Spring IOC容器初始化过程以及Bean的生命周期
一、前期准备
当你准备了解Spring IOC容器的时候,你肯定对ApplicationContext已不陌生了。不管我们是用的xml配置方式还是用的Annotation注解方式,兜兜转转都是会继承ApplicationContext这个接口的。我们先来看看大体的继承结构是怎么样的:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-47Ha8ijB-1619664992224)(./img/1-1.jpg)]
我们可以看到,ClassPathXmlApplicationContext 兜兜转转了好久才到 ApplicationContext 接口,同样的,我们也可以使用绿颜色的 FileSystemXmlApplicationContext 和 AnnotationConfigApplicationContext 这两个类。
1、FileSystemXmlApplicationContext 的构造函数需要一个 xml 配置文件在系统中的路径,其他和 ClassPathXmlApplicationContext 基本上一样。
2、AnnotationConfigApplicationContext 是基于注解来使用的,它不需要配置文件,采用 java 配置类和各种注解来配置,是比较简单的方式,也是大势所趋吧。
不过本文旨在帮助大家理解整个构建流程,所以决定使用 ClassPathXmlApplicationContext 进行分析。
我们先来一个简单的例子来看看怎么实例化 ApplicationContext。
首先,定义一个接口:
public interface SPIService {
void execute();
}
定义接口实现类:
public class SpiImplOne implements SPIService {
@Override
public void execute() { System.out.println("One"); }
}
public class SpiImplTwo implements SPIService {
@Override
public void execute() { System.out.println("Two"); }
}
接下来,我们在 resources 目录新建一个配置文件,文件名随意,通常叫 application.xml 或 application-xxx.xml 就可以了:
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<beans xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd"
default-autowire="byName">
<bean id="SpiImplTwo" class="com.tzh.spi.impl.SpiImplTwo"/>
<bean id="SpiImplOne" class="com.tzh.spi.impl.SpiImplOne"/>
</beans>
这样,我们就可以跑起来了:
public class ApplicationXml {
public static void main(String[] args) {
ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:application.xml");
System.out.println("启动成功!!");
SPIService spiImplTwo = (SPIService) context.getBean("SpiImplTwo");
spiImplTwo.execute();
}
}
以上例子很简单,不过也够引出本文的主题了,就是怎么样通过配置文件来启动 Spring 的 ApplicationContext ?也就是我们今天要分析的 IOC 的核心了。ApplicationContext 启动过程中,会负责创建实例 Bean,往各个 Bean 中注入依赖等。
二、BeanFactory 简介
BeanFactory,从名字上也很好理解,生产 bean 的工厂,它负责生产和管理各个 bean 实例。
初学者可别以为我之前说那么多和 BeanFactory 无关,前面说的 ApplicationContext 其实就是一个 BeanFactory。我们来看下和 BeanFactory 接口相关的主要的继承结构:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gRdwTqhL-1619664992225)(./img/1-2.jpg)]
我想,大家看完这个图以后,可能就不是很开心了。ApplicationContext 往下的继承结构前面一张图说过了,这里就不重复了。这张图呢,背下来肯定是不需要的,有几个重点和大家说明下就好。
- ApplicationContext 继承了 ListableBeanFactory,这个 Listable 的意思就是,通过这个接口,我们可以获取多个 Bean,大家看源码会发现,最顶层 BeanFactory 接口的方法都是获取单个 Bean 的。
- ApplicationContext 继承了 HierarchicalBeanFactory,Hierarchical 单词本身已经能说明问题了,也就是说我们可以在应用中起多个 BeanFactory,然后可以将各个 BeanFactory 设置为父子关系。
- AutowireCapableBeanFactory 这个名字中的 Autowire 大家都非常熟悉,它就是用来自动装配 Bean 用的,但是仔细看上图,ApplicationContext 并没有继承它,不过不用担心,不使用继承,不代表不可以使用组合,如果你看到 ApplicationContext 接口定义中的最后一个方法 getAutowireCapableBeanFactory() 就知道了。
- ConfigurableListableBeanFactory 也是一个特殊的接口,看图,特殊之处在于它继承了第二层所有的三个接口,而 ApplicationContext 没有。这点之后会用到。
- 请先不用花时间在其他的接口和类上,先理解我说的这几点就可以了。
然后,请读者打开编辑器,翻一下 BeanFactory、ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory、AutowireCapableBeanFactory、ApplicationContext 这几个接口的代码,大概看一下各个接口中的方法,大家心里要有底,限于篇幅,我就不贴代码介绍了。
三、启动过程分析
下面将会是冗长的代码分析,记住,一定要自己打开源码来看,不然纯看是很累的。
第一步,我们肯定要从 ClassPathXmlApplicationContext 的构造方法说起。
