spring源码浅析

原创已于 2022-04-29 11:34:55 修改 · 1k 阅读

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于 2022-04-26 17:46:06 首次发布

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本文详细解读Spring IoC容器的beanFactory功能、beanFactory预处理、BeanFactory后置处理器执行流程，以及Bean实例化和后置处理器注册过程，涉及常用注解和依赖注入。

spring

官方文档：spring

IOC

IOC也称DI，IOC所提供的功能是由DI来实现的，可以认为它们是对同一个概念的不同角度的描述；

控制反转(IOC)：将设计好的对象交给容器控制，而不是在对象内部直接控制；

依赖注入(DI)：组件之间的依赖关系由容器在运行期决定；

容器加载

IOC加载过程(以AnnotationConfigApplicationContext注解扫描容器作为入口说明，容器的顶层接口是BeanFactory)：

创建容器对象：在创建容器的过程会创建这些对象：

PathMatchingResourcePatternResolver：用于解析类路径或者文件系统中的资源文件；
DefaultListableBeanFactory：也是一个容器，实现了BeanDefinitionRegistry、BeanFactory等接口；
AnnotatedBeanDefinitionReader：解析class为bean定义，用于扫描class下的bean定义；
ClassPathBeanDefinitionScanner：功能同上一个，用于扫描包下的bean定义；

注册bean定义：调用容器的register方法注册bean定义，实际就是调用上边AnnotatedBeanDefinitionReader对象的register方法，具体过程如下：

注册bean定义的过程中会解析Lazy、Primary、DependsOn、Role、Description等注解信息并保存到AnnotatedBeanDefinition对象中；
将解析到的bean定义信息保存到BeanDefinitionHolder
判断ScopedProxyMode
注册bean定义到容器中(registerBeanDefinition方法注册)；
- 校验bean定义；
- 判断容器中是否已有这个bean定义，如果有的话，根据allowBeanDefinitionOverriding配置确实覆盖bean定义还是抛异常；
获取并保存bean定义的别名

刷新容器：调用容器的refresh方法刷新容器，这个方法是整个容器加载的核心方法，大致流程如下：

使用synchronized对整个方法加锁；
容器预处理，包含设置开始时间、容器状态、初始化配置的钩子方法、校验environment配置、初始化监听器容器(就是个空Set)；
获取BeanFactory，就是上面创建容器时创建的DefaultListableBeanFactory；
预处理BeanFactory，主要设置一些参数，具体在[这里](# beanFactory预处理)；
预处理BeanFactory后置处理器：一个空的钩子函数；
执行BeanFactory后置处理器：BeanFactoryPostProcessor，这一步会将大量的bean定义加入到容器中，具体流程看[这里](# BeanFactory后置处理器)；
注册Bean后置处理器：BeanPostProcessor，注册过程在[这里](# Bean后置处理器)
初始化messageSource：如果容器中有，则从容器中获取，如果没有，则创建DelegatingMessageSource，并放到容器中，用于国际化处理；
初始化事件分发器；
执行空的钩子方法onRefresh；springboot中就是扩展的这个方法启动web容器；
注册监听器；
实例化所有非懒加载的单实例bean，创建Bean的核心方法，在[这里](# Bean实例化)；
发布相应的事件；
清除容器加载过程中的缓存信息，主要时反射元数据缓存；

beanFactory

功能说明

spring容器在创建容器对象时会创建一个beanFactory内置在容器中，本文是DefaultListableBeanFactory，这个保存bean定义、注册并执行后置处理器等很多地方都有用到；

beanFactory预处理

beanFactory预处理内容：

类加载器；
表达式解析器（spel）；
属性配置编辑器注册器：ResourceEditorRegistrar
后置处理器：ApplicationContextAwareProcessor、ApplicationListenerDetector、LoadTimeWeaverAwareProcessor；
忽略的Aware接口：EnvironmentAware、EmbeddedValueResolverAware、ResourceLoaderAware、ApplicationEventPublisherAware、MessageSourceAware、ApplicationContextAware
可用于解析的自动装配：BeanFactory、ResourceLoader、ApplicationEventPublisher、ApplicationContext；
配置信息等；

