spring源码学习——前置知识

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前言

本文主要讲解spring源码分析需要的一些前置知识，如果已经掌握可以进行跳过。

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1、BeanFactory与ApplicationContext

通过类图结构可以发现ApplicaionContext是一个接口，并且它是BeanFactory的子接口。

通过下面这张功能对比图可以发现，BeanFactory提供了一个抽象的配置和对象的管理机制，ApplicationContext是BeanFactory的子接口，ApplicationContext包含BeanFactory的所有功能，并且还扩展了好多特性。主要扩展了如下功能：

• AOP的支持(AnnotationAwareAspectJAutoProxyCreator 作用于 Bean 的初始化之后)
• 配置元信息(BeanDefinition、Environment、注解等)
• 资源管理(Resource抽象)
• 事件驱动机制(ApplicationEvent、ApplicationListener)
• 消息与国际化(LocaleResolver)
• Environment抽象

2、常用注解及回调方法

1、Bean注册常用注解

在类上标注@Configuration注解表示这个类是一个配置类，在方法上标注@Bean注解，方法返回一个Person类型的对象，这个是向IOC容器注册一个类型为Person，Id为person的bean。方法的返回值代表注册的类型，方法名代表Bean的id，也可以直接在注解中指定bean名称。

组件注册注解，在类上标注@Component注解，代表该类会被注册到IOC容器中作为一个bean,如果没有指定bean的名字，它的默认规则是"类名的首字母小写"，@Component还有很多衍生注解，spring在迎合MVC三层架构，额外提供了三个注解：@Controller、@Service、@Repository，分别代表表现层、业务层、持久层。这三个注解的作用与@Component完全一致，底层也是@Component。

2、组件扫描注解

如果像上面只声明了组件，那么在启动IOC容器的时候，是感知不到有@Component存在的，会报错NoSuchBeanDefinitionException，所以spring给我们提供了@ComponentScan，来提供组件扫描，可以在配置类上标注一个@ComponentScan，并制定要扫描的路径，它就可以扫描注定路径包及其子包下的所有@Component组件。如果不指定扫描路径，会默认扫描本类及所在包及子包下的所有@Component组件

3、依赖注入方式

set方式注入Bean属性

构造器方式注入bean属性

注解注入

1. @Autowired：可以在Bean的属性/setter方法上标注@Autowired注解,IOC容器会按照属性对应的类型从容器着对应类型的Bean赋值到对应属性上实现自动注入。

• 如果注入的Bean不存在，可以在@Autowired注解上加一个属性：required=false。
• 如果有多个相同类型的Bean，但是beanName不一样，可以使用@Qualifier注定注入Bean的名称。其实不使用Qualifier注解，可以直接修改属性名为你要注入的beanName也行。
• 多个相同类型Bean的全部注入，可以通过使用Listxxx把一组相同类型的注入进来。
• @Autowired注入逻辑：
  先拿属性对应的类型，去 IOC 容器中找 Bean ，如果找到了一个，直接返回；如果找到多个类型一样的 Bean ， 把属性名拿过去，跟这些 Bean 的 id 逐个对比，如果有一个相同的，直接返回；如果没有任何相同的 id 与要注入的属性名相同，则会抛出 NoUniqueBeanDefinitionException 异常。

注解注入：

1. JSR250-@Resource：@resource也是用来属性注入的注解，它与@Autowired的不同之处在于：@Autowired是按照类型注入，@Resource是直接按照属性名/Bean的名称注入的。其实这个注解就相当于标注@Autowired和@Qualifier。

依赖注入的注入方式

不同注解注入对比

常见依赖注入问题：

1. 依赖注入的目的和优点？
   首先，依赖注入作为 IOC 的实现方式之一，目的就是解耦，我们不再需要直接去 new 那些依赖的类对象（直接依赖会导致对象的创建机制、初始化过程难以统一控制）；而且，如果组件存在多级依赖，依赖注入可以将这些依赖的关系简化，开发者只需要定义好谁依赖谁即可。除此之外，依赖注入的另一个特点是依赖对象的可配置：通过 xml 或者注解声明，可以指定和调整组件注入的对象，借助 Java 的多态特性，可以不需要大批量的修改就完成依赖注入的对象替换（面向接口编程与依赖注入配合近乎完美）。
2. 谁把什么注入给谁了？
   由于组件与组件之间的依赖只剩下成员属性 + 依赖注入的注解，而注入的注解又被 SpringFramework 支持，所以这个问题也好回答：IOC 容器把需要依赖的对象注入给待注入的组件。
3. 使用setter注入还是构造器注入？
   SpringFramework 4.0.2 及之前是推荐 setter 注入，理由是一个 Bean 有多个依赖时，构造器的参数列表会很长；而且如果 Bean 中依赖的属性不都是必需的话，注入会变得更麻烦；
   4.0.3 及以后官方推荐构造器注入，理由是构造器注入的依赖是不可变的、完全初始化好的，且可以保证不为 null ；
   当然 4.0.3 及以后的官方文档中也说了，如果真的出现构造器参数列表过长的情况，可能是这个 Bean 承担的责任太多，应该考虑组件的责任拆解。