public class ClassPathXmlApplicationContext extends AbstractXmlApplicationContext {
private Resource[] configResources;
public ClassPathXmlApplicationContext(ApplicationContext parent) {
super(parent);
}
public ClassPathXmlApplicationContext(String configLocation) throws BeansException {
this(new String[]{configLocation}, true, (ApplicationContext)null);
}
public ClassPathXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, ApplicationContext parent) throws BeansException {
super(parent);
this.setConfigLocations(configLocations);
if (refresh) {
this.refresh();
}
}
...
}
接下来,就是 refresh() 方法,这里简单说下为什么是 refresh() ,而不是 init() 这种名字的方法。因为 ApplicationContext 建立起来以后,其实我们是可以通过调用 refresh() 这个方法重建的,refresh() 会将原来的 ApplicationContext 销毁,然后再重新执行一次初始化操作。
往下看,refresh() 方法里面调用了那么多方法,就知道肯定不简单了,请读者先看个大概,细节之后会详细说。
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
Object var1 = this.startupShutdownMonitor;
synchronized(this.startupShutdownMonitor) {
this.prepareRefresh();
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = this.obtainFreshBeanFactory();
this.prepareBeanFactory(beanFactory);
try {
this.postProcessBeanFactory(beanFactory);
this.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
this.registerBeanPostProcessors(beanFactory);
this.initMessageSource();
this.initApplicationEventMulticaster();
this.onRefresh();
this.registerListeners();
this.finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
this.finishRefresh();
} catch (BeansException var9) {
if (this.logger.isWarnEnabled()) {
this.logger.warn("Exception encountered during context initialization - cancelling refresh attempt: " + var9);
}
this.destroyBeans();
this.cancelRefresh(var9);
throw var9;
} finally {
this.resetCommonCaches();
}
}
}
下面,我们开始一步步来肢解这个 refresh() 方法。
(一)、创建 Bean 容器前的准备工作
这个比较简单,直接看代码中的几个注释即可。
protected void prepareRefresh() {
this.startupDate = System.currentTimeMillis();
this.closed.set(false);
this.active.set(true);
if (this.logger.isInfoEnabled()) {
this.logger.info("Refreshing " + this);
}
this.initPropertySources();
this.getEnvironment().validateRequiredProperties();
this.earlyApplicationEvents = new LinkedHashSet();
}
(二)、创建 Bean 容器,加载并注册 Bean
我们回到 refresh() 方法中的下一行 obtainFreshBeanFactory()。
注意,这个方法是全文最重要的部分之一,这里将会初始化 BeanFactory、加载 Bean、注册 Bean 等等。
当然,这步结束后,Bean 并没有完成初始化。这里指的是 Bean 实例并未在这一步生成。
// AbstractApplicationContext.java
protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory() {
this.refreshBeanFactory();
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = this.getBeanFactory();
if (this.logger.isDebugEnabled()) {
this.logger.debug("Bean factory for " + this.getDisplayName() + ": " + beanFactory);
}
return beanFactory;
}
protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException {
if (this.hasBeanFactory()) {
this.destroyBeans();
this.closeBeanFactory();
}
try {
DefaultListableBeanFactory beanFactory = this.createBeanFactory();
beanFactory.setSerializationId(this.getId());
this.customizeBeanFactory(beanFactory);
this.loadBeanDefinitions(beanFactory);