BeanFactory后置处理器

执行流程

BeanFactory后置处理器执行流程如下（这里的beanFactory就是容器创建时创建的容器）：

获取容器对象中设置的beanFactoryPostProcessors作为入参；
判断beanFactory是否实现了BeanDefinitionRegistry接口（这里都是实现了的）；
先处理入参的后置处理器，找到实现了BeanDefinitionRegistryPostProcessor接口的后置处理器，执行postProcessBeanDefinitionRegistry方法；
再处理容器中的后置处理器；
先通过beanFactory.getBeanNamesForType方法获取所有实现了BeanDefinitionRegistryPostProcessor接口的bean名称
从这些后置处理器的bean中找到实现了PriorityOrdered接口的处理器，排序后依次执行postProcessBeanDefinitionRegistry方法；（这里有一个重要的后置处理器ConfigurationClassPostProcessor，业务中常用的@ComponentScan、@PropertySources、@Configuration、@Bean、@Component、@Import等注解就是在这里添加到beanDefinition中的，主要实现逻辑在：org.springframework.context.annotation.ConfigurationClassParser#doProcessConfigurationClass）
按上一步的逻辑处理实现了Ordered接口的后置处理器
再对剩下的BeanDefinitionRegistryPostProcessor进行类似的排序并执行；
然后执行上面这些后置处理器的postProcessBeanFactory方法；
从beanFactory中获取所有实现了BeanFactoryPostProcessor接口的bean；
剔除掉上面已经执行过的BeanDefinitionRegistryPostProcessor；
按上面类似的逻辑对这些后置处理器，分为实现了PriorityOrdered接口的、实现了Ordered接口的和没有实现排序接口的三个list；
对这三个list依次排序并执行postProcessBeanFactory方法；
最后清理临时变量，执行结束；

小结

spring5.2.x中顶层的BeanFactoryPostProcessor接口有两个：

BeanFactoryPostProcessor：在bean定义注册之后，bean创建之前执行，具体在上面的源码步骤分析中有；

接口定义，该接口有一个抽象方法，参数就是上面的BeanFactory，可以在这个方法中完成对Bean定义的修改以及属性的修改等，例如CustomAutowireConfigurer就是通过这个接口添加@Qualifier注解功能的，另外，强烈不建议在这里实例化bean，如果需要实例Bean，可以在BeanPostProcessor中完成：

@FunctionalInterface
public interface BeanFactoryPostProcessor {
	void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException;
}

BeanDefinitionRegistryPostProcessor：这个接口继承BeanFactoryPostProcessor，也具有相应功能，其继承方法优先执行，同时它自身的抽象方法会在postProcessBeanFactory方法之前执行；

接口定义，参数是BeanDefinitionRegistry，可以完成对bean定义的增删改查，上面提到过ConfigurationClassPostProcessor就是通过这个方法完成Bean定义的扫描的：

public interface BeanDefinitionRegistryPostProcessor extends BeanFactoryPostProcessor {
	void postProcessBeanDefinitionRegistry(BeanDefinitionRegistry registry) throws BeansException;

