IoC 容器是如何启动的详解

IoC (Inversion of Control，控制反转) 容器是 Spring Framework 的核心。它负责创建、配置和管理应用程序中的对象（称为 Bean）。IoC 容器的启动过程可以概括为以下几个主要阶段：

1. 容器实例化：

• 创建容器实例： 开发的时候我们通常会选择一个具体的 ApplicationContext 实现类来创建容器。常见的实现类有：

  • ClassPathXmlApplicationContext: 从类路径加载 XML 配置文件。
  • FileSystemXmlApplicationContext: 从文件系统加载 XML 配置文件。
  • AnnotationConfigApplicationContext: 基于 Java 注解配置。
  • WebApplicationContext: 用于 Web 应用（通常由 Spring Boot 自动配置）。

  // 使用 XML 配置
  ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
  
  // 使用 Java 注解配置
  ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
  

2. 加载 Bean 定义 (Bean Definition):

• 读取配置元数据： 容器会读取配置元数据，这些元数据描述了如何创建和配置 Bean。元数据可以来自：

  • XML 配置文件： <bean> 标签定义了 Bean 的类名、属性、依赖关系等。
  • Java 注解： @Component、@Service、@Repository、@Controller、@Configuration、@Bean 等注解定义了 Bean。
  • Java 配置类： 使用 @Configuration 注解的类，其中使用 @Bean 注解的方法定义了 Bean。

• 解析配置元数据： 容器会解析这些元数据，并将其转换为内部的 BeanDefinition 对象。BeanDefinition 包含了 Bean 的所有信息，例如：

  • Bean 的类名 (Class Name)。
  • Bean 的作用域 (Scope，如 singleton、prototype)。
  • Bean 的构造函数参数。
  • Bean 的属性值。
  • Bean 的依赖关系 (Dependencies)。
  • Bean 的初始化方法 (Init Method) 和销毁方法 (Destroy Method)。
  • Bean 是否是懒加载 (Lazy Initialization)。

• 注册 Bean 定义： 解析后的 BeanDefinition 对象会被注册到容器内部的一个 BeanDefinitionRegistry 中（通常是一个 Map）。

3. Bean 的实例化和依赖注入 (Dependency Injection):

• Bean 的实例化： 容器根据 BeanDefinition 中的信息，通过反射创建 Bean 的实例。

  • 构造函数注入： 通过构造函数注入依赖。
  • Setter 方法注入： 通过 Setter 方法注入依赖。
  • 字段注入： 直接注入到字段 (不推荐)。

• 依赖注入： 容器会解析 Bean 之间的依赖关系，并将依赖的 Bean 注入到需要它们的 Bean 中。

  • 自动装配 (Autowiring): 容器可以根据类型、名称或限定符 (Qualifier) 自动查找并注入依赖。
  • 手动装配： 开发者可以在 XML 配置或 Java 配置中显式指定依赖关系。
  • 循环依赖的处理：容器检测循环依赖, 对于prototype作用域的bean, 会抛出异常. 对于单例的bean, 可以通过三级缓存解决(后面详细说明).

4. Bean 的后置处理 (Post-Processing):

• BeanPostProcessor： 容器允许开发者通过实现 BeanPostProcessor 接口来干预 Bean 的实例化过程。BeanPostProcessor 有两个方法：

  • postProcessBeforeInitialization: 在 Bean 的初始化方法（如 @PostConstruct 或 InitializingBean.afterPropertiesSet）执行之前调用。
  • postProcessAfterInitialization: 在 Bean 的初始化方法执行之后调用。

• Aware 接口： 如果 Bean 实现了 Spring 提供的一些 Aware 接口（如 BeanFactoryAware、ApplicationContextAware、BeanNameAware），容器会在 Bean 初始化时调用这些接口的方法，将相应的资源注入到 Bean 中。

• 初始化方法： 如果 Bean 定义了初始化方法（通过 @PostConstruct 注解、InitializingBean.afterPropertiesSet 方法或 XML 配置中的 init-method 属性指定），容器会在依赖注入完成后调用这些方法。

