Spring源码——IOC控制反转

1.基础知识

Spring有两个核心功能，分别是ioc和aop，其中ioc是控制反转，aop是切面编程。

在ioc中，还有一个名次叫DI，也就是依赖注入。嗯，好像IOC和DI是指同一个，好像又感觉他俩不是同一个。

具体的区别是：IOC是DI的原理。依赖注入是向某个类或方法注入一个值，其中所用到的原理就是控制反转。

所以说到操作层面的时候用DI，原理层的是说IOC，下文亦同。

对于DI最新使用方法，一般都是Java注解去标识。但是用这种方式去看源码，好像不太适合。用XML的方式，根据一个demo来进行源码的阅读，比较适合。

2.demo代码

BeanService:

public interface BeanService {
    String getName();
}

BeanServiceImpl:

public class BeanServiceImpl implements BeanService {
    public String getName() {
        return "----------------------------------------：I am Bean";
    }
}

applicationContext.xml:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
                              http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd

    <!--ioc源码-->
    <bean id="beanService" class="com.example.demo.ershi.IocSource.BeanServiceImpl"/>

</beans>

test代码：

public class BeanTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 加载xml配置
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:applicationContextF.xml");

        // IOC获取Bean
        BeanService beanService = context.getBean(BeanService.class);

        System.out.println(beanService.getName());
    }
}

测试结果：

22:01:07.069 [main] DEBUG org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory - Creating shared instance of singleton bean 'beanService'
22:01:07.069 [main] DEBUG org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory - Creating instance of bean 'beanService'
22:01:07.069 [main] DEBUG org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory - Eagerly caching bean 'beanService' to allow for resolving potential circular references
22:01:07.069 [main] DEBUG org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory - Finished creating instance of bean 'beanService'
22:01:07.070 [main] DEBUG org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext - Unable to locate LifecycleProcessor with name 'lifecycleProcessor': using default [org.springframework.context.support.DefaultLifecycleProcessor@67205a84]
22:01:07.070 [main] DEBUG org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory - Returning cached instance of singleton bean 'lifecycleProcessor'
22:01:07.071 [main] DEBUG org.springframework.core.env.PropertySourcesPropertyResolver - Could not find key 'spring.liveBeansView.mbeanDomain' in any property source
22:01:07.072 [main] DEBUG org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory - Returning cached instance of singleton bean 'beanService'
----------------------------------------：I am Bean

3.源码阅读

3.1 Bean的含义

前置先解释下这个Bean的含义，因为会贯穿整个流程。
通俗地讲，Bean就是IOC的容器。如上面的例子，将BeanService注册到Spring里，那么BeanService就是Spring的里面的一个Bean。Demo里面context.getName()就是从Spring中取出这个Bean，完成控制反转的。
所以我们的重点就是要看看Spring到底是怎么生成管理这些Bean的。

3.2 ClassPathXmlApplicationContext

启动类中，加载配置的ClassPathXmlApplicationContext肯定就是完成IOC的核心。不知道它到底是怎么做的，怎么入手呢？
先来看看它的类
先分析下这个类图:

1. ClassPathXmlApplicationContext类是AbstractApplicationContext抽象类的子类
2. AbstractApplicationContext类是ApplicaionContext接口的实现。
3. ApplicaionContext接口集合了非常多的内容，其中和IOC比较相关的就是ListableBeanFactory接口和HierarchicalBeanFactory接口
4. ListableBeanFactory接口和HierarchicalBeanFactory接口是继承BeanFactory

从此分析可以看出，ClassPathXmlApplicationContext是什么，了解下ApplicaionContext；它怎么和IOC有关，要了解BeanFactory。
所以后面我们先来看看ApplicaionContext与BeanFactory。

3.3 ApplicationContext

/**
*提供应用程序配置的中央接口
*当应用程序运行时，这是只读的，但如果实现支持，则可以重新加载
*用于访问应用程序组件的Bean工厂方法
*以通用方式加载文件资源的能力
*拥有向注册侦听器发布事件的能力
*解析消息的能力，支持国际化
*为了让BeanFactory拥有生命周期，实现了一些类
*/
public interface ApplicationContext extends EnvironmentCapable, ListableBeanFactory, HierarchicalBeanFactory,
        MessageSource, ApplicationEventPublisher, ResourcePatternResolver {

    /**
     * 返回application context唯一的id
    String getId();