}

Bean实例化

在spring容器中，单实例的非懒加载的bean的创建过程如下：

设置值解析器 —— 用于解析配置文件；
初始化LoadTimeWeaverAware；
设置参数（临时类加载器、允许缓存bean定义元数据）；
遍历bean名称，执行后续步骤；
获取bean定义；
判断bean：不是抽象类、是单实例、不是懒加载、不是FactoryBean；
- 满足条件则调用getBean方法继续创建bean；
- 如果是FactoryBean，则工厂bean名称前加&，原bean名称代表工厂bean返回的bean；
调用getBean方法开始获取bean
解析bean名称 —— 处理有别名的情况；
尝试获取bean，获取到则直接返回这个bean，否则继续；
- 尝试从一级缓存获取bean（一级缓存实际就是个ConcurrentHashMap）
- 如果获取失败并且bean正在创建中，则尝试从二级缓存获取（是一个HashMap）；
- 如果又获取失败并且允许提前引用，则尝试从三级缓存获取（也是一个HashMap）—— 三个缓存是个ObjectFactory，在获取bean时会先执行后置处理器的getEarlyBeanReference方法，给后置处理器一个增强bean的机会；然后添加到二级缓存，然后将三级缓存的这个bean清除；
如果获取失败，则检查bean是否正在创建，如果是则代表有循环依赖，抛出异常，否则继续创建；
检查bean定义是否存在父工厂中，如果是则调用父工厂的getBean方法，若不是则继续；
标记bean正在创建中；
获取并检查bean定义；
获取dependsOn，如果有，先检查如果有循环依赖，则抛出异常，否则对依赖的bean调用getBean方法；
判断是否单例bean，这里只讨论单例bean的情况，即调用getSingleton方法获取或创建bean；
- 加锁
- 尝试从一级缓存获取，成功则返回，否则继续
- 判断容器状态，如果已被销毁则抛异常；
- 如果是循环创建，则抛异常，否则继续；
- 调用入参对象ObjectFactory的getObject方法（入参是个lambda表达式，它是通过调用createBean方法创建bean，这个方法在后面单独分析）获取或者创建bean；
- 去掉bean创建中的标记
- 将bean从二、三级缓存中删除并添加到一级缓存，同时添加到已注册的bean列表中；
判断是否FactoryBean，如果是最终会调用getObject方法获取bean，否则直接返回当前bean；
到此，一个bean就创建完成，可以开始创建下一个bean了；
再遍历一次bean：判断是否实现了SmartInitializingSingleton接口，若是则执行afterSingletonsInstantiated方法
到此，单实例非懒加载的bean就创建完成了；

这里再简单分析下创建bean的方法的大概流程：org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBean(java.lang.String, org.springframework.beans.factory.support.RootBeanDefinition, java.lang.Object[])：

解析并检查bean定义；
遍历所有的BeanPostProcessor
如果找到InstantiationAwareBeanPostProcessor后置处理器，则执行postProcessBeforeInstantiation方法；
如果后置处理器方法返回值不为空，则直接返回后置处理器返回的对象，然后继续遍历BeanPostProcessor执行postProcessAfterInitialization，改方法返回值作为最终bean返回 —— 相当于该方式创建的bean不需要在初始化了；否则继续调用doCreateBean方法创建bean，后面的步骤都是在这个方法中实现的；
检查是否是public的bean；
检查instanceSupplier、getFactoryMethodName等；
判断是否有SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor后置处理器，如果有则执行determineCandidateConstructors方法获取构造器
如果找到了构造器会设置解析构造参数赋值然后创建对象，这里不深入讨论，如果没有找到合适的构造器，则继续调用instantiate方法实例化对象；
instantiate方法中，会判断bean中是否有覆盖方法（即是否有实现接口）：
- 没有：通过Class对象获取构造方法，然后通过BeanUtils.instantiateClass方法实例化对象；
- 有：通过CglibSubclassCreator静态内部类创建cglib代理对象；
将创建好的对象包装到BeanWrapper对象中
遍历找到MergedBeanDefinitionPostProcessor后置处理器，执行postProcessMergedBeanDefinition方法
将bean封装到ObjectFactory（重写getObject方法，使用getEarlyBeanReference方法封装，使得在获取bean之前会执行SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor后置处理器的getEarlyBeanReference方法，AOP代理就是利用这个方法解决循环依赖下的增强对象），并添加到三级缓存，将bean名称添加注册表；
后面开始初始化bean；
获取InstantiationAwareBeanPostProcessor后置处理器并执行postProcessAfterInstantiation方法
获取InstantiationAwareBeanPostProcessor后置处理器并执行postProcessProperties方法（这里有一个重要的后置处理器AutowiredAnnotationBeanPostProcessor，就是在这个方法中完成注入的，逻辑比较长，大概的注入步骤就是解析依赖封装到InjectedElement，然后判断并检查依赖类型，然后调用上面的getBean方法获取Bean，即回到了上面的第7步（调用getBean获取bean），然后反射赋值：ReflectionUtils.makeAccessible(field);field.set(bean, value);）
如果bean实现了BeanNameAware、BeanClassLoaderAware、BeanFactoryAware接口，则调用对应方法；
找到BeanPostProcessor后置处理器，执行postProcessBeforeInitialization方法
执行初始化方法：先判断如果实现了InitializingBean接口，则执行afterPropertiesSet方法；在判断如果有初始化方法，则执行初始化方法；
找到BeanPostProcessor后置处理器，执行postProcessAfterInitialization方法
再次尝试从缓存中获取当前bean；用于验证缓存中是不是当前bean；
判断是否DisposableBean，是的话就注册；
到此一个bean的创建步骤就完成了

