Spring 源码阅读(IOC容器)-容器启动1

    我们知道Spring框架提供基于依赖注入的IOC容器，完成对象的构造、依赖注入、对象声明周期维护等功能，下面将以FileSystemXmlApplicationContext为例来分析Spring IOC容器的实现。

1.容器类图

    从整体上看Spring容器可以分为两大部分：外部容器和内部容器。我们经常使用的FileSystemXmlApplicationContext、ClassPathXmlApplicationContext表现为外部容器,他们的父类都继承了ResourceLoader（资源加载），因此他们主要侧重于对外部资源的注入、解释方面的处理，而对于对象的构造、注入等声明周期维护则委托给内部对象实现，通过区分外部容器和内部容器，可以有效保护内部容器管理的bean，防止外部错误的调用破坏对象状态。
                                                                        图-1 外部容器类图

                                                                           图2 内部容器类图
    从类图分析可以看到Spring的IOC容器可以分成两部分：外部容器和内部容器。外部容器(FileSystemXmlApplicationContext)主要负责与外部的调用进行沟通，包括接收外部的配置信息、为外部提供受容器管理的Bean、外部配置信息的解释、BeanDefinition的缓存等。内部容器(DefaultListableBeanFactory--深绿色)主要负责Bean的声明周期管理，包括Bean的注册、Bean的缓存、Bean的销毁等。

1.1 接口和类说明

类图中列出了多种类和接口，下面列出重点的进行说明。注意官方说明，翻译自API。

接口ListableBeanFactory

官方说明

BeanFactory接口的扩展，由那些能够列举它们所管理的所有bean实例的bean工厂所实现。而不是试图通过来自于客户端的by name方式的bean查找。预载所有bean definitions的BeanFactory实现可能会实现该接口。

个人理解：提供bean factory所管理bean的枚举的接口

接口HierarchicalBeanFactory

官方说明

由bean factory实现的子接口，实现了该接口的bean factory能成为一个层次结构的一部分。

个人理解：用以组织bean factory层次的一个接口。

接口ApplicationContext

官方说明：

中心接口，以提供应用程序的配置。当应用程序正在运行，这是只读的，但如果实现支持，它是允许重新加载的。

一个ApplicationContext提供如下功能：

用来访问应用程序组件的bean factory方法，其继承自ListableBeanFactory。

能以通用的方式加载文件资源，其继承自ResourceLoader。

能够向注册的监听器发布事件，其继承自ApplicationEventPublisher。

能够解析消息，支持国际化，继承自MessageSource。

继承自父上下文，后代上下文中的Definition将总能获得优先级，这意味着，例如，一个单亲上下文能够被整个应用程序使用，而每个servlet有它自己的孩子上下文，它独立于其他的servlet。

接口AutowireCapableBeanFactory

官方说明

BeanFactory接口的扩展，可以被那些有能力自动装配的bean factory实现，用以达到为存在的bean暴露此项功能的目的。

该接口不应在常见的应用程序中使用，黏合BeanFactory或者ListableBeanFactory是其典型的应用案例。

应该注意的是，该接口不应被ApplicationContext直接实现，因为应用程序代码几乎不曾被应用程序代码使用。也就是说，它也可以通过访问ApplicationContext的getAutowireCapableBeanFactory（）方法从应用程序上下文中获得，即获得一个AutowireCapableBeanFactory实例。
个人理解

从接口定义的方法中可以看出，该接口主要用于自动装配bean，包括创建bean、装配bean的属性、装配bean的依赖、注册bean等。该接口对于外部的应用程序而言，几乎不需要使用，其只应用于Spring容器的内部管理，实际上只有内部bean factory实现此功能。关于内部bean factory后面会有说明。

接口ConfigurableApplicationContext

官方说明

SPI(单个程序启动)接口将会被大多数而不是全部的应用程序上下文实现，除了在ApplicationContext中的应用程序上下文客户端方法，其还提供设施来配置上下文。

配置和生命周期方法被封装在这里，以避免使他们暴漏给ApplicationContext的客户端代码。这些方法应该只用于启动和关闭代码中。

个人理解:

