springIoC容器的实现
目录
-
- 1 IOC容器的概述
-
- 1.1 IOC容器和依赖反转模式
- 1.2 SpringIOC的应用场景
- 2.IOC 的实现
-
- 2.1 什么是容器？
- 2.2 什么是BeanDefinition？
- 2.3 IOC容器的设计
- 2.4 区分BeanFactory和FactoryBean
- 2.5 编程式使用IOC容器
- 2.6 ApplicationContext的应用
- 3.IOC容器的初始化过程
-
- 过程一：BeanDefinition的Resource定位
- 过程二：BeanDefinition的载入
- 过程三：向IOC容器中注册BeanDefinition
- 4.IOC容器的依赖注入
-
- 4.1 依赖注入的原理
- 4.2 依赖关系处理的过程
- 4.3 总结
- 5.IOC容器其他相关特性的设计和实现
-
- 5.1 IOC容器中的Bean的生命周期
- 5.2 lazy-init属性和预实例化
1 IOC容器的概述
1.1 IOC容器和依赖反转模式
2004年，M.K就提出了“哪个方面的控制被反转了？”他的结论：依赖对象的获得被反转了。所以他提出了控制反转的别名：“依赖注入”。
举例：在我们实现一个应用的时候，都是需要多个类进行互相合作来完成业务逻辑或是功能的。例如：实现一个常见的登录功能。就需要我们在后台编写多个类来实现登录的各个部分。controller、service、dao常见的三层架构，这就至少编写三个类。每个对象都需要它依赖的对象的引用。例如controller层的类接收前端请求和数据，调用service层的类实现具体的业务，service层的类调用dao层的接口实现数据的增删改查。形成了层层引用的关系。这样的关系就是一种依赖。如果获取引用的过程要靠自身实现，代码就会高度耦合。
如何进行注入？怎样反转？
应用控制反转后，由一个IOC容器内的所有对象的外界实体将其所依赖的对象的引用传递给它。即依赖被注入到对象中。通过使用IOC容器， 对象依赖关系的管理被反转了，转到IOC容器中来了，对象之间相互依赖关系由IOC容器同一管理，并由IOC容器完成对象的注入。
管理对象的优势：
1.把需要执行的诸如：新建对象、为对象引用赋值等操作由容器同一完成
2.将用于处理数据不常发生变化对象、不常涉及数据和状态共享的对象进行管理
3.一些依赖关系非常稳定的对象非常适合IOC容器进行管理
1.2 SpringIOC的应用场景
在spring中，Spring IOC提供了一个基本的JavaBean容器，通过IOC模式管理依赖关系，并通过依赖注入和AOP切面增强了为JavaBean这样的POJO对象赋予事务管理、生命周期管理等基本功能。IOC主动管理这些引用调用组件这种依赖关系，将这些依赖关系注入到组件中；
注入实现的方式：
-
接口注入（Type 1 IOC）
-
setter注入（Type 2 IOC）
-
构造器注入（Type 3 IOC）
2.IOC 的实现
在Spring IOC容器中，由两个主要的容器系列：
- BeanFactory：接口，只实现容器的基本功能
- ApplicationContext应用上下文：容器的高级形态，在基本容器的基础上增加了很多的高级特性，同时对很多环境进行了适配。
2.1 什么是容器？
我们通常说的IOC容器实际上代表着一系列功能各异的容器产品，只是容器的功能有大有小，有各自的特点；
举例：以水桶为例，商店卖的水桶有大有小，工艺、材料等都不相同，但是只要可以装水，具备水桶的基本特性，这就是水桶，可以供用户使用。
在Spring中同样如此，Spring有各种各样的IOC容器供用户选择和使用，使用什么样的容器由用户自己进行决定。其中IOC容器就好比水桶一样，BeanFactory接口类是容器的基本规范，就好比水桶能可以装水是制作水桶的基本规范。为了满足不同的功能需要，从基本规范出发，延伸出不同的容器形式。满足用户不同的需要。例如：顾客买水桶，有人需要大一点的水桶，有的人需要的是结实一点的水桶，用在不同的地方。
2.2 什么是BeanDefinition？
Spring通过定义BeanDefinition来管理基于Spring的应用中的各种对象以及他们之间的相互依赖关系。依赖反转功能都是围绕BeanDefinition的处理来完成的，BeanDefinition就像是容器中装的水，有了这些基本数据，容器才能发挥作用。想象一下，水桶如果是一个空的，那它只能称为水桶，我们也不能确定它实际可以用来装水还是盛饭。但是装了水后，水桶就会发挥它能装水的作用来。
2.3 IOC容器的设计
