Spring学习篇底层核心原理解析

说明

本系列文章以spring-framework-5.3.10为例 ,本篇文章的目的就是使各位读者能在使用Spring的基础上对Spring的一些比较核心的内容有一个大概的认识,并不是特别全面,会在后续的文章中一一讲解,不仅仅是停留在Spring简单的使用,而是方便后面源码的阅读以及实现方式的理解 , 文章仅是作者自己在学习Spring过程中的案例演示以及知识总结 , 如果表达不当 ,还请及时指教

1. 引入

先来看看入门使用Spring的代码:

ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");
UserService userService = (UserService) context.getBean("userService");
userService.test();

对于这三行代码应该,大部分同学应该都是比较熟悉,这是学习Spring的hello world。可是,这三行代码底层都做了什么?

  1. 第一行代码,会构造一个ClassPathXmlApplicationContext对象,ClassPathXmlApplicationContext该如何理解,调用该构造方法除开会实例化得到一个对象,还会做哪些事情?
  2. 第二行代码,会调用ClassPathXmlApplicationContext的getBean方法,会得到一个UserService对象,getBean()是如何实现的?返回的UserService对象和我们自己直接new的UserService对象有区别吗?
  3. 第三行代码,就是简单的调用UserService的test()方法,不难理解。

光看这三行代码,其实并不能体现出来Spring的强大之处,也不能理解为什么需要ClassPathXmlApplicationContext和getBean()方法,对于这三行代码,你现在可以认为:如果你要用Spring,你就得这么写。就像你要用Mybatis,你就得写各种Mapper接口。​

但是用ClassPathXmlApplicationContext其实已经过时了,在新版的Spring MVC和Spring Boot的底层主要用的都是 AnnotationConfigApplicationContext

AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
//ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");
UserService userService = (UserService) context.getBean("userService");
userService.test();
  1. 可以看到AnnotationConfigApplicationContext的用法和ClassPathXmlApplicationContext是非常类似的,只不过需要传入的是一个class,而不是一个xml文件。
  2. 而AppConfig.class和spring.xml一样,表示Spring的配置,比如可以指定扫描路径,可以直接定义Bean,比如:​

spring.xml中的内容为:

<context:component-scan base-package="com.wuzhu"/>
<bean id="userService" class="com.zhouyu.service.UserService"/>

AppConfig中的内容为:

@ComponentScan("com.wuzhu")
public class AppConfig {@Bean
  public UserService userService(){
    return new UserService();
  }}
  1. 所以spring.xml和AppConfig.class本质上是一样的。​

2. Spring中是如何创建一个对象?

其实不管是AnnotationConfigApplicationContext还是ClassPathXmlApplicationContext,目前,我们都可以简单的将它们理解为就是用来创建Java对象的,比如调用getBean()就会去创建对象(此处不严谨,getBean可能也不会去创建对象)。​

在Java语言中,肯定是根据某个类来创建一个对象的。我们在看一下实例代码:

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

当我们调用 context.getBean("userService")时,就会去创建一个对象,但是getBean方法内部怎么知道"userService"对应的是UserService类呢?​

所以,我们就可以分析出来,在调用AnnotationConfigApplicationContext的构造方法时,也就是第一行代码,会去做一些事情:

  1. 解析AppConfig.class,得到扫描路径
  2. 遍历扫描路径下的所有Java类,如果发现某个类上存在 @Component@Service 等注解,那么Spring就把这个类记录下来,存在一个Map中,比如Map。(实际上,Spring源码中确实存在类似的这么一个Map,叫做BeanDefinitionMap
  3. Spring会根据某个规则生成当前类对应的beanName,作为key存入Map,当前类作为value

这样,但调用context.getBean(“userService”)时,就可以根据"userService"找到UserService类,从而就可以去创建对象了。​