抽象类AbstractApplicationContext

官方说明：

ApplicationContext接口的抽象实现。其不要求配置使用的存储类型，只是简单的实现了常见上下文功能。它采用了模板方法模式，因此要求具体子类实现抽象方法。

与普通的BeanFactory相比，ApplicationContext支持检测定义在其内部的bean工厂中的特殊的bean。因此，该类能自动注册BeanFactoryPostProcessor、BeanPostProcessor、ApplicationListener，它们在上下文中都被定义为beans。

通过扩展DefaultResourceLoader实现资源加载，因此，视非URL资源路径为类路径资源（支持完整类路径资源命名，包括包路径，例如mypackage/myresource.dat），否则getResourceByPath方法需要在子类中覆写。

个人理解：

该类提供了BeanFactory的后置processor的注册、应用上下文的双亲维护、资源加载的功能。

抽象类AbstractRefreshableApplicationContext

ApplicationContext的基类的实现，其支持多次refreshs，每次创建一个内部bean工厂实例。通常（但不一定），一个上下文将会由一系列的配置定位来驱动，加载bean definations。

子类唯一需要实现的方法是loadBeanDefinitions，该方法主要是获取每次刷新调用。具体的实现应该是加载bean定义到给定的org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory，通常委托给一个或多个特定的bean definition readers。

抽象类AbstractRefreshableConfigApplicationContext

官方说明

AbstractRefreshableApplicationContext的子类，增加了针对指定的配置位置(configLocations)的常见的处理。可以作为基于XML应用程序上下文实现的基类，例如ClassPathXmlApplicationContex与FileSystemXmlApplicationContext，也可以是XmlWebApplicationContext与XmlPortletApplicationContext。
个人理解：

主要为配置文件位置的设置提供入口，即实现了setConfigLocation方法。这就提供了不依赖于Spring的且更灵活、通用的配置注入方式。

抽象类AbstractXmlApplicationContext说明：

ApplicationContext的便利基类的实现。用于提取包含bean definition信息的XML文档，该文档由XmlBeanDefinitionReader负责解释。

子类要实getConfigResources和/或getConfigLocations，此外，他们可能会覆盖
getResourceByPath钩子来解释相对路径。

类FileSystemXmlApplicationContext说明

独立的XML应用程序上下文，它从文件系统或者URLs获得上下文定义，解释普通路径为相对文件系统位置（如“MYDIR/ myfile.txt”），同时它也是有用的测试工具与独立环境。

普通路径总是会被解释为相对当前VM的工作目录，即使他们以斜线开头。（这与Servlet容器的语义是一致的。）使用一个明确的“file：”前缀，以执行一个绝对文件路径。

配置文件位置默认值可以通过getConfigLocations覆盖，配置位置可以表示为“/ MYFILES/ context.xml中”之类的具体文件，也可以像“/ MYFILES/ *- context.xml”似的Ant风格模式（org.springframework.util.AntPathMatcher）。

注意：在多个配置位置的情况下，以后的bean定义覆盖先前加载的文件中定义的。这可以通过一个额外的XML文件，来故意覆盖某些bean定义。

这是一个简单的，一站式的便利的ApplicationContext。考虑结合使用GenericApplicationContext和XmlBeanDefinitionReader提供更灵活的上下文设置。

接口ResourceLoader

加载资源(例如，类路径和文件路径)的策略接口，ApplicationContext需要提供此功能，加上扩展的ResourcePatternResolver支持。DefaultResourceLoader是该接口的独立实现，它可用于ApplicationContext以外，也可以被ResourceEditor使用。

接口ResourcePatternResolver

解释位置模式的策略接口，其扩展自ResourcePatternResolver接口。

类PathMatchingResourcePatternResolver

ResourcePatternResolver接口的实现，能够把指定的资源位置路径转化为一个或者多个匹配资源。源路径可能是一个简单的路径，它一对一映射到目标(Resource)，或者可能选择性地包含特定的“classpath*：”前缀和/或者Ant-style正则表达式（由org.springframework.util.AntPathMatcher匹配）

