以通过XML配置文件、Java注解或Java配置类来定义。

   2. 依赖关系定义：在Bean定义中，可以使用不同的方式来定义Bean之间的依赖关系。最常见的方式是使用构造函数注入（Constructor Injection）或Setter方法注入（Setter Injection）。依赖关系可以通过依赖注入的标签或注解来表示。

   3. 依赖解析和注入：当容器需要创建一个Bean实例时，它会检查该Bean的定义，以确定它所依赖的其他Bean。容器会自动解析这些依赖关系，并尝试实例化或获取依赖的Bean。

   4. 依赖注入：容器会将依赖项注入到目标Bean中。这可以通过调用目标Bean的构造函数、Setter方法、字段注入等方式来实现，具体取决于依赖关系的定义方式。

   5. 依赖的生命周期管理：Spring容器负责管理依赖项的生命周期。通常，依赖项的生命周期与目标Bean的生命周期相匹配。如果依赖项是Singleton作用域的Bean，那么它只会被创建一次并在容器启动时初始化；如果是Prototype作用域的Bean，每次注入都会创建一个新的实例。

   6. 可选的AOP代理（可选）：如果Bean被配置为使用AOP（面向切面编程），容器可能会为该Bean创建一个代理对象，并将代理对象注入到依赖中，以便在方法调用时应用切面逻辑。

2. Spring框架实现Singleton模式的核心机制是通过控制Bean的创建和管理来确保在容器中只有一个实例的存在。Spring框架使用了一个叫做BeanFactory的容器来管理对象，其中包括了Singleton对象。下面是Spring如何实现Singleton模式的简要说明：

   • 容器的生命周期管理：Spring容器本身也是一个Singleton对象，它负责管理所有的Bean实例。容器的生命周期通常与应用程序的生命周期相匹配。

   • 同步管理：Spring通过使用同步机制来确保在多线程环境下Singleton对象的安全创建和访问。这样可以避免并发问题。

   • 懒加载：虽然Spring默认在容器启动时就创建Singleton对象，但你也可以将Bean的懒加载标志设置为true，以延迟对象的创建直到第一次请求。这样可以节省资源，只有在需要时才会创建Singleton对象。

   • Bean的缓存：Spring使用一个叫做BeanFactory的容器来管理Bean的实例。在BeanFactory内部，Singleton对象会被缓存起来，以确保每次请求同一个Bean时，都会返回相同的实例。

   • Bean的创建和初始化：Spring容器会根据Bean定义创建实例对象。对于Singleton作用域的Bean，容器只会创建一个实例并在容器启动时进行初始化。这个实例会被缓存起来以供后续使用

   • Bean Definition：在Spring配置文件（如XML文件）或者Java配置类中，你需要定义Bean。这个Bean定义包括了Bean的类名、属性、依赖等信息。当Spring容器初始化时，它会解析这些Bean定义。

     

3. Spring框架底层实现Prototype作用域的Bean时，采用了一种不同的机制，与Singleton不同。在Prototype作用域下，Spring容器不会维护一个单独的缓存，每次请求Prototype类型的Bean都会创建一个新的实例。下面是Spring如何实现Prototype模式的简要说明：

   • Bean Definition：与Singleton作用域一样，你需要在Spring配置文件或Java配置类中定义Bean。Bean定义包括了Bean的类名、属性、依赖等信息。

   • Bean的创建和初始化：当请求一个Prototype作用域的Bean时，Spring容器会根据Bean定义创建一个新的实例对象，并在需要的情况下进行初始化。每次请求都会触发新的对象创建。

   • 不进行缓存：与Singleton不同，Spring容器不会维护Prototype对象的缓存。每次请求Prototype Bean时，都会创建一个全新的实例。

   • 不进行生命周期管理：Spring容器不会管理Prototype对象的生命周期。因此，容器不会在Bean的销毁阶段执行任何清理操作。对象的销毁由客户端代码负责。

4. 底层实现IOC容器的创建和初始化通常包括以下几个步骤

   • 创建容器对象：实例化一个容器对象，可以是自定义的容器类或者使用现有的容器框
   • 扫描组件：容器会扫描指定的包或者目录，查找符合条件的组件（类）。

     

   • 注册组件：将扫描到的组件注册到容器中，可以使用反射机制创建实例。
   • 解析依赖：对于需要注入的依赖，容器会解析其依赖关系并在需要时注入对应的实例。
   • 初始化组件：对于注册到容器中的组件，容器会调用其相应的初始化方法，可以是在注解上指定的初始化方法或者实现了特定接口的回调方法。
   • 提供访问接口：容器提供相应的接口，如getBean()方法来获取容器中的组件实例。