3、回调注入

回调注入的根接口是一个叫Aware的接口，它是一个空接口，底下有一系列的子接口

常用的回调接口：

使用示例：这里演示最常用的ApplicationContextAware接口回调的使用示例
这里我们实现了ApplicationContextAware接口，在这个bean初始化完成后，Spring就回把ApplicationContext传给他，我们就可以干一些事情，比如下面的打印beanName。

4、普通Bean和工厂Bean

之前我们创建的Bean都是普通Bean，这里重点说一下FactoryBean的使用和场景。

1. 场景：Bean的创建需要指定一些策略，或者依赖特殊的场景来分别创建，或者一个对象的创建过程过于复杂，这个时候就可以借助FactoryBean来使用工厂方法创建对象。就比如Mybatis就是借助FactoryBean来创建SqlSessionFactory。

2. 是什么：从下图看到，FactoryBean本身是一个接口，它本身是一个创建对象的工厂，如果Bean实现了FactoryBean接口，则它本身不会在实际的业务逻辑中起作用，而是由创建的对象起作用。

FactoryBean使用：
例：下面这个Demo是小孩要买玩具，由一个玩具生产工厂来给这个小孩造玩具。这里就可以自动注入小孩，然后根据小孩喜欢什么玩具来生产什么玩具出来。

FactoryBean常见问题：

1. 如何取出FactoryBean本体：如果直接根据bean的id去容器中获取，那么取出来的是成产出来的bean，取FactoryBean的方式需要在Bean的id前面加"&"符号
   
2. BeanFactory与FactoryBean的区别：

• BeanFactory ：SpringFramework 中实现 IOC 的最底层容器（此处的回答可以从两种角度出发：从类的继承结构上看，它是最顶级的接口，也就是最顶层的容器实现；从类的组合结构上看，它则是最深层次的容器，ApplicationContext 在最底层组合了 BeanFactory ）
  FactoryBean ：创建对象的工厂 Bean ，可以使用它来直接创建一些初始化流程比较复杂的对象

5、Bean生命周期初始化销毁方法。

回想Servlet规范，Servlet提供了两个方法init和destory，用来初始化和销毁Servlet，是留给用户的回调函数，它是由父类/接口定义好，由第三方框架或容器来调用。我们来看下spring提供的初始化和销毁的回调方法。

InitializingBean&DisposableBean(这里不讲xml对应的init-method和destory-method)
这里实现这两个接口，然后在初始化和销毁的回调方法中做我们自己的逻辑处理。

JSR250规范提供的@PostConstruct和@PreDestory注解，可以直接标注在Bean的方法上，然后在初始化后和销毁前会进行回调。

上面两种声明周期同时存在顺序：顺序为@PostConstruct → InitializingBean → init-method，这里没有提到init-method，因为现在很少使用xml方式来进行bean注册了。

6、spring的事件机制&监听器

观察者模式，也称为发布订阅模式，观察者模式关注的点是某一个对象被修改/做出某些反应/发布一个信息等会自动通知他的对象(订阅者)
spring中的事件驱动核心分为四个主体：事件源、事件、广播器、监听器

• 事件源：发布事件的对象
• 事件：事件源发布的信息/做出的动作
• 广播器：事件真正广播给监听器的对象【及ApplicationContext】
  ApplicationContext接口实现ApplicationEventPublisher接口，具备事件广播器的发布事件的能力
  ApplicationEventMulticaster组合了所有监听器，具备事件广播器的广播事件的能力
• 监听器：监听的对象

spring内部提供了很多事件，如ContextRefreshedEvent等，我们不使用这些，来自定义事件开发,这里我们自定义一个事件继承ApplicationEvent