在一般的情况，如果指定的位置路径没有以“classpath*：”前缀开始，并且未包含PathMatcher模式，解释器将通过调用ResourceLoader的getResource方法返回单一的资源。例子可包括真实的 URLs，例如file:C:/context.xml；伪URLs，例如classpath:/context.xml；简单的无前缀的路径，例如，/WEB-INF/context.xml。

2容器启动分析

2.1容器的构建
我们以FileSystemXmlApplicationContext为例来分析容器的启动过程，首先看看FileSystemXmlApplicationContext的构造函数:

public FileSystemXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, ApplicationContext parent)
throws BeansException

{
        super(parent);
        setConfigLocations(configLocations);
        if (refresh)

{
//refresh方法是容器启动的核心，包括内部容器的维护,资源定位处理,资源的解析、注册等。
refresh();
}
}
关于super的调用，以下代码是个重点：
以下代码来自于AbstractApplicationContext，这里要注意的是容器在构造时自动构造了资源模式解释器，关于资源模式解释器后面会有介绍.
// 资源模式解释器，用于解释处理ant-style配置信息,也可以把它理解为批量资源解释器,并把解释的一组资源定位解释成Resource.该实例在容器创建时会自动创建
private ResourcePatternResolver resourcePatternResolver;
public AbstractApplicationContext(ApplicationContext parent)

{
this.parent = parent;
this.resourcePatternResolver = getResourcePatternResolver();
}
protected ResourcePatternResolver getResourcePatternResolver()

{
return new PathMatchingResourcePatternResolver(this);
}

一般情况下，我们可以通过编码的方式来启动容器，例如，如下：

ApplicationContext context = new FileSystemXmlApplicationContext (
new String[]

{"classpath:applicationContext*.xml"} , true , null );
BeanFactory factory = (BeanFactory) context;

2.2容器的初始化
2.2.1Refresh方法分析
我们接下来分析fresh方法，该方法由FileSystemXmlApplicationContext的父类AbstractApplicationContext实现，从图1可以看到AbstractApplicationContext是ApplicationContext接口的最顶层实现。注意:方法中的子方法调用将在后面的章节中分别介绍。

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException

{
//获得启动关闭监视器，防止此刻容器被其他线程操作。
synchronized (this.startupShutdownMonitor)

{
            prepareRefresh();//激活容器的活动状态，采用锁进行同步
/** *//** *//** *//**这里是容器初始化最为关键的一步，主要完成：
1.内部容器的初始化，包括对已经存在的内部容器管理的资源的销毁、内部容器的销毁、创建新的内部容器等；
2.资源定位解释，即把configLocations解释成一个或者多个Resource;
3.BeanDefinition加载与注册，把Resource加载解释成xml Document，然后对Document进行解释，形成BeanDefinition，并对Definition进行注册；*/
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

            //内部工厂的预处理，主要是注册一些Spring组件
            prepareBeanFactory(beanFactory);

            try

{
    // Allows post-processing of the bean factory in context subclasses.
                postProcessBeanFactory(beanFactory);
//调用BeanFactory的后置处理，其处理的流程是:
/** *//** *//** *//**
(1)先对在prepareBeanFactory阶段注册的后置处理组件先进行调用;
(2)然后从容器加载BeanFactoryPostProcessor类型的bean,进行调用处理，这类例子我们经常用到，例如PropertyPlaceholderConfigurer在分离数据库配置中的使用；*/
                invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
                // Register bean processors that intercept bean creation.
                registerBeanPostProcessors(beanFactory);
                // Initialize message source for this context.
                initMessageSource();
// Initialize event multicaster for this context.
                initApplicationEventMulticaster();
// Initialize other special beans in specific context subclasses.
                onRefresh();
                // Check for listener beans and register them.
                registerListeners();
                // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
                finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
                // Last step: publish corresponding event.
                finishRefresh();
            }

            catch (BeansException ex)

{
                beanFactory.destroySingletons();
                cancelRefresh(ex);
                throw ex;
            }
        }
    }