从上面的过程中可以看出，当产生循环依赖时，原始对象会拥有循环依赖的代理对象，代理对象只会持有原始对象，使用spring注入的对象都是代理对象；另外当调用代理对象方法时，代理对象最终会调用原始对象的方法，在原始对象中this是指向自己的，因此直接使用this调用会导致代理失效；具体如图：

在这里插入图片描述

Bean后置处理器

注册过程

注册过程（这里的beanFactory也是容器创建时创建的容器）：

通过beanFactory.getBeanNamesForType方法获取容器中所有的后置处理器；
按照执行BeanFactory后置处理器的类似逻辑对这些bean，分为实现了PriorityOrdered接口的、实现了Ordered接口的和没有实现排序接口的三个list；
依次对这三个list排序，然后注册到beanFactory中（注册过程实际就是调用beanFactory.addBeanPostProcessor方法添加到成员变量中）；
最后将ApplicationListenerDetector后置处理器也注册到beanFactory；

beanPostProcessor是在创建bean的过程中执行的，在上面bean的创建过程中其实已经设计到其执行过程，这里做一些小结；

小结

spring5.2.x中顶层的BeanPostProcessor接口有五个：

BeanPostProcessor：有两个抽象方法，分别是在调用初始化方法之前和之后执行，后面的几个后置处理器接口都继承自这个接口；

接口定义：

public interface BeanPostProcessor {
	@Nullable
	default Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
		return bean;
	}
	@Nullable
	default Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
		return bean;
	}
}

InstantiationAwareBeanPostProcessor：实例化bean后置处理器，其包含4个抽象方法：

postProcessBeforeInstantiation：会在创建bean对象之前执行，如果这个方法返回值不为空，则会将该返回值作为bean注册到容器中，跳过原始bean创建步骤中的实例化和初始化过程；也就是说这个方法给后置处理器一个机会来提前创建自定义的bean；
postProcessAfterInstantiation：在bean对象被创建并封装到ObjectFactory后执行；其返回值代表后续是否需要为这个bean的属性赋值，也就是是否需要初始化；
postProcessProperties：可以bean的属性值进行修改，上面提到的AutowiredAnnotationBeanPostProcessor后置处理器，就是在这个方法中调用metadata.inject(bean, beanName, pvs);完成注入的；
postProcessPropertyValues：5.1以后已被弃用，用上面的方法代替；

SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor：这个接口继承自InstantiationAwareBeanPostProcessor接口，添加了3个抽象方法：

predictBeanType：用于预测bean的类型
determineCandidateConstructors：在实例化bean之前如果有这个方法，会尝试通过这个方法选择合适的构造器
getEarlyBeanReference：从三级缓存中获取bean之前就会执行这个方法；这个方法在处理循环依赖、代理对象时非常有用