这里我们编写了一个监听器，实现了ApplicationListener，并定义我们要监听RegisterSuccessEvent事件。

这里也可以使用@EvnetListener定义监听器，在方法的参数上表示你要监听什么事件，这里可以使用@Order注解调整监听器的触发顺序，标注这个注解默认是Integer.MAX_VALUE,代表最靠后，越小越靠前。

使用ApplicationEventPublisher发布事件，这里我们实现ApplicationEventPublisherAware接口帮我们自动注入ApplicationEventPublisher，然后我们就可以在业务逻辑中通过ApplicationEventPublisher来广播事件。

7、模块装配

1. 什么是模块？
   通常模块可以理解为一个一个可以分解、组合、更换的独立单元，模块与模块之间可能存在一定的依赖，模块的内部通常是高内聚的，一个功能可以看成一个模块，一个组件也可以看成一个模块。
2. 什么是模块装配？
   模块是功能单元，那么模块装配就是把一个模块需要的核心功能组件都装配好
3. spring中的模块装配？
   在springCloud中我们集成一个组件，都是通过@Enablexxx注解，我们来剖析一下这种注解到底做了什么使用(其实就是自定义注解+@Import导入组件)

场景模拟：现在有一个酒馆，酒馆里有吧台，调酒师、服务员和老板，现在我们要装配这酒馆需要的全部组件，通过一个注解，把这些组件全部填充到酒馆中。

这里先解析一下上面的@Import注解，这个是最核心的注解，通过注释我们可以知道他可以导入配置类、ImportSelector的实现类、ImportBeanDefinitionRegistrar的实现类或者普通类。

这里导入配置类和普通类就不说了，重点看一下ImportBeanDefinitionRegistrar和ImportSelector的装配方式。

1. ImportSelector：这里实现了他的selectImports方法，返回的是String数组，他需要你返回一组全限定类名，然后把这组类注册到Spring容器中。
2. ImportBeanDefinitionRegistrar：这里实现了registerBeanDefinitions，是手动构造BeanDefinition然后注册到容器中(BeanDefinition后续会说，是bean的元数据信息)

8、条件装配

@Profile实现环境装配，profile提供了一种基于环境的配置：根据当前项目的运行时环境不同，可以动态的注册当前运行环境匹配的组件。

我们给BartenderConfiguration上添加profile，也就是注册调酒师的配置上只有当前环境处于城市才生效，默认的profile是default。

我们可以在spring启动的时候添加vmoptions设置启动的profile为city

由于Profile控制的面太大，是整个项目的运行环境，无法根据bean维度的因素决定是否装配，这个时候就可以使用@Conditional注解了。
被标注@Conditional的bean要注册到IOC容器时，必须全部满足@Conditional上指定的所有条件才可以,这里在注解中需要传入一个Condition接口的实现类数组，还需要编写条件匹配类做匹配依据。

这里编写了一个条件匹配规则类，用来判断IOC容器中是否包含Boss对象。

然后就可以把这个规则类放入Conditional，来判断装配的时候如果存在boss类才进行装配。

spring也帮我们封装好了一些通用的Conditional扩展注解，使我们不用自己编写规则类。
如下所示：

• @ConditionalOnBean：仅仅在当前上下文中存在某个对象时，才会实例化一个Bean。
• @ConditionalOnClass：某个class位于类路径上，才会实例化一个Bean
• @ConditionalOnExpression：当表达式为true的时候，才会实例化一个Bean。
• @ConditionalOnMissingBean：仅仅在当前上下文中不存在某个对象时，才会实例化一个Bean。
• @ConditionalOnMissingClass：某个class类路径上不存在的时候，才会实例化一个Bean。
• @ConditionalOnNotWebApplication：不是web应用，才会实例化一个Bean。
• @ConditionalOnBean：当容器中有指定Bean的条件下进行实例化。
• @ConditionalOnMissingBean：当容器里没有指定Bean的条件下进行实例化。
• @ConditionalOnClass：当classpath类路径下有指定类的条件下进行实例化。
• @ConditionalOnMissingClass：当类路径下没有指定类的条件下进行实例化
• @ConditionalOnWebApplication：当项目是一个Web项目时进行实例化。
• @ConditionalOnNotWebApplication：当项目不是一个Web项目时进行实例化。
• @ConditionalOnProperty：当指定的属性有指定的值时进行实例化。
• @ConditionalOnExpression：基于SpEL表达式的条件判断。
• @ConditionalOnJava：当JVM版本为指定的版本范围时触发实例化。
• @ConditionalOnResource：当类路径下有指定的资源时触发实例化。
• @ConditionalOnJndi：在JNDI存在的条件下触发实例化。
• @ConditionalOnSingleCandidate：当指定的Bean在容器中只有一个，或者有多个但是指定了首选的Bean时触发实例化。