    /**
     *返回上下文中已经部署的应用程序的名称
     */
    String getApplicationName();

    /**
     * 返回一个展示名称
     */
    String getDisplayName();

    /**
     * 程序第一次加载时返回时间.
     */
    long getStartupDate();

    /**
     * 返回父应用程序
     */
    ApplicationContext getParent();

    /**
     * Expose AutowireCapableBeanFactory functionality for this context.
     */
    AutowireCapableBeanFactory getAutowireCapableBeanFactory() throws IllegalStateException;

}

ApplicationContext

从该接口的注解描述可知，ApplicationContext是整个项目的配置，Spring项目在启动或运行的时候都需要依赖到它。

其中Bean管理相关的则是ListableBeanFactory和HierarchicalBeanFactory。

3.4 BeanFactory

ListableBeanFactory和HierarchicalBeanFactory都是继承BeanFactory的。

/**
*用于访问SpringBean容器的顶级接口
*根据bean的定义，工厂将返回包含对象的独立实例或者单例的对象
*HierarchicalBeanFactory是一个分层的Bean，如果实现了这个接口，所有方法都会经过父类的工厂。
* ListableBeanFactory这个接口是要实现预先加载Bean的配置，生成好实例，直接管理Bean的实例，而不是来一个请求，生成一个。
*/
public interface BeanFactory {

    /**
     * 用来获得实例的引用，并且区分FactoryBean区分。
     * 如果使用bean的名字myJndiObject获取FactoryBean,返回的是一个工厂，而不是工厂的实例；如果需要获得工厂实例，需要转义。
     */
    String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&";

    /**
     * 根据bean的名称，获取指定的bean实例，该实例可以是共享的，也可以是独立的.
     */
    Object getBean(String name) throws BeansException;

    /**
     * 根据bean的名称，获取指定的bean实例，该实例可以是共享的，也可以是独立的.并且增加了一个类型的检验。
     */
    <T> T getBean(String name, Class<T> requiredType) throws BeansException;

    Object getBean(String name, Object... args) throws BeansException;

    /**
     * 根据给定类型返回匹配的bean实例.
     */
    <T> T getBean(Class<T> requiredType) throws BeansException;

    <T> T getBean(Class<T> requiredType, Object... args) throws BeansException;

    /**
     * 检查spring的bean容器中是否包含有该bean
     */
    boolean containsBean(String name);

    /**
     * 判断bean的作用域是否是singleton
     */
    boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    /**
     * 判断bena的作用域是否是prototype
     */
    boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    /**
     * 检查给定名称的bean是否和指定类型匹配.更确却的说是通过检查给定的bean，返回指定类型的目标对象
     */
    boolean isTypeMatch(String name, ResolvableType typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    boolean isTypeMatch(String name, Class<?> typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    /**
     * 获取给定名称的bean的class类型
     */
    Class<?> getType(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    /**
     * 获取给定bean名称的别名，如果根据别名检索，将会获得原始bean名称。
     *
    String[] getAliases(String name);

}

BeanFactory

BeanFactory

3.5初始化IOC容器

从ClassPathXmlApplicationContext的构造函数看，最核心的就是refresh()函数，其他只是设一些值。
而这个refresh()是调用父类AbstractApplicationContext中的refresh()。
根据它的注解可知它是加载刷新了整个context，并且加载所有Bean定义和创建对应的单例。

ClassPathXmlApplicationContext中refresh()方法：

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

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

AbstractApplicationContext中refresh()方法：

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    Object var1 = this.startupShutdownMonitor;
    //启动监控标识，并且同步此对象，防止同一时间有多个
    //线程加载
    synchronized(this.startupShutdownMonitor) {
        //初始化一些上下文参数
        this.prepareRefresh();
        //创建一个BeanFactory，进去后只有两个方法this.refreshBeanFactory();
        //return this.getBeanFactory();
        //具体的实现在它的父类AbstractRefreshableApplicationContext中