Object var2 = this.beanFactoryMonitor;
synchronized(this.beanFactoryMonitor) {
this.beanFactory = beanFactory;
}
} catch (IOException var5) {
throw new ApplicationContextException("I/O error parsing bean definition source for " + this.getDisplayName(), var5);
}
}
看到这里的时候,我觉得读者就应该站在高处看 ApplicationContext 了,ApplicationContext 继承自 BeanFactory,但是它不应该被理解为 BeanFactory 的实现类,而是说其内部持有一个实例化的 BeanFactory(DefaultListableBeanFactory)。以后所有的 BeanFactory 相关的操作其实是委托给这个实例来处理的。
我们说说为什么选择实例化 DefaultListableBeanFactory ?前面我们说了有个很重要的接口 ConfigurableListableBeanFactory,它实现了 BeanFactory 下面一层的所有三个接口,我把之前的继承图再拿过来大家再仔细看一下:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-aHjCmsm5-1619664992226)(./img/1-2.jpg)]
我们可以看到 ConfigurableListableBeanFactory 只有一个实现类 DefaultListableBeanFactory,而且实现类 DefaultListableBeanFactory 还通过实现右边的 AbstractAutowireCapableBeanFactory 通吃了右路。所以结论就是,最底下这个家伙 DefaultListableBeanFactory 基本上是最牛的 BeanFactory 了,这也是为什么这边会使用这个类来实例化的原因。
如果你想要在程序运行的时候动态往 Spring IOC 容器注册新的 bean,就会使用到这个类。那我们怎么在运行时获得这个实例呢?
之前我们说过 ApplicationContext 接口能获取到 AutowireCapableBeanFactory,就是最右上角那个,然后它向下转型就能得到 DefaultListableBeanFactory 了。
那怎么拿到 ApplicationContext 实例呢?如果你不会,说明你没用过 Spring。
在继续往下之前,我们需要先了解 BeanDefinition。我们说 BeanFactory 是 Bean 容器,那么 Bean 又是什么呢?
这里的 BeanDefinition 就是我们所说的 Spring 的 Bean,我们自己定义的各个 Bean 其实会转换成一个个 BeanDefinition 存在于 Spring 的 BeanFactory 中。
所以,如果有人问你 Bean 是什么的时候,你要知道 Bean 在代码层面上可以简单认为是 BeanDefinition 的实例。
BeanDefinition 中保存了我们的 Bean 信息,比如这个 Bean 指向的是哪个类、是否是单例的、是否懒加载、这个 Bean 依赖了哪些 Bean 等等。
1、BeanDefinition 接口定义
public interface BeanDefinition extends AttributeAccessor, BeanMetadataElement {
String SCOPE_SINGLETON = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON;
String SCOPE_PROTOTYPE = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE;
int ROLE_APPLICATION = 0;
int ROLE_SUPPORT = 1;
int ROLE_INFRASTRUCTURE = 2;
void setParentName(String parentName);
String getParentName();
void setBeanClassName(String beanClassName);
String getBeanClassName();
void setScope(String scope);
String getScope();
void setLazyInit(boolean lazyInit);
boolean isLazyInit();
void setDependsOn(String... dependsOn);
String[] getDependsOn();
void setAutowireCandidate(boolean autowireCandidate);
boolean isAutowireCandidate();
void setPrimary(boolean primary);
boolean isPrimary();
void setFactoryBeanName(String factoryBeanName);
String getFactoryBeanName();
void setFactoryMethodName(String factoryMethodName);
String getFactoryMethodName();
ConstructorArgumentValues getConstructorArgumentValues();
MutablePropertyValues getPropertyValues();
boolean isSingleton();
boolean isPrototype();
boolean isAbstract();
int getRole();
String getDescription();
String getResourceDescription();
BeanDefinition getOriginatingBeanDefinition();
}
这个 BeanDefinition 其实已经包含很多的信息了,暂时不清楚所有的方法对应什么东西没关系,希望看完本文后读者可以彻底搞清楚里面的所有东西。
这里接口虽然那么多,但是没有类似 getInstance() 这种方法来获取我们定义的类的实例,真正的我们定义的类生成的实例到哪里去了呢?别着急,这个要很后面才能讲到。
有了 BeanDefinition 的概念以后,我们再往下看 refreshBeanFactory() 方法中的剩余部分:
customizeBeanFactory(beanFactory);
loadBeanDefinitions(beanFactory);