9、BeanDefinition

1、什么是BeanDefinition？

BeanDefinition是一种配置元信息，描述了Bean的定义信息，整体包含以下几个部分：

• Bean 的类信息 - 全限定类名 ( beanClassName )
• Bean 的属性 - 作用域 ( scope ) 、是否默认 Bean ( primary ) 、描述信息 ( description ) 等
• Bean 的行为特征 - 是否延迟加载 ( lazy ) 、是否自动注入 ( autowireCandidate ) 、初始化 / 销毁方法 ( initMethod / destroyMethod ) 等
• Bean 与其他 Bean 的关系 - 父 Bean 名 ( parentName ) 、依赖的 Bean ( dependsOn ) 等
• Bean 的配置属性 - 构造器参数 ( constructorArgumentValues ) 、属性变量值 ( propertyValues ) 等

2、为什么需要BeanDefinition？

如果只是仅仅需要实例化一个bean那么只需要Class就行了，但是Class无法完成bean的抽象，如果上面的一些特性，bean的作用域，是否是懒加载的，注入模型等等，这些是class无法表示的，所以BeanDefinitiion就是存储这些和bean相关的元信息的。

3、AbstractBeanDefinition

作为Bean Definition的抽象实现，他内部定义好了一些属性，具体如下

  // bean的全限定类名
    private volatile Object beanClass;

    // 默认的作用域为单实例
    private String scope = SCOPE_DEFAULT;

    // 默认bean都不是抽象的
    private boolean abstractFlag = false;

    // 是否延迟初始化
    private Boolean lazyInit;
    
    // 自动注入模式(默认不自动注入)
    private int autowireMode = AUTOWIRE_NO;

    // 是否参与IOC容器的自动注入(设置为false则它不会注入到其他bean，但其他bean可以注入到它本身)
    // 可以这样理解：设置为false后，你们不要来找我，但我可以去找你们
    private boolean autowireCandidate = true;

    // 同类型的首选bean
    private boolean primary = false;

    // bean的构造器参数和参数值列表
    private ConstructorArgumentValues constructorArgumentValues;

    // bean的属性和属性值集合
    private MutablePropertyValues propertyValues;

    // bean的初始化方法
    private String initMethodName;

    // bean的销毁方法
    private String destroyMethodName;

    // bean的资源来源
    private Resource resource;

4、BeanDefinition是如何生成的

1. 通过 xml 加载的 BeanDefinition ，它的读取工具是 XmlBeanDefinitionReader ，它会解析 xml 配置文件，最终来到 DefaultBeanDefinitionDocumentReader 的 doRegisterBeanDefinitions 方法，根据 xml 配置文件中的 bean 定义构造 BeanDefinition ，最底层创建 BeanDefinition 的位置在 org.springframework.beans.factory.support.BeanDefinitionReaderUtils#createBeanDefinition 。
2. 通过模式注解 + 组件扫描的方式构造的 BeanDefinition ，它的扫描工具是 ClassPathBeanDefinitionScanner ，它会扫描指定包路径下包含特定模式注解的类，核心工作方法是 doScan 方法，它会调用到父类 ClassPathScanningCandidateComponentProvider 的 findCandidateComponents 方法，创建 ScannedGenericBeanDefinition 并返回。
3. 通过配置类 + @Bean 注解的方式构造的 BeanDefinition 最复杂，它涉及到配置类的解析。配置类的解析要追踪到 ConfigurationClassPostProcessor 的 processConfigBeanDefinitions 方法，它会处理配置类，并交给 ConfigurationClassParser 来解析配置类，取出所有标注了 @Bean 的方法。随后，这些方法又被 ConfigurationClassBeanDefinitionReader 解析，最终在底层创建 ConfigurationClassBeanDefinition 并返回。

5、设计BeanDefition的意义

像我们平时先编写Class再new出对象一样，spring需要对其中的bean进行定义抽取，只有抽取成统一类型/格式的模型，才能在后续的bean对象管理时进行统一管理，也或者对特殊的bean进行特殊化的处理，所以需要BeanDifinition这个抽象化的模型。