上面讲了什么是IOC容器，那么知道了什么是IOC容器了，接下来就要了解IOC容器长什么样。比如知道了水桶可以装水，但是水桶是圆的、方的还是什么样的？
如图，IOC容器的接口设计框图：
BeanFactory是我们使用IOC容器应该遵守的最底层和最基本的编程规范，在Spring代码的实现中，BeanFactory只是一个接口类，没有给出具体的实现，对于DefaultListableBeanFactory，XmlBeanFactory等就是容器附加某种功能的具体的实现。
2.4 区分BeanFactory和FactoryBean
答：一个是Factory，也就是IOC容器或对象工厂；一个是Bean。在Spring中，所用的Bean都是由BeanFactory（IOC容器）来管理的，FactoryBean不是简单的Bean，而是一个能够产生或是修饰对象生成的工厂Bean，它的实现类似于设计模式中的工厂模式和修饰器模式。
2.5 编程式使用IOC容器
ClassPathResource res = new ClassPathResource("beans.xml");
DefaultListableBeanFactory factory = new DefaultListableBeanFactory();
XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(factory);
reader.loadBeanDefinition(res);
在使用IOC容器的时候，需要以下几个步骤：
- 创建IOC配置文件的抽象资源，这个抽象资源包含了BeanDefinition的定义信息；
- 创建一个BeanFactory，这里使用DefaultListableBeanFactory;
- 创建一个载入BeanDefinition的读取器，这里使用XmlBeanDefinitionReader来载入XML文件形式的BeanDefinition，通过一个回调配置给BeanFactory；
- 从定义好的资源位置读入配置信息，具体的解析过程由XmlBeanDefinitionReader来完成。完成整个载入和注册Bean定义之后，需要的IOC容器就建立起来了。就可以直接使用IOC容器了。
2.6 ApplicationContext的应用
ApplicationContext具备的高级特性：
- 支持不同的信息源；例如支持国际化的表现
- 访问资源；这个特性体现在对ResourceLoader和Resource的支持上，这样我们可以从不同地方得到Bean定义资源；
- 支持应用事件；继承了接口ApplicationEventPublisher,从而在上下文引入事件机制
- 在ApplicationContext中提供附加服务
3.IOC容器的初始化过程
简单的说，IOC容器的初始化过程是由refresh()方法来启动的，这个方法标志着IOC容器的正式启动；
启动过程：
- BeanDefinition的Resource定位，载入和注册三个基本过程
Spring是将以上三个过程分开并使用不同的模块来完成，方便进行扩展。
过程一：BeanDefinition的Resource定位
这个Resource指的是BeanDefinition的资源定位，它是由ResourceLoader通过统一 的Resource接口完成的，Resource对各种形式的BeanDefinintion都提供了统一接口。
Bean的定义就是我们常用的，如在文件系统中Bean的定义信息使用FIleSystemResource来进行抽象
这个定位过程类似于容器寻找数据的过程，就像用水桶装水先找到水的过程一样。
过程二：BeanDefinition的载入
载入过程就是找到Bean之后，想办法将Bean装到IOC容器中，是把用户定义好的Bean表示成IOC容器内部的数据结构，而这个容器内部的数据结构就是BeanDefinition；
BeanDefinition的定义：这个BeanDefinition实际上就是POJO对象在IOC容器中的抽象，通过这个BeanDefinition定义的数据结构使得IOC容器能够方便的对POJO对象也就是Bean进行管理。
举例：IOC容器就好像是一个只能装正方形木头块的箱子。一个长方形的木头块送过来，这个箱子是不能装的，想装到箱子中必须将长方形木块改变成正方形的木块。这里的正方形就是IOC容器中特定的数据结构BeanDefinition。
过程三：向IOC容器中注册这些BeanDefinition的过程
完成注册的接口：BeanDefinitionRegister接口