MergedBeanDefinitionPostProcessor：AutowiredAnnotationBeanPostProcessor这个重要的后置处理器也实现了这个接口，他有两个方法：

postProcessMergedBeanDefinition：在bean实例化后，放入三级缓存之前执行；一般可以用于获取当前bean及其父类中的所有信息；AutowiredAnnotationBeanPostProcessor就是在里获取和检查InjectionMetadata信息的；
resetBeanDefinition：用于清除bean定义信息；

DestructionAwareBeanPostProcessor：bean销毁前回调的后置处理器，有两个方法：

postProcessBeforeDestruction：bean销毁之前的回调处理方法
requiresDestruction：决定当前bean是否需要销毁

常用注解小结

bean注解

bean常用注解：

@Bean：配置bean，id默认是方法名
- @Scope：设置作用域，
- @Lazy-bean：设置懒加载（第一次调用时加载）
- initMethod：指定初始化方法（单实例：默认启动时执行，多实例：在获取时执行）
- destroyMethod：指定销毁方法（单实例：在关闭时执行（默认会检测close和shutdown方法），多实例：不执行）
@Conditional：按照条件注册bean（使用方式是实现Condition接口，在matches方法中编写具体条件，springboot中大量使用的注解，且扩展许多类似功能的注解，如@ConditionalOnBean、@ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingBean等）；
@Import：快速导入bean，功能类似@Bean，id默认是全类名
- value除了可以有要导入的类，还可以有实现了ImportSelector接口或者ImportBeanDefinitionRegistrar接口的实现类，用于筛选或添加要导入的bean；
@PostConstruct：用在方法上，表示该方法会在bean会在创建并赋值完成后执行；
@PreDestroy：用在方法上，表示该方法会在销毁bean之前执行；

赋值注解

赋值常用注解：

@Value：赋值，主要有下面三种用法：
- 直接配置值；
- spel表达式赋值（#{}）；
- 取配置文件中的值（${}）；
@PropertySource：加载外部配置文件；
@Profile：可以根据当前环境动态的激活和切换组件功能；
- 用在bean上，表示满足指定环境时才注入Bean
- 用在类上，表示满足指定环境时才加载类；
- 没有环境标识注解，则在任何环境下都加载；
- 可以通过启动参数：-Dspring.profiles.active=指定环境；
- 也可以调用容器的setActiveProfiles方法设置环境(几乎不用)；

注入注解

注入常用注解：

@Autowired：自动注入依赖，
- 默认优先按照类型在容器中查找对应组件，如果找到多个，则将属性名称作为id在容器中查找；
- 默认至少要有一个可注入的bean，否则会报错（可以关闭）；
- @Qualifier：按名称注入bean；
- 可以用在属性、普通方法、@bean方法(可以省略)、构造方法(如果只有一个有参构造方法，则可以省略)上；
- spring底层组件也可以注入
@Primary：@Autowired注入时，默认首选要装配的bean；
@Resource：按名称注入（Java规范注解）；
@Inject：同@Autowired（Java规范注解，需要javax.inject依赖）；

其他常见接口

bean

bean创建相关的常用接口：

FactoryBean：也可以注册Bean，使用方法是实现FactoryBean接口并配置到容器中，然后在getObject方法中返回实际需要注册的Bean即可（此时通过id调用getBean方法就可以返回对应的bean，如果要获取BeanFactory，需要在id前加&）；
InitializingBean：实现该接口的bean会在创建并赋值完成后调用afterPropertiesSet方法初始化bean；
DisposableBean：实现该接口的bean会在bean销毁时调用destroy方法；
BeanPostProcessor：bean的后置处理器，即在初始化前后执行（创建并赋值后，init方法的前后执行）；（这个接口在spring源码中有多处使用，如上面的@PostConstruct生命周期注解、@Autowired注解、Aware接口、参数校验、bean赋值等）；
BeanFactoryPostProcessor：beanFactory后置处理器，在BeanFactory初始化之后执行，即，所有bean已经加载但还未创建的时候执行；可以使用这个接口添加一些自定义的bean到容器中；
ApplicationListener：监听容器中的发布事件；