3. Bean的创建过程

那么Spring到底是如何来创建一个Bean的呢,这个就是Bean创建的生命周期,大致过程如下

  1. 利用该类的构造方法来实例化得到一个对象(但是如何一个类中有多个构造方法,Spring则会进行选择,这个叫做 推断构造方法

  2. 得到一个对象后,Spring会判断该对象中是否存在被 @Autowired 注解了的属性,把这些属性找出来并由Spring进行赋值( 依赖注入

  3. 依赖注入后,Spring会判断该对象是否实现了 BeanNameAware 接口、BeanClassLoaderAware 接口、BeanFactoryAware 接口,如果实现了,就表示当前对象必须实现该接口中所定义的setBeanName()、setBeanClassLoader()、setBeanFactory()方法,那Spring就会调用这些方法并传入相应的参数( Aware回调

  4. Aware回调后,Spring会判断该对象中是否存在某个方法被 @PostConstruct 注解了,如果存在,Spring会调用当前对象的此方法( 初始化前

  5. 紧接着,Spring会判断该对象是否实现了 InitializingBean 接口,如果实现了,就表示当前对象必须实现该接口中的afterPropertiesSet()方法,那Spring就会调用当前对象中的afterPropertiesSet()方法( 初始化

  6. 最后,Spring会判断当前对象需不需要进行 AOP,如果不需要那么Bean就创建完了,如果需要进行AOP,则会进行动态代理并生成一个代理对象做为Bean( 初始化后

通过最后一步,我们可以发现,当Spring根据UserService类来创建一个Bean时:

  1. 如果不用进行AOP,那么Bean就是UserService类的构造方法所得到的对象。
  2. 如果需要进行AOP,那么Bean就是UserService的代理类所实例化得到的对象,而不是UserService本身所得到的对象。

Bean对象创建出来后:

  1. 如果当前Bean是 单例Bean ,那么会把该Bean对象存入一个Map,Map的key为beanName,value为Bean对象。这样下次getBean时就可以直接从Map中拿到对应的Bean对象了。(实际上,在Spring源码中,这个Map就是单例池)

  2. 如果当前Bean是 原型Bean ,那么后续没有其他动作,不会存入一个Map,下次getBean时会再次执行上述创建过程,得到一个新的Bean对象。

4. 推断构造方法

Spring在基于某个类生成Bean的过程中,需要利用该类的构造方法来实例化得到一个对象,但是如果一个类存在多个构造方法,Spring会使用哪个呢?​

例1:如果有一个无参构造和一个有参构造 , 那么Spring会使用哪个构造方法?

代码如下:

@Component
public class UserService {

	@Autowired
	private OrderService orderService;

	public UserService() {
		System.out.println("无参构造");
	}

	public UserService(OrderService orderService) {
		this.orderService = orderService;
		System.out.println("有参构造");
	}
}

运行之后可以发现 , Spring使用的是无参构造方法

例2:如果有两个有参构造呢?

@Component
public class UserService {

	@Autowired
	private OrderService orderService;

	public UserService(OrderService orderService) {
		this.orderService = orderService;
		System.out.println("有参构造1");
	}

	public UserService(OrderService orderService , OrderService orderService1) {
		this.orderService = orderService;
		System.out.println("有参构造2");
	}
}

直接就是运行报错 , 报错信息如下 , 那么为什么会运行报错呢?

Caused by: org.springframework.beans.BeanInstantiationException:
 Failed to instantiate [com.lyh.service.UserService]: No default constructor found; 
 nested exception is java.lang.NoSuchMethodException: com.lyh.service.UserService.()

不妨把有参构造注释掉一个

@Component
public class UserService {

	@Autowired
	private OrderService orderService;

	// public UserService(OrderService orderService) {
	//	this.orderService = orderService;
	//	System.out.println("有参构造1");
	// }

	public UserService(OrderService orderService , OrderService orderService1) {
		this.orderService = orderService;
		System.out.println("有参构造2");
	}
}
  1. 运行之后发现 , 没有报错 , 首先证明了一点, 这样写是没有问题的 , 那么想一下 , Spring要通过构造方法去创建对象 , 但是现在有两个 , 那么到底用哪一个呢? Spring是不知道的 , 所以就抛了异常

  2. 接下来我们再分析报错信息 : No default constructor found , 没有找到一个默认的构造方法 , 现在我们是因为写了多个有参的构造从而报的错 , 那么为什么会报一个没有默认的构造方法的错呢?