5. Spring框架中的getBean()方法是用来从Spring容器中获取Bean实例的主要方法之一。下面是Spring框架底层如何实现getBean()方法的简要说明：

   • Bean Definition的注册：在Spring容器启动过程中，所有的Bean定义（包括Bean的名称、类名、属性等信息）都会被注册到容器的BeanFactory中。这个注册是在容器初始化阶段进行的，通常是通过XML配置文件或Java配置类来完成的。

   • Bean实例化：当调用getBean()方法时，容器首先会根据传入的Bean名称或类型信息，查找相应的Bean定义。

   • Bean的创建和初始化：如果找到了相应的Bean定义，容器会根据定义中的信息创建Bean的实例。这通常涉及到Java反射机制，它会调用Bean的构造函数来创建一个新的对象。然后，容器会应用依赖注入和初始化方法等来配置和初始化这个Bean实例。

   • Bean的缓存：Spring容器通常会维护一个Bean实例的缓存，以确保同一个Bean不会被多次创建。这样，如果之前已经创建了一个Bean实例，下次调用getBean()方法时，容器会直接返回缓存中的实例，而不会再次创建。

   • 返回Bean实例：最终，getBean()方法会返回创建或从缓存中获取的Bean实例，供调用者使用。

   • AOP代理（可选）：如果该Bean被配置为使用AOP（面向切面编程），容器可能会为该Bean创建一个代理对象，以便在方法调用时应用切面逻辑。

6. BeanPostProcessor是Spring框架提供的一个扩展点，它允许开发者在Bean初始化的不同阶段插入自定义的逻辑。Spring底层通过一系列的回调方法来实现BeanPostProcessor接口，以便在Bean的初始化前后执行额外的处理。以下是Spring底层如何实现BeanPostProcessor的简要说明：

   • 接口定义：BeanPostProcessor是一个接口，其中定义了两个回调方法：

     • postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName): 在Bean的初始化前执行。在这个方法中，可以对Bean进行修改或者执行一些额外的初始化逻辑。

     • postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName): 在Bean的初始化后执行。在这个方法中，同样可以对Bean进行修改或者执行其他的操作。

   • 注册BeanPostProcessor：开发者可以自定义一个或多个实现了BeanPostProcessor接口的类，然后将它们注册到Spring容器中。这可以通过XML配置文件、Java配置类或者注解方式来完成。一旦注册，这些BeanPostProcessor将会被Spring容器调用。

   • 回调方法执行：当Spring容器创建和初始化Bean时，它会在适当的时机调用已注册的BeanPostProcessor的回调方法。具体的调用时机如下：

     • 在Bean的实例化后，但在初始化方法调用之前，会调用postProcessBeforeInitialization方法。

     • 在Bean的初始化方法调用后，会调用postProcessAfterInitialization方法

   • 自定义逻辑：开发者可以在这两个回调方法中编写自己的逻辑，例如，可以在postProcessBeforeInitialization方法中进行属性设置或校验，也可以在postProcessAfterInitialization方法中执行一些清理工作。

     • 在Java中，回调方法（Callback Methods）是一种常见的编程模式，它允许一个对象（通常是一个类）将某个方法的引用传递给另一个对象，以便在特定事件发生时调用该方法。回调方法通常用于事件处理、异步编程和自定义扩展点等情况。

7. ​Spring底层实现Bean后置处理器（BeanPostProcessor）机制主要依赖于接口和容器生命周期回调方法。Bean后置处理器允许在容器实例化、配置和初始化Bean之前和之后执行自定义逻辑，例如修改Bean的属性，执行代理等操作。以下是Spring底层如何实现Bean后置处理器机制的简要说明：

   • 接口定义：BeanPostProcessor是Spring框架提供的接口，其中包含了两个回调方法：

     • postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName): 在Bean的初始化之前调用。开发者可以在此方法中修改Bean实例的属性或执行自定义初始化逻辑。

     • postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName): 在Bean的初始化之后调用。开发者可以在此方法中进行清理工作或者对Bean进行后处理。

   • 注册BeanPostProcessor：开发者可以创建自定义的实现了BeanPostProcessor接口的类，并将这些后置处理器注册到Spring容器中。这通常可以通过XML配置文件、Java配置类或注解方式来完成。

   • 容器生命周期回调方法：Spring容器在不同的生命周期阶段会自动调用已注册的Bean后置处理器的回调方法。以下是典型的生命周期回调方法执行顺序：

     • 创建Bean实例。

     • 在调用Bean的构造函数之后，但在初始化方法（如果有的话）之前，调用postProcessBeforeInitialization方法。

     • 在调用Bean的初始化方法之后，调用postProcessAfterInitialization方法。

   • 自定义逻辑：开发者可以在postProcessBeforeInitialization和postProcessAfterInitialization方法中编写自己的逻辑，以根据需要修改、增强或清理Bean。

   • AOP代理（可选）：在postProcessBeforeInitialization方法中，开发者可以选择创建AOP代理以包装Bean。这可以用于实现AOP切面。

