Spring源码学习【一】初识IOC容器

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IOC和DI

IOC（Inversion Of Control）：控制反转，是Spring的核心。所谓控制反转，就是将对象的创建和管理交由Spring容器控制，这是一种重要的面向对象设计思想，能够帮助我们设计出低耦合的程序。

DI（Dependency Injection）：依赖注入。在运行期间，动态地为对象注入其所依赖的对象，提高组件的复用，提高程序的灵活性和可扩展性。

控制反转和依赖注入是对同一概念的不同描述，控制反转以容器的角度描述，而依赖注入则是以应用程序的角度描述，这两种说法殊途同归，分离了对象和其所依赖的资源，使得程序更加灵活，为我们提供了重要的面向对象设计思想。

Spring的IOC容器设计

Spring中有两个系列的容器：

  1. 实现BeanFactory接口的简单IOC容器，这些容器提供了IOC容器的基本功能。

  2. 实现ApplicationContext接口的应用上下文，这些应用上下文不仅提供了IOC容器的基本功能，而且提供了一些高级功能，是IOC容器的高级形式。

IOC容器接口设计图如下图所示，Spring设计了如此之多的IOC容器接口，一方面可以通过接口的叠加来扩展IOC容器的功能，另一方面可以方便特定容器的定制实现。

BeanFactory系列容器接口

从上图可以看到，BeanFactory是IOC容器接口中最顶层的接口，定义了IOC容器的基本规范。BeanFactory共有三个直接的子类：ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory 和 AutowireCapableBeanFactory。

ListableBeanFactory接口表示Bean是可列表化的。

HierarchicalBeanFactory接口表示Bean是有继承关系的，可以管理父IOC容器。

AutowireCapableBeanFactory接口表示Bean是自动装配的。

从上图中可以看到，BeanFactory系列接口中一个主要的继承路径就是从BeanFactory到ConfigurableListableBeanFactory。在HierarchicalBeanFactory接口的基础上，扩展了对BeanFactory的配置功能，如设置父IOC容器、配置Bean后置处理器等。

BeanFactory接口定义了IOC容器最基本的形式，这些功能的定义可以在BeanFactory接口中看到，通过这一系列的接口方法，可以实现不同的IOC容器，接口代码如下所示：

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public interface BeanFactory { 
	/**
	 * 转义符号，用于获取FactoryBean本身（即用于生产和管理Bean的Bean）
	 * 在Spring中，所有的Bean都是有BeanFactory进行管理的，而BeanFactory是一个特殊的FactoryBean
	 * 通过getBean(&factoryBeanName)会返回名为factoryBeanName的FactoryBean
	 */
	String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&"; 
	/**
	 * 根据名字获取指定的Bean实例，此方法使Spring BeanFactory可以当做单例或原型模式来使用
	 * Bean的别名会被翻译为规范的Bean名称，如果在工厂实例中找不到对应的Bean，则会询问父工厂
	 */
	Object getBean(String name) throws BeansException; 
	/**
	 * 根据指定的名字获取Bean实例，并根据Class类型对Bean进行类型检查
	 * 当Bean的类型与requiredType不一致时会抛出BeanNotOfRequiredTypeException
	 */
	<T> T getBean(String name, @Nullable Class<T> requiredType) throws BeansException;
	/**
	 * 根据指定的名字获取Bean实例，可以指定创建Bean时需要的构造参数，且会覆盖BeanDefinition
	 * 中的默认参数，参数仅用于创建新实例
	 * 当给定了构造参数但Bean不是原型作用域时，会抛出BeanDefinitionStoreException
	 * 原因是Spring中Bean默认的作用域是容器内的单例，要想在同一个容器中使用不同的Bean实例，则需要为
	 * Bean指定原型作用域(scope="prototype")
	 */
	Object getBean(String name, Object... args) throws BeansException;
	/**
	 * 根据指定的名字获取Bean实例，可以指定创建Bean时需要的构造参数，且会覆盖BeanDefinition
	 * 中的默认参数，参数仅用于创建新实例
	 */
	<T> T getBean(Class<T> requiredType) throws BeansException;
	/**
	 * 返回与给定对象类型唯一匹配的bean实例，可指定Bean的构造参数
	 * 当匹配到多个Bean时会抛出NoUniqueBeanDefinitionException
	 * 当给定了构造参数但Bean不是原型作用域时，会抛出BeanDefinitionStoreException
	 */
	<T> T getBean(Class<T> requiredType, Object... args) throws BeansException;
	/**
	 * 是否存在给定名称的Bean
	 * 注意：由于BeanDefinition的具体或抽象、懒加载或饿加载、作用域的不同，该方法返回true不代表
	 * getBean(String name)会获得一个Bean实例
	 */
	boolean containsBean(String name);
	/**
	 * 这个Bean是否对应于一个单例
	 * 注意：由于Bean的作用域有单例（singleton）、原型（prototype）、会话（session）、请求（request）
	 * 等，该方法返回false只代表Bean是非单例的
	 */
	boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
	/**
	 * 这个bean是否总是提供独立的实例
	 * 注意：由于Bean的作用域有单例（singleton）、原型（prototype）、会话（session）、请求（request）
	 * 等，该方法返回false只代表Bean是非原型的
	 */
	boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
	/**
	 * 检查给定名称的Bean是否与指定类型匹配
	 */
	boolean isTypeMatch(String name, ResolvableType typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionEx-ception;
	boolean isTypeMatch(String name, @Nullable Class<?> typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinition-Exception;
	/**
	 * 获得给定名称的Bean的Class类型
	 */
	Class<?> getType(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
	/**
	 * 获得给定名称的Bean的别名
	 */
	String[] getAliases(String name);
}