  3. 其实Spring在有多个有参构造时会去找无参的构造方法 ,因为无参的构造也有一种默认的意义, 而我们又没有默认的构造方法 , 所以就抛了这个异常

如果非要有两个有参构造 , 也不是不行 , 既然它不知道用哪一个 , 那么就加一个 @Autowired 告诉它用哪一个 , 例如这样:

@Component
public class UserService {

	@Autowired
	private OrderService orderService;

	public UserService(OrderService orderService) {
		this.orderService = orderService;
		System.out.println("有参构造1");
	}
	
	@Autowired
	public UserService(OrderService orderService , OrderService orderService1) {
		this.orderService = orderService;
		System.out.println("有参构造2");
	}
}

例3:只有一个有参构造方法的情况下 ,这个方法的入参会不会有值?

首先说明 , 如果只有一个有参构造 , 那么就会覆盖整个默认无参的构造方法 , 如果还需要有无参的 , 就需要自己把它定义出来

@Component
public class UserService {

	@Autowired
	private OrderService orderService;

	public UserService(OrderService orderService) {
	    System.out.println("orderService : " + orderService);
		this.orderService = orderService;
		System.out.println("有参构造1");
	}
}

运行之后发现是有值的 , 那么这个值会从哪里来呢?
Spring学习篇底层核心原理解析_第1张图片

首先在创建UserService 这个类的时候 , 会使用这个唯一的有参构造 ,Spring就会找一个OrderService的Bean来赋值 , 前提是OrderService必须是一个Bean

那么根据什么找呢?

通常我们说一个Bean , 这个Bean肯定有一个类型的 , 还有一个名称 ,那无非就是入参的类型:OrderService, 以及参数名称: orderService

可能有人会想到 , 在Bean创建完成之后 , 会把该Bean对象存入一个Map,Map的key为beanName,value为Bean对象 , 也就是 单例池 , 那么把参数名称orderService当作key , 来这个map获取 , 这种方式可行吗?

可行是可行 , 但是有一个问题,类型是不对应的 , 很有可能注入的时候是这样注入的:

@Autowired
private OrderService memberService;

那么这样直接通过名称过去出来的类型就是不对应的 , 由此可见 , 这个名称其实不是那么的重要 ,重要的是类型

所以最保险的方式就是根据类型去找 , 但是通过类型会找到多个 , 比如代码是这样写的情况:

@ComponentScan("com.wuzhu")
public class AppConfig{

	@Bean
	public OrderService orderService1(){
		return new OrderService();
	}

	@Bean
	public OrderService orderService2(){
		return new OrderService();
	}
}

可以思考一个问题 ,现在Spring容器中有几个OrderService 类型的Bean?

AppConfig中定义了两个 , 还有我们通过@Component来声明的一个

	public static void main(String[] args) {

		AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

		Object orderService = applicationContext.getBean("orderService");
		System.out.println("orderService : " + orderService);

		Object orderService1 = applicationContext.getBean("orderService1");
		System.out.println("orderService1 : " + orderService1);

		Object orderService2 = applicationContext.getBean("orderService2");
		System.out.println("orderService2 : " + orderService2);

	}

在这里插入图片描述

很显然 , 都是有值的 , 那么通过类型找到三个 , 不可能把这三个都传进来 , 需要确定一个 , 怎么去确定其中一个呢?