虽然只有两个方法,但路还很长啊。。。
2、customizeBeanFactory
customizeBeanFactory(beanFactory) 比较简单,就是配置是否允许 BeanDefinition 覆盖、是否允许循环引用。
protected void customizeBeanFactory(DefaultListableBeanFactory beanFactory) {
if (this.allowBeanDefinitionOverriding != null) {
beanFactory.setAllowBeanDefinitionOverriding(this.allowBeanDefinitionOverriding);
}
if (this.allowCircularReferences != null) {
beanFactory.setAllowCircularReferences(this.allowCircularReferences);
}
}
BeanDefinition 的覆盖问题可能会有开发者碰到这个坑,就是在配置文件中定义 bean 时使用了相同的 id 或 name,默认情况下,allowBeanDefinitionOverriding 属性为 null,如果在同一配置文件中重复了,会抛错,但是如果不是同一配置文件中,会发生覆盖。
循环引用也很好理解:A 依赖 B,而 B 依赖 A。或 A 依赖 B,B 依赖 C,而 C 依赖 A。
默认情况下,Spring 允许循环依赖,当然如果你在 A 的构造方法中依赖 B,在 B 的构造方法中依赖 A 是不行的。
至于这两个属性怎么配置?我在附录中进行了介绍,尤其对于覆盖问题,很多人都希望禁止出现 Bean 覆盖,可是 Spring 默认是不同文件的时候可以覆盖的。
之后的源码中还会出现这两个属性,读者有个印象就可以了,它们不是非常重要。
3、加载 Bean: loadBeanDefinitions
接下来是最重要的 loadBeanDefinitions(beanFactory) 方法了,这个方法将根据配置,加载各个 Bean,然后放到 BeanFactory 中。
读取配置的操作在 XmlBeanDefinitionReader 中,其负责加载配置、解析。
// AbstractXmlApplicationContext.java 80
@Override
protected void loadBeanDefinitions(DefaultListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException, IOException {
XmlBeanDefinitionReader beanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReader(beanFactory);
beanDefinitionReader.setEnvironment(this.getEnvironment());
beanDefinitionReader.setResourceLoader(this);
beanDefinitionReader.setEntityResolver(new ResourceEntityResolver(this));
initBeanDefinitionReader(beanDefinitionReader);
loadBeanDefinitions(beanDefinitionReader);
}
现在还在这个类中,接下来用刚刚初始化的 Reader 开始来加载 xml 配置,这块代码读者可以选择性跳过,不是很重要。也就是说,下面这个代码块,读者可以很轻松地略过。
protected void loadBeanDefinitions(XmlBeanDefinitionReader reader) throws BeansException, IOException {
Resource[] configResources = getConfigResources();
if (configResources != null) {
reader.loadBeanDefinitions(configResources);
}
String[] configLocations = getConfigLocations();
if (configLocations != null) {
reader.loadBeanDefinitions(configLocations);
}
}
@Override
public int loadBeanDefinitions(Resource... resources) throws BeanDefinitionStoreException {
Assert.notNull(resources, "Resource array must not be null");
int counter = 0;
for (Resource resource : resources) {
counter += loadBeanDefinitions(resource);
}
return counter;
}
@Override
public int loadBeanDefinitions(Resource resource) throws BeanDefinitionStoreException {
return loadBeanDefinitions(new EncodedResource(resource));
}
public int loadBeanDefinitions(EncodedResource encodedResource) throws BeanDefinitionStoreException {
Assert.notNull(encodedResource, "EncodedResource must not be null");
if (logger.isInfoEnabled()) {
logger.info("Loading XML bean definitions from " + encodedResource.getResource());
}
Set<EncodedResource> currentResources = this.resourcesCurrentlyBeingLoaded.get();
if (currentResources == null) {
currentResources = new HashSet<EncodedResource>(4);
this.resourcesCurrentlyBeingLoaded.set(currentResources);
}
if (!currentResources.add(encodedResource)) {
throw new BeanDefinitionStoreException(