2.2.2 obtainFreshBeanFactory方法分析

该方法是在refresh方法中调用的，它主要完成了以下任务：
    1.内部容器的初始化，包括对已经存在的内部容器管理的资源（缓存的singleton bean以及bean name）的销毁、内部容器的销毁、创建新的内部容器、容器的定制等；
    2.资源定位解释，即把configLocations解释成一个或者多个Resource;
    3.BeanDefinition加载与注册，把Resource加载解释成xml Document，然后对Document进行解释，形成BeanDefinition，并对Definition进行注册；BeanDefinition就是spring对bean的定义，在spring构造bean以及维护bean的引用关系时用到。
    obtainFreshBeanFactory方法由抽象类AbstractApplicationContext定义，代码如下：

protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory()

{
        refreshBeanFactory();
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();
         ……
        return beanFactory;
}

protected abstract void refreshBeanFactory() throws BeansException, IllegalStateException;

public abstract ConfigurableListableBeanFactory getBeanFactory() throws IllegalStateException;

从代码中可以看到方法refreshBeanFactory与getBeanFactory都被定义为抽象方法，这是典型的模板方法模式。其中子类AbstractRefreshableApplicationContext与GenericApplicationContext都实现这些方法，接下来以AbstractRefreshableApplicationContext的实现作进一步说明。
2.2.2.1 refreshBeanFactory方法分析

/** */ /** Bean factory for this context */
// 上下文中的beanFactory,这个factory就是所的内部容器，可以在图2中看到它的继承关系
private DefaultListableBeanFactory beanFactory;

protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException

{
if (hasBeanFactory())

{//检查beanFactory是否为空,如果不为空，则销毁singletonBeans缓存、singletonFactories工厂缓存、beanFactory等；
            destroyBeans();
            closeBeanFactory();
        }
        try

{
// 创建internal bean factory，即属性beanFactory
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();               customizeBeanFactory(beanFactory);
        loadBeanDefinitions(beanFactory);// 加载BeanDefinition，下面重点讨论的
        synchronized (this.beanFactoryMonitor)

{
            this.beanFactory = beanFactory;
            }
        }
        catch (IOException ex)

{
            throw new ApplicationContextException(
                    "I/O error parsing XML document for application context [" + getDisplayName() + "]", ex);
        }
    }

容器可以有双亲(AbstractApplicationContext类的parent)，每个容器下都有一个beanFactory(AbstractRefreshableApplicationContext下)，该beanFactory的类型为DefaultListableBeanFactory，我们称之为内部容器。它才是真正意义上bean的管理容器，因为缓存相关bean的信息的载体是由其父类DefaultSingletonBeanRegistry负责的，这一点在下面的destroyBeans方法分析中将能看到。

refreshBeanFactory()方法详细说明：

<1>检查内部的beanFactory是否存在，如果存在则要销毁beanFactory内存在的相关资

源(关于销毁的资源参看destroyBeans方法的说明)以及关闭beanFactory；

<2>构造新的内部bean factory，并定制该工厂，定制的选项主要包括：allowBeanDefinitionOverriding(是否允许bean definition覆盖)

allowCircularReferences(是否允许bean之间循环引用)

<3>加载bean definition；

destroyBeans()方法解析

在解析之前我们先明确一件事情，spring把bean分为单实例(singleton)与原型(prototype)两种类型。对于singleton类型的bean,容器只保留一个实例，而原型类型的bean是容器每次接受请求通过defination创建的一个新实例。因此，我们都能够推断出容器是要缓存singleton bean的，事实上spring也确实这样做的。

destroyBeans主要完成了以下任务，销毁singleton beans、early singleton beans、singleton factory beans、disposable beans以及disposable beans的依赖beans。destroyBeans方法由DefaultListableBeanFactory的父类DefaultSingletonBeanRegistry实现的，包括对singleton beans的相关缓存实现，其代码如下：

protected void destroyBeans()

{
getBeanFactory().destroySingletons();//destroySingletons()的实现在下面
//这里的getBeanFactory()获得的是上面提到的内部容器beanFactory
}