我们可以通过有参构造入参的 参数名称orderService 去找 , 这样是不是就可以找到一个 , 然后赋值 , 这个名字是不会重名的,如果有重名,可能会直接覆盖 , 因为他是存在map中的 , 而map的key是不允许重复的

Spring的判断逻辑如下:

  1. 如果一个类只存在一个构造方法,不管该构造方法是无参构造方法,还是有参构造方法,Spring都会用这个构造方法

  2. 如果一个类存在多个构造方法

    • 这些构造方法中,存在一个无参的构造方法,那么Spring就会用这个无参的构造方法
    • 这些构造方法中,不存在一个无参的构造方法,那么Spring就会报错

Spring的设计思想是这样的:

  1. 如果一个类只有一个构造方法,那么没得选择,只能用这个构造方法
  2. 如果一个类存在多个构造方法,Spring不知道如何选择,就会看是否有无参的构造方法,因为无参构造方法本身表示了一种默认的意义
  3. 不过如果某个构造方法上加了@Autowired注解,那就表示程序员告诉Spring就用这个加了注解的方法,那Spring就会用这个加了@Autowired注解构造方法了

需要重视的是,如果Spring选择了一个有参的构造方法,Spring在调用这个有参构造方法时,需要传入参数,那这个参数是怎么来的呢?​

Spring会根据 入参的类型入参的名字 去Spring中找Bean对象(以单例Bean为例,Spring会从单例池那个Map中去找)

  1. 先根据入参类型找,如果只找到一个,那就直接用来作为入参
  2. 如果根据类型找到多个,则再根据入参名字来确定唯一一个
  3. 最终如果没有找到,则会报错,无法创建当前Bean对象
  4. 确定用哪个构造方法,确定入参的Bean对象,这个过程就叫做推断构造方法。

注意:下图为多个OrderService Bean但beanName没有123的

Spring学习篇底层核心原理解析_第2张图片

5. AOP大致流程

AOP就是进行动态代理,在创建一个Bean的过程中,Spring在最后一步会去判断当前正在创建的这个Bean是不是需要进行AOP,如果需要则会进行动态代理。​

如何判断当前Bean对象需不需要进行AOP:

  1. 找出所有的切面Bean
  2. 遍历切面中的每个方法,看是否写了 @Before@After 等注解
  3. 如果写了,则判断所对应的Pointcut是否和当前Bean对象的类是否匹配
  4. 如果匹配则表示当前Bean对象有匹配的的Pointcut,表示需要进行AOP
  5. 遍历出来的Bean都使用一个map缓存起来,key为某个类的名称,value为Pointcut方法集合,方便执行的时候就可以直接从缓存拿

利用cglib进行AOP的大致流程:

  1. 生成代理类UserServiceProxy,代理类继承UserService
  2. 代理类中重写了父类的方法,比如UserService中的test()方法
  3. 代理类中还会有一个 target 属性,该属性的值为被代理对象(也就是通过UserService类推断构造方法实例化出来的对象,进行了依赖注入、初始化等步骤的对象)
  4. 代理类中的test()方法被执行时的逻辑如下:
    • 执行切面逻辑(@Before)
    • 调用target.test()

当我们从Spring容器得到UserService的Bean对象时,拿到的就是UserServiceProxy所生成的对象,也就是代理对象。​

UserService代理对象.test()—>执行切面逻辑—>target.test(),注意target对象不是代理对象,而是被代理对象。​
Spring学习篇底层核心原理解析_第3张图片

6. Spring事务

当我们在某个方法上加了@Transactional注解后,就表示该方法在调用时会开启Spring事务,而这个方法所在的类所对应的Bean对象会是该类的代理对象。

Spring事务的代理对象执行某个方法时的步骤:

  1. 判断当前执行的方法是否存在 @Transactional 注解
  2. 如果存在,则利用事务管理器(TransactionMananger)新建一个数据库连接
  3. 修改数据库连接的 autocommit为false (默认为true,自动提交事务)
  4. 执行target.test(),执行程序员所写的业务逻辑代码,也就是执行sql
  5. 执行完了之后如果没有出现异常,则提交(commit),否则回滚

Spring事务是否会失效的判断标准:某个加了@Transactional注解的方法被调用时,要判断到底是不是直接被代理对象调用的,如果是则事务会生效,如果不是则失效。

注意: 添加了 @Configuration 注解以后调用 datasourse() 方法以后会先去从spring容器查找是否存在Datasourse对象,避免事务管理器和JdbcTemplate使用了不同的数据库连接对象

Spring学习篇底层核心原理解析_第4张图片

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