"Detected cyclic loading of " + encodedResource + " - check your import definitions!");
}
try {
InputStream inputStream = encodedResource.getResource().getInputStream();
try {
InputSource inputSource = new InputSource(inputStream);
if (encodedResource.getEncoding() != null) {
inputSource.setEncoding(encodedResource.getEncoding());
}
return doLoadBeanDefinitions(inputSource, encodedResource.getResource());
}
finally {
inputStream.close();
}
}
catch (IOException ex) {
throw new BeanDefinitionStoreException(
"IOException parsing XML document from " + encodedResource.getResource(), ex);
}
finally {
currentResources.remove(encodedResource);
if (currentResources.isEmpty()) {
this.resourcesCurrentlyBeingLoaded.remove();
}
}
}
protected int doLoadBeanDefinitions(InputSource inputSource, Resource resource)
throws BeanDefinitionStoreException {
try {
Document doc = doLoadDocument(inputSource, resource);
return registerBeanDefinitions(doc, resource);
}
catch (...
}
public int registerBeanDefinitions(Document doc, Resource resource) throws BeanDefinitionStoreException {
BeanDefinitionDocumentReader documentReader = createBeanDefinitionDocumentReader();
int countBefore = getRegistry().getBeanDefinitionCount();
documentReader.registerBeanDefinitions(doc, createReaderContext(resource));
return getRegistry().getBeanDefinitionCount() - countBefore;
}
@Override
public void registerBeanDefinitions(Document doc, XmlReaderContext readerContext) {
this.readerContext = readerContext;
logger.debug("Loading bean definitions");
Element root = doc.getDocumentElement();
doRegisterBeanDefinitions(root);
}
经过漫长的链路,一个配置文件终于转换为一颗 DOM 树了,注意,这里指的是其中一个配置文件,不是所有的,读者可以看到上面有个 for 循环的。下面开始从根节点开始解析:
doRegisterBeanDefinitions:
protected void doRegisterBeanDefinitions(Element root) {
BeanDefinitionParserDelegate parent = this.delegate;
this.delegate = createDelegate(getReaderContext(), root, parent);
if (this.delegate.isDefaultNamespace(root)) {
String profileSpec = root.getAttribute(PROFILE_ATTRIBUTE);
if (StringUtils.hasText(profileSpec)) {
String[] specifiedProfiles = StringUtils.tokenizeToStringArray(
profileSpec, BeanDefinitionParserDelegate.MULTI_VALUE_ATTRIBUTE_DELIMITERS);
if (!getReaderContext().getEnvironment().acceptsProfiles(specifiedProfiles)) {
if (logger.isInfoEnabled()) {
logger.info("Skipped XML bean definition file due to specified profiles [" + profileSpec +
"] not matching: " + getReaderContext().getResource());
}
return;
}
}
}
preProcessXml(root);
parseBeanDefinitions(root, this.delegate);
postProcessXml(root);
this.delegate = parent;
}
preProcessXml(root) 和 postProcessXml(root) 是给子类用的钩子方法,鉴于没有被使用到,也不是我们的重点,我们直接跳过。
这里涉及到了 profile 的问题,对于不了解的读者,我在附录中对 profile 做了简单的解释,读者可以参考一下。
接下来,看核心解析方法 parseBeanDefinitions(root, this.delegate) :
protected void parseBeanDefinitions(Element root, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
if (delegate.isDefaultNamespace(root)) {
NodeList nl = root.getChildNodes();
for (int i = 0; i < nl.getLength(); i++) {
Node node = nl.item(i);