/** */ /** */ /** */ /*************以下代码摘自DefaultSingletonBeanRegistry**********/
// 缓存singleton对象集合,映射关系为bean name--> bean instance
/** */ /** */ /** */ /**ConcurrentMap的创建：jdk5以及以上使用juc包的ConcurrentMap；否则，存在edu的ConcurrentMap则使用edu的ConcurrentMap，否则使用Collection.synchronizedMap(HashMap)；*/
private final Map singletonObjects = CollectionFactory.createConcurrentMapIfPossible( 16 );

/** */ /** */ /** */ /** Cache of singleton factories: bean name --> ObjectFactory */
/** */ /** */ /** */ /**缓存singleton factory bean集合，这是不是说明一个singleton的beanName需要对应一个真实的singleton bean以及一个singleton factory bean呢？答案是否定的，FactoryBean存在的意义在于：在开发中可能存在需要类似于工厂模式创建类的需求，即一个对象是由工厂代理创建的，尤其是在第三方库结合的时候，可以用FactoryBean来创建合适的bean.*/
private final Map singletonFactories = new HashMap();

/** */ /** */ /** */ /** Cache of early singleton objects: bean name --> bean instance */
// 缓存早期的singlton bean，那么早期是如何定义的呢？spring又是如何管理的呢？实际上，earlySingletonObjects 存储的是FactoryBean的getObject方法获得的bean，singletonFactories 存储FactoryBean(详见：getSingleton()方法)
//当调用外部容器的getBean方法时，外部容器将调用转交给DefaultListalbeBeanFactory，它会依次检查singletonObjects 、earlySingletonObjects 、singletonFactories 是否存在。
private final Map earlySingletonObjects = new HashMap();

/** */ /** */ /** */ /** Set of registered singletons, containing the bean names in registration order */
// 注册的singleton bean集合，主要包含以注册顺序存储的bean names
private final Set registeredSingletons = new LinkedHashSet( 16 );

/** */ /** */ /** */ /** Names of beans that are currently in creation */
// 当前创建的singleton bean的name
private final Set singletonsCurrentlyInCreation = Collections.synchronizedSet( new HashSet());

/** */ /** */ /** */ /** List of suppressed Exceptions, available for associating related causes */
private Set suppressedExceptions;

/** */ /** */ /** */ /** Flag that indicates whether we're currently within destroySingletons */
// 表示当前是否处于销毁singleton的状态
private boolean singletonsCurrentlyInDestruction = false ;

/** */ /** */ /** */ /** Disposable bean instances: bean name --> disposable instance */
// 处置bean，主要在bean销毁时需要调用该bean的destroy方法，即实现了disposable接口
private final Map disposableBeans = new LinkedHashMap( 16 );

/** */ /** */ /** */ /** Map between dependent bean names: bean name --> Set of dependent bean names */
// 用于保存bean的依赖关系，即一个bean依赖于哪几个bean
private final Map dependentBeanMap = CollectionFactory.createConcurrentMapIfPossible( 16 );
// 上一个的反向存储，可以理解为从属于
/** */ /** */ /** */ /** Map between depending bean names: bean name --> Set of bean names for the bean's dependencies */
private final Map dependenciesForBeanMap = CollectionFactory.createConcurrentMapIfPossible( 16 );

public void destroySingletons()

{//销毁单例
synchronized (this.singletonObjects)

{
            this.singletonsCurrentlyInDestruction = true;
        }
        synchronized (this.disposableBeans)

{
String[] disposableBeanNames = StringUtils.toStringArray(this.disposableBeans.keySet());
for (int i = disposableBeanNames.length - 1; i >= 0; i--)

{
                destroySingleton(disposableBeanNames[i]);
            }
        }
        synchronized (this.singletonObjects)

{
            this.singletonObjects.clear();  //清除singleton对象
            this.singletonFactories.clear();//清除single factory bean
            this.earlySingletonObjects.clear();//清除早期的single对象
            this.registeredSingletons.clear();
            this.singletonsCurrentlyInDestruction = false;
        }
}

下一节《Spring 源码阅读(IOC容器)-容器启动2》

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