这个注册过程就是把载入过程中解析得到的BeanDefinition向IOC容器中进行注册。在内部是将BeanDefinition注册到一个HashMap中，IOC容器就是通过这个HashMap来持有这些BeanDefinition数据的；
注意：以上三步的IOC容器的初始化过程不包括Bean依赖注入的实现，在Spring IOC设计中，Bean定义的载入和依赖注入是两个独立的过程。依赖注入一般发生在应用第一次通过getBean向容器索取Bean的时候。也可以通过lazyinit属性预加载；
过程一：BeanDefinition的Resource定位
首先就是让spring找到我们写的xxx.xml文件或是其他形式的文件
下面是以XML文件为例：
BeanDefinition在过程中的FileSystemXMLApplicationContext的实现：
public class FileSystemXmlApplicationContext extends AbstractXmlApplicationContext {
public FileSystemXmlApplicationContext() {
}
public FileSystemXmlApplicationContext(ApplicationContext parent) {
super(parent);
}
// 这个构造函数的configLocation包含的是BeanDefinition所在的文件路径
public FileSystemXmlApplicationContext(String configLocation) throws BeansException {
this(new String[] {configLocation}, true, null);
}
// 这个构造函数的configLocation包含的是多个BeanDefinition所在的文件路径
public FileSystemXmlApplicationContext(String... configLocations) throws BeansException {
this(configLocations, true, null);
}
// 可以指定双亲IOC容器
public FileSystemXmlApplicationContext(String[] configLocations, ApplicationContext parent) throws BeansException {
this(configLocations, true, parent);
}
public FileSystemXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh) throws BeansException {
this(configLocations, refresh, null);
}
/**
* 在对象的初始化过程中，调用refresh函数载入BeanDefinition，这个函数启动了载入过程
*/
public FileSystemXmlApplicationContext(
String[] configLocations, boolean refresh, @Nullable ApplicationContext parent)
throws BeansException {
super(parent);
setConfigLocations(configLocations);
if (refresh) {
refresh();
}
}
@Override
protected Resource getResourceByPath(String path) {
if (path.startsWith("/")) {
path = path.substring(1);
}
return new FileSystemResource(path);
}
}
在上述类的构造函数中，实现了对configuration进行处理的过程，让所有的文件系统中的以XML文件形式存在的BeanDefinition都能够得到有效处理。
注意：refresh()方法是实现容器初始化的一个重要入口。
总结资源定位的逻辑：1.调用refreshBeanFactory()------>getResourceByPath()对path进行解析—返回—>FileSystemResource对象—>文件在系统中定位的BeanDefinition。
如果是其他的ApplicationContext，那么会对应生成其他种类的Resource，比如：ClassPathResource、ServletContextResource.