BeanFactory接口只定义了IOC容器的基本行为，忽略了IOC容器的具体实现，要知道工厂是如何生产和管理对象的，就需要深入到具体IOC容器的实现，DefaultListableBeanFactory、XmlBeanFactory等就是基本IOC容器的具体实现，下面以XmlBeanFactory为例看看IOC容器的简单实现。

XmlBeanFactory是一个简单的IOC容器的实现，它继承自DefaultListableBeanFactory。Spring中将DefaultListableBeanFactory作为一个默认的功能完整的IOC容器使用，XmlBeanFactory在DefaultListableBeanFactory的基础上扩展了读取以XML格式定义的BeanDefinition（Spring中描述Bean的类）的功能，XmlBeanFactory源码如下所示：

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public class XmlBeanFactory extends DefaultListableBeanFactory {
	/**
	 * XmlBeanDefinitionReader用于处理以XML文件格式定义的BeanDefinition
	 */
	private final XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(this);
	/**
	 * 根据给定的Resource创建一个XmlBeanFactory
	 * Resource是Spring用来封装I/O操作的类
	 */
	public XmlBeanFactory(Resource resource) throws BeansException {
		this(resource, null);
	}
	/**
	 * 根据给定的Resource和父工厂创建一个XmlBeanFactory，并使用XmlBeanDefinitionReader对象
	 * 加载BeanDefinitions
	 */
	public XmlBeanFactory(Resource resource, BeanFactory parentBeanFactory) throws BeansException {
		super(parentBeanFactory);
		this.reader.loadBeanDefinitions(resource);
	}
}

下面尝试使用XmlBeanFactory，代码如下：

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ClassPathResource resource = new ClassPathResource("beans.xml");
XmlBeanFactory factory = new XmlBeanFactory(resource);

可见XmlBeanFactory的使用是非常简单的，但这个类已经在Spring3.1中被标明废弃。XmlBeanFactory继承自DefaultListableBeanFactory，是对后者的功能扩展，我们可以通过编程直接使用后者来达到前者的功能，代码如下：

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ClassPathResource resource = new ClassPathResource("beans.xml");
DefaultListableBeanFactory factory = new DefaultListableBeanFactory();
XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(factory);
reader.loadBeanDefinitions(resource);

以上代码使用了DefaultListableBeanFactory这一功能功能完整的IOC容器，主要分为以下四个步骤：

  1. 创建IOC容器配置文件的资源，这里使用ClassPathResource，即在ClassPath中寻找资源文件。

  2. 创建一个BeanFactory，这里使用了DefaultListableBeanFactory。

  3. 创建一个BeanDefinition读取器，这里使用XmlBeanDefinitionReader，用于加载以XML文件格式定义的BeanDefinition，并回调给BeanFactory。

  4. 从资源中读取Bean的配置信息，并完成Bean的加载和注册。

ApplicationContext系列容器接口

ApplicationContext作为一系列重要的容器产品，一方面继承了BeanFactory基本的IOC容器功能；另一方面，对BeanFactory进行了功能扩展。

如下图所示，ApplicationContext通过继承ApplicationEventPublisher、ResourcePatternResolver、MessageSource、EnvironmentCapable接口，为基本的IOC容器扩展了高级的容器特性，例如：

  • ApplicationEventPublisher：支持应用事件
  • MessageSource：支持国际化信息源
  • ResourcePatternResolver： 允许以路径模式定位Resource
  • EnvironmentCapable：应用上下文环境检查

FileSystemXmlApplicationContext和ClassPathXmlApplicationContext是常用的应用上下文，根据名字可以看出二者分别实现了从文件系统和类路径读取以XML格式定义的BeanDefinition的功能，下面以FileSystemXmlApplicationContext为例看一看应用上下文的设计原理。

FileSystemXmlApplicationContext的类继承关系如下图所示。

关于应用上下文的主要功能已经在其父类AbstractXmlApplicationContext中实现了，而FileSystemXmlApplicationContext主要进行了两方面的功能扩展：

1.构造应用上下文实例，同时启动IOC容器的refresh()过程，代码如下

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/**
 * 创建一个应用上下文，根据应用环境解析路径，并启动refresh()过程
 */
public FileSystemXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, @Nullable ApplicationContext parent) throws BeansException {
	super(parent);
	setConfigLocations(configLocations);
	if (refresh) {
		refresh();
	}
}

refresh()中具体的处理过程已经定义在AbstractApplicationContext中，在子类应用上下文中只需要显式调用即可。refresh()中进行了刷新准备、创建BeanFactory、注册消息源等一系列操作。

2.定义从文件路径加载XML资源文件的方法，代码如下：

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/**
 * 通过文件系统路径解析资源文件
 */
@Override
protected Resource getResourceByPath(String path) {
	if (path.startsWith("/")) {
		path = path.substring(1);
	}
	return new FileSystemResource(path);
}

FileSystemXmlApplicationContext重写了DefaultResourceLoader中的getResourceByPath(String path)方法，提供了通过文件系统路径定位资源文件的功能。在DefaultResourceLoader中，默认实现是通过ClassPath加载资源文件的，代码如下所示：

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protected Resource getResourceByPath(String path) {
	return new ClassPathContextResource(path, getClassLoader());
}

参考资料：《Spring技术内幕》

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