5. 容器就绪：

• 经过以上步骤，IoC 容器完成了 Bean 的创建、配置、依赖注入和后置处理。
• 容器进入就绪状态，可以响应来自应用程序的 Bean 请求。
• 对于单例 Bean (Singleton Scope)，容器会一直持有它们的实例，直到容器关闭。
• 对于原型 Bean (Prototype Scope)，容器每次都会创建一个新的实例。

6. 容器关闭 ：

• 当应用关闭, 可以调用ConfigurableApplicationContext接口的close()方法关闭容器.
• 销毁方法： 如果 Bean 定义了销毁方法（通过 @PreDestroy 注解、DisposableBean.destroy 方法或 XML 配置中的 destroy-method 属性指定），容器会在关闭时调用这些方法，释放 Bean 占用的资源。

循环依赖的处理 (三级缓存):

Spring 使用三级缓存来解决单例 Bean 之间的循环依赖：

1. 一级缓存 (singletonObjects): 存放完全初始化好的 Bean（成品）。
2. 二级缓存 (earlySingletonObjects): 存放早期暴露的 Bean（半成品，已实例化但未完成属性注入）。
3. 三级缓存 (singletonFactories): 存放 Bean 工厂对象 (ObjectFactory)，用于创建 Bean 的早期引用。

处理流程：

1. 当创建 Bean A 时，发现它依赖于 Bean B。
2. 创建 Bean B 时，发现它依赖于 Bean A。
3. 此时，Bean A 已实例化（但未完成属性注入），将其对应的 ObjectFactory 放入三级缓存。
4. Bean B 可以从三级缓存获取 Bean A 的早期引用，完成自身的属性注入。
5. Bean B 完成初始化后，放入一级缓存。
6. Bean A 继续完成属性注入（此时可以从一级缓存获取到已完成初始化的 Bean B），然后放入一级缓存。

总结流程图：

                                       +---------------------+
                                       |  1. 容器实例化       |
                                       | (ApplicationContext) |
                                       +---------------------+
                                               |
                                               V
      +-------------------------------------------------------------------------+
      |                         2. 加载 Bean 定义                               |
      |  +-----------------+     +-----------------+     +-------------------+  |
      |  | 读取配置元数据     |---->| 解析配置元数据     |---->| 注册 BeanDefinition |  |
      |  | (XML, Annotations, |     | (转换为            |     | (到 BeanDefinition  |  |
      |  |  Java Config)    |     |  BeanDefinition)  |     |  Registry)        |  |
      |  +-----------------+     +-----------------+     +-------------------+  |
      +-------------------------------------------------------------------------+
                                               |
                                               V
     +-----------------------------------------------------------------------------+
     |                   3. Bean 的实例化和依赖注入                                    |
     |    +----------------+      +----------------+      +---------------------+   |
     |    |   Bean 实例化   |----->|   依赖注入       |----->|     循环依赖处理       |   |
     |    | (反射, 构造函数) |      | (自动装配, 手动) |      | (三级缓存)           |   |
     |    +----------------+      +----------------+      +---------------------+   |
     +-----------------------------------------------------------------------------+
                                               |
                                               V
     +-------------------------------------------------------------------------------+
     |                         4. Bean 的后置处理                                     |
     | +-----------------------+  +----------------+  +------------------------+  |
     | | BeanPostProcessor    |  |   Aware 接口     |  |    初始化方法            |  |
     | | (before/after init)   |  | (注入资源)       |  | (@PostConstruct, init-method) |  |
     | +-----------------------+  +----------------+  +------------------------+  |
     +-------------------------------------------------------------------------------+
                                               |
                                               V
                                       +---------------------+
                                       |     5. 容器就绪       |
                                       +---------------------+
                                               |
                                               V (可选)
                                       +---------------------+
                                       |     6. 容器关闭       |
                                       |   (销毁方法)         |
                                       +---------------------+