在BeanDefinition定位完成的基础上就可以通过返回的Resource对象进行BeanDefinition的载入了。在定位完成后，为BeanDefinition的载入创造了I/O操作的条件，就是找到了我们平时写的mybatis.xml、springContext.xml等文件了，但是文件中的数据还没有读，读取文件中的数据就在BeanDefinition的载入和解析中完成。
过程二：BeanDefinition的载入
什么是BeanDefinition的载入？这个载入的过程相当于把定义的BeanDefinition在IOC容器中转化成一个spring内部表示的数据结构的过程。平时我们实现的IOC容器对Bean的管理和依赖注入功能的实现，是通过对其持有的BeanDefinition进行各种相对应的操作完成的，IOC容器通过使用HashMap对BeanDefinition的数据进行保存。
找到某种固定的形式的文件的BeanDefinition的载入流程图：
在读取器中得到代表XML文件的Resource，得到XML文件对象，就可以按照spring的Bean定义规则来对这个XML文档进行解析了。
解析过程方法调用流程图：
上面说的对Bean元素进行解析的过程就是BeanDefinition依据XML中的定义被创建的过程。这个BeanDefinition可以看成是对的抽象。在上面的方法parseBeanDefinitionElement()就完成了对元素属性、构造函数设置等的处理。
经过以上这样层层解析过程，我们在XML文件中定义的BeanDefinition就被整个载入到了IOC容器中，并在IOC容器中建立了数据映射。在IOC容器中建立了对应的数据结构。经过以上的载入过程，IOC容器大致完成了管理Bean对象的数据准备工作（初始化的过程）。现在在IOC容器BeanDefinition中存在的还只是一些静态的配置信息，也就是说着时候的容器还没有完全起作用，还需要完成数据向容器的注册。
过程三：向IOC容器中注册BeanDefinition
前面已经分析过BeanDefinition在IOC容器中的载入和解析的过程。在载入和解析完成后，用户自己定义的BeanDeFinition信息已经在IOC容器内建立起自己的数据结构和相应的数据表示了。但是这些数据还不能被IOC容器使用，需要将这些BeanDefinition向IOC容器注册。
注册过程：
在DefaultListableBeanFactory类实现了BeanDefinitionRegister接口，这个接口完成了BeanDefinition向容器的注册。注册过程就是讲解析得到的BeanDefinition设置到hashMap中。
注意：在registerBeanDefinition()方法中，如果遇到同名的beanDefinition但又不允许覆盖就会抛出异常。
正常注册的过程就是把Bean的名字存入到beanDefinitionName的同时，把beanName作为Map的key,把beanDefinition作为Value存入到IOC容器持有的beanDefinitionMap中。
4.IOC容器的依赖注入
上面的初始化过程完成的主要工作就是在IOC容器中建立起BeanDefinition数据映射，但是在此过程中并没有对Bean的依赖关系进行注入。IOC容器是怎样对Bean的依赖关系进行注入的呢？
4.1 依赖注入的原理
1.当前IOC容器已经完成了初始化的过程（载入了用户定义的Bean信息）
2.依赖注入是什么时候发生的？在用户第一次向IOC容器索要Bean时触发的。当然可以在BeanDefinition信息中通过设置lazy-init 属性来让容器完成对Bean的预先实例化，预实例化是在初始化过程中完成的依赖注入。
依赖注入过程：从getBean() 方法出发：
上面就是实例化Bean的过程，在实例化Bean对象生成的基础上，也就是Bean对象生成后，Spring是怎样把Bean对象的依赖关系设置好的？从而完成整个依赖注入的过程。
4.2 依赖关系处理的过程
依据：就是已经解析得到的BeanDefinition。过程从上图的populateBean()方法开始。通过使用BeanDefinitionResolve来对BeanDefinition进行解析，调用方法BeanWrapperImpl中完成Bean的属性值的注入。
4.3 总结
在Bean的创建和对象依赖注入的过程中，需要依据之前对BeanDefinition的载入的信息来递归的完成依赖注入。这些递归过程都是以getBean() 为入口的。一个递归是在上下文体系中查找需要的bean和创建bean 的递归调用。另一个是依赖注入时，通过递归调用容器中的getBean方法，得到当前Bean依赖的Bean,同时也触发对依赖的Bean的创建和注入。
在对Bean的属性进行解析的过程也是递归的过程，根据依赖关系一层层的实现Bean的创建和注入。最后就完成了当前Bean的创建。
5.IOC容器其他相关特性的设计和实现
5.1 IOC容器中的Bean的生命周期
- Bean实例的创建
- 为Bean实例设置属性
- 调用Bean的初始化方法
- 应用可以通过IOC容器使用Bean
- 当容器关闭时，调用Bean的销毁方法
5.2 lazy-init属性和预实例化
从之前的refresh方法看起，在该方法中调用了finishBeanFactoryInitialization(beanFactory)方法对init属性进行了处理。之后调用的是preInstantiateSignaletons方法完成处理。preInstantiateSignaletons方法中调用getBean()完成接下来的初始化过程。和之前的分析初始化过程就一样的了。不同的就是时间和调用getBean方法的位置不同。