10、BeanDefinitionRegistry

1、BeanDefinitionRegistry概述

1. BeanDefinitionRegistry中存放了所有BeanDefinition
2. BeanDefinitionRegistry中维护了BeanDefinition，包含了Definition的增、删、改等API

2、BeanDefinition增、删流程

这里注册的流程是实现ImportBeanDefinitionRegistrar，这样可以在方法上拿到BeanDefinitionRegistry，然后就调用registerBeanDefinition注册BeanDefinition到容器中

这里移除的流程是需要实现BeanFactoryPostProcessor，并重写postProcessBeanFactory方法，这里Bean的后置处理器后续会说，下面就是移除调用容器中所有性别为male的Person。

11、后置处理器

1、Bean的后置处理器

1、概述

1. BeanPostProcessor是一个容器扩展点，是一个回调机制的扩展点，核心工作就是在bean的初始化前后做一些额外的处理(预初始化bean的属性值、注入特定的依赖、生成代理对象等)
2. BeanPostProcessor的执行可以指定先后顺序(可以配置多个BeanPostProcessor，摒并且通过实现Ordered接口或者@Order注解配置执行顺序)
3. BeanPostProcessor在IOC容器间互不影响(不同IOC容器的BeanPostProcessor不会互相起作用)

2、BeanPostProcessor的设计

BeanPostProcessor是一个接口，定义了两个方法，postProcessBeforeInitialization 方法会在任何 bean 的初始化回调（例如 InitializingBean 的 afterPropertiesSet 或自定义 init-method ）之前执行，而 postProcessAfterInitialization 方法会在任何 bean 的初始化回调（例如 `InitializingBean 的 afterPropertiesSet 或自定义 init-method ）之后。
Bean的初始化阶段的全流程：
BeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization → @PostConstruct → InitializingBean → init-method → BeanPostProcessor#postProcessAfterInitialization

3、BeanPostProcessor的扩展接口

InstantiationAwareBeanPostProcessor

1. postProcessBeforeInstantiation方法：在Bean的实例化之前执行
2. postProcessAfterInstantiation方法：在Bean的实例化之后处理
3. postProcessProperties：在属性赋值之前触发，PropertyValues是一组field-value的键值对，可以参与属性的赋值
4. postProcessPropertyValues：已经废弃，被postProcessProperties方法代替

SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor继承了上面的InstantiationAwareBeanPostProcessor，又额外扩展了3个方法

1. predictBeanType：预测bean的类型(不能预测时返回null)
2. determineCandidateConstructors ：根据 bean 对应 Class 中的构造器定义，决定使用哪个构造器进行对象实例化，这个方法很重要，如果 bean 没有声明任何构造器，则此处会拿到默认的无参构造器；如果声明了多个构造器，则该处会根据 IOC 容器中的 bean 和指定的策略，选择最适合的构造器
3. getEarlyBeanReference ：提早暴露出 bean 的对象引用(用以解决spring的循环依赖)

DestructionAwareBeanPostProcessor(bean的销毁前拦截处理)，bean销毁的回调方法

MergeDefinitionPostProcessor
postProcessMergedBeanDefinition方法：发生在bean的实例化之后，自动注入之前，这个是为了在属性赋值和自动注入之前，把要注入的属性都收集好，才能顺序进行注入的逻辑。
在spring容器中有一个非常重要的MergeDefinitionPostProcessor的实现就是AutowiredAnnotationBeanPostProcessor，他负责给bean实现注解的自动注入，注入的依据就是postProcessMergedBeanDefinition后整理的标记。

2、Bean工厂的后置处理器

1、概述

他操作的是bean的配置元信息，也就是BeanDefinition，可以在bean实例的初始化之前修改beanDefinition信息。

2、使用

这里可以在postProcessBeanFactory方法中，通过beanFactory拿到所有的beanDefinition，然后获取到指定bean的Definition，然后修改定义信息，下图是增加属性.

BeanPostProcessor与BeanFactoryPostProcessor对比

3、BeanDefinitionRegistryPostProcessor

1、概述

这个可以允许在BeanFactoryPostProcessor之前注册其他的BeanDefinition，所以执行时机比BeanFactoryPostProcessor更早，一般用于修改，删除，增加BeanDefinition。

2、三种后置处理器对比