if (node instanceof Element) {
Element ele = (Element) node;
if (delegate.isDefaultNamespace(ele)) {
parseDefaultElement(ele, delegate);
}
else {
delegate.parseCustomElement(ele);
}
}
}
}
else {
delegate.parseCustomElement(root);
}
}
从上面的代码,我们可以看到,对于每个配置来说,分别进入到 parseDefaultElement(ele, delegate); 和 delegate.parseCustomElement(ele); 这两个分支了。
parseDefaultElement(ele, delegate) 代表解析的节点是 <import /> 、<alias /> 、<bean /> 、<beans /> 这几个。
这里的四个标签之所以是 default 的,是因为它们是处于这个 namespace 下定义的:
http://www.springframework.org/schema/beans
又到初学者科普时间,不熟悉 namespace 的读者请看下面贴出来的 xml,这里的第二行 xmlns 就是咯。
<beans xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
xsi:schemaLocation="
http://www.springframework.org/schema/beans
http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd"
default-autowire="byName">
而对于其他的标签,将进入到 delegate.parseCustomElement(element) 这个分支。如我们经常会使用到的 <mvc /> 、<task /> 、<context /> 、<aop /> 等。
这些属于扩展,如果需要使用上面这些 ”非 default“ 标签,那么上面的 xml 头部的地方也要引入相应的 namespace 和 .xsd 文件的路径,如下所示。同时代码中需要提供相应的 parser 来解析,如 MvcNamespaceHandler、TaskNamespaceHandler、ContextNamespaceHandler、AopNamespaceHandler 等。
假如读者想分析 <context:property-placeholder location="classpath:xx.properties" /> 的实现原理,就应该到 ContextNamespaceHandler 中找答案。
<beans xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
xmlns:mvc="http://www.springframework.org/schema/mvc"
xsi:schemaLocation="
http://www.springframework.org/schema/beans
http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
http://www.springframework.org/schema/context
http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd
http://www.springframework.org/schema/mvc
http://www.springframework.org/schema/mvc/spring-mvc.xsd
"
default-autowire="byName">
同理,以后你要是碰到 <dubbo /> 这种标签,那么就应该搜一搜是不是有 DubboNamespaceHandler 这个处理类。
回过神来,看看处理 default 标签的方法:
private void parseDefaultElement(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
if (delegate.nodeNameEquals(ele, IMPORT_ELEMENT)) {
importBeanDefinitionResource(ele);
}
else if (delegate.nodeNameEquals(ele, ALIAS_ELEMENT)) {
processAliasRegistration(ele);
}
else if (delegate.nodeNameEquals(ele, BEAN_ELEMENT)) {
processBeanDefinition(ele, delegate);
}
else if (delegate.nodeNameEquals(ele, NESTED_BEANS_ELEMENT)) {
doRegisterBeanDefinitions(ele);
}
}
如果每个标签都说,那我不吐血,你们都要吐血了。我们挑我们的重点 <bean /> 标签出来说。
processBeanDefinition 解析 bean 标签
下面是 processBeanDefinition 解析 <bean /> 标签:
// DefaultBeanDefinitionDocumentReader 298
protected void processBeanDefinition(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
BeanDefinitionHolder bdHolder = delegate.parseBeanDefinitionElement(ele);
if (bdHolder != null) {
bdHolder = delegate.decorateBeanDefinitionIfRequired(ele, bdHolder);
try {
BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition(bdHolder, getReaderContext().getRegistry());
}
catch (BeanDefinitionStoreException ex) {
getReaderContext().error("Failed to register bean definition with name '" +
bdHolder.getBeanName() + "'", ele, ex);
}
getReaderContext().fireComponentRegistered(new BeanComponentDefinition(bdHolder));
}
}
|