8. 原生Spring底层实现AOP（面向切面编程）主要依赖于动态代理和反射机制。Spring使用AOP实现了横切关注点（cross-cutting concerns）的模块化，允许在不改变业务逻辑的情况下，将横切关注点（如日志、事务、安全性检查等）应用于应用程序的各个部分。以下是Spring底层如何实现AOP的简要说明：

   • AOP核心概念：

     • 切面（Aspect）：切面是包含横切关注点的模块。它定义了何时以及在何地应用横切关注点。

     • 连接点（Join Point）：连接点是在应用程序中可能被拦截的点，例如方法调用、异常抛出等。

     • 通知（Advice）：通知是在连接点上执行的动作，包括"前置通知"、"后置通知"、"环绕通知"、"抛出异常通知"和"最终通知"。

     • 切点（Pointcut）：切点是一组连接点的集合，它定义了哪些连接点应该被拦截。

   • AOP代理生成：Spring底层使用JDK动态代理和CGLIB两种方式生成AOP代理。具体的代理方式取决于目标Bean是否实现了接口。如果目标Bean实现了接口，Spring将使用JDK动态代理，否则将使用CGLIB代理。代理对象负责调用切面的通知方法。

   • 通知执行：当目标方法被调用时，AOP代理会根据切面定义的通知类型，在连接点上执行相应的通知。例如，前置通知会在方法执行前执行，后置通知会在方法执行后执行。

   • 切点匹配：Spring使用切点表达式（Pointcut Expressions）来确定哪些连接点应该被拦截。切点表达式可以根据方法名、包名、类名等条件来匹配连接点。

   • 通知执行顺序：通知可以按照特定的顺序来执行，这个顺序可以在切面配置中定义。通常情况下，通知的执行顺序包括前置通知、环绕通知、后置通知、抛出异常通知和最终通知。

   • XML配置或注解：Spring提供了两种方式配置AOP，一种是通过XML配置文件定义切面、切点和通知，另一种是使用注解来标注切面、切点和通知。

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BeanDefinition

在Spring框架中，BeanDefinition是Spring容器中的一个抽象概念，当Spring容器初始化时，它会解析配置文件或者注解，并生成相应的BeanDefinition对象。BeanDefinition是用于描述和定义一个Bean的元数据(数据的数据, 类属性的属性)信息的对象。它包含了一个Bean的类名、作用域、属性值、构造函数参数、初始化方法、销毁方法等相关信息。它的主要作用是为容器提供创建和管理Bean实例的必要信息。

通过BeanDefinition，Spring容器了解了如何实例化、配置和管理一个Bean对象。它允许我们对Bean进行灵活的配置和定制化，可以设置不同的作用域（如单例、原型等），设置属性值，指定构造函数参数等。

BeanDefinition可以通过不同的方式进行定义，包括XML配置文件、注解和Java代码等。无论使用哪种方式，最终都会被解析为BeanDefinition对象，然后由容器根据该对象来创建和管理相应的Bean实例。

Spring的BeanDefinition提供了一个统一的模型来管理和控制Bean的生命周期和行为。它使得Spring容器能够根据配置信息动态地创建和管理Bean对象，同时也提供了强大的扩展和定制化能力。

类加载器和类路径classPath

java的类加载器3种

• Bootstrap类加载器--—----—--—---对应路径jre/lib
• Ext类加载器---------—----------对应路径jre/lib/ext
• App类加载器--—-------------—--对应路径classpath

App类加载器常用, classpath 类路径，就是 java.exe 执行时，指定的路径，比如

"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\bin\java.exe" "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2023.1.2\lib\idea_rt.jar=55328:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2023.1.2\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_181\jre\lib\rt.jar;D:\NewExecllction\exicesecode\lxb-spring\target\classes;C:\Users\Administrator\.m2\repository\org\springframework\spring-context\5.3.8\spring-context-5.3.8.jar;C:\Users\Administrator\.m2\repository\org\springframework\spring-aop\5.3.8\spring-aop-5.3.8.jar;C:\Users\Administrator\.m2\repository\org\springframework\spring-beans\5.3.8\spring-beans-5.3.8.jar;C:\Users\Administrator\.m2\repository\org\springframework\spring-core\5.3.8\spring-core-5.3.8.jar;C:\Users\Administrator\.m2\repository\org\springframework\spring-jcl\5.3.8\spring-jcl-5.3.8.jar;C:\Users\Administrator\.m2\repository\org\springframework\spring-expression\5.3.8\spring-expression-5.3.8.jar;C:\Users\Administrator\.m2\repository\org\springframework\spring-aspects\5.3.8\spring-aspects-5.3.8.jar;C:\Users\Administrator\.m2\repository\org\aspectj\aspectjweaver\1.9.6\aspectjweaver-1.9.6.jar" com.lxb.spring.AppMain

ClassLoader的getResource方法