        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = this.obtainFreshBeanFactory();
        //为 此beanFactory初始化一些组件，比如：ClassLoadder等等
        this.prepareBeanFactory(beanFactory);

        try {
            //获取容器级别的后处理器，允许上下文的子类中对
            //beanFactory进行后处理，在应用上下文内部beanFactory
            //初始化之后可以修改beanFactory,此时所有的BeanDefinittions都
            //已经被加载，但未被实例化，具体的实现在AbstractRefreshableWebApplicationContext
            this.postProcessBeanFactory(beanFactory);
            /**在装配完成配置后执行这些后处理器，这里涉及到一些接口
            我们在开发时可以实现这些接口扩展功能，例如：
            InstantiationAwareBeanPostProcessor包含两个方法
            一个是在实例化前调用，一个在实例化后，初始化前调用
            可以用来做特殊作用，例如代理等等
            DestructionAwareBeanPostProcessor在销毁前调用
            */
            this.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
            /**
            把所有的bean的后处理器排序，在bean实例化后调用
            */
            this.registerBeanPostProcessors(beanFactory);
            //初始化国际化信息资源
            this.initMessageSource();
            //初始化事件多播组件，Event触发时由Multicaster
            //通知ApplicationListener
            this.initApplicationEventMulticaster();
            //空方法由子类扩展，可以在实例化bean之前
            //做一些ApplicationContext相关的操作
            this.onRefresh();
            //注册事件监听器
            this.registerListeners();
            //单例模式的bean实例 化，初始化等等完成
            this.finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
            //applicationContext刷新完成后的处理，
            //例如生命周期监听器的回调，广播通知等
            this.finishRefresh();
        } catch (BeansException var9) {
            if(this.logger.isWarnEnabled()) {
                this.logger.warn("Exception encountered during context initialization - cancelling refresh attempt: " + var9);
            }
            //如果加载失败，则清理环境相关的信息
            this.destroyBeans();
            //把applicationContext的active设置成false
            this.cancelRefresh(var9);
            throw var9;
        } finally {
            //清理一些缓存
            this.resetCommonCaches();
        }

    }
}

refresh()

里面有许多步骤，重点看下obtainFreshBeanFactory()（重新获取一个BeanFactory）。

它里面有个核心的方法refreshBeanFactory()

obtainFreshBeanFactory：

    protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory() {
        refreshBeanFactory();
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug("Bean factory for " + getDisplayName() + ": " + beanFactory);
        }
        return beanFactory;
    }

obtainFreshBeanFactory

AbstractRefreshableApplicationContext.refreshBeanFactory():

    @Override
    protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException {
        if (hasBeanFactory()) {
            //如果存在就销毁重建
            destroyBeans();
            closeBeanFactory();
        }
        try {

             //创建一个DefaultListableBeanFactory作为Bean的
             //管理工厂类
             DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();
            //加载自定义的beanFactory
            beanFactory.setSerializationId(getId());
            customizeBeanFactory(beanFactory);

            //加载beanDefinition，关系这个类加载的东西比较多
            //可以单分析
            loadBeanDefinitions(beanFactory);
            synchronized (this.beanFactoryMonitor) {
                this.beanFactory = beanFactory;
            }
        }
        catch (IOException ex) {
            throw new ApplicationContextException("I/O error parsing bean definition source for " + getDisplayName(), ex);
        }
    }

refreshBeanFactory

如果已有BeanFactory，先删除所有Bean，然后关闭BeanFactory。
然后创建一个新的ListableBeanFactory，上面说到这个工厂里会预先加载所有的Bean。
最后核心的就是loadBeanDefinitions(beanFactory)，它是加载Bean的定义。实现交给了子类。

AbstractXmlApplicationContext.loadBeanDefinitions方法：

    protected void loadBeanDefinitions(DefaultListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException, IOException {
        // Create a new XmlBeanDefinitionReader for the given BeanFactory.
        XmlBeanDefinitionReader beanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReader(beanFactory);

        // Configure the bean definition reader with this context's
        // resource loading environment.
        beanDefinitionReader.setEnvironment(this.getEnvironment());
        beanDefinitionReader.setResourceLoader(this);
        beanDefinitionReader.setEntityResolver(new ResourceEntityResolver(this));

        // Allow a subclass to provide custom initialization of the reader,
        // then proceed with actually loading the bean definitions.
        initBeanDefinitionReader(beanDefinitionReader);
        loadBeanDefinitions(beanDefinitionReader);
    }

loadBeanDefinitions

最后一行调用的方法：

    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);
        }
    }

loadBeanDefinitions

用的是XmlBeanDefinitionReader直接读配置文件加载Bean Definition(Bean定义)到BeanFactory。它里面一步步把xml的配置文件拆解读取，把一个个Bean Definition加载到BeanFactory里。
至此，已经有用一个加载好Bean Definition的BeanFactory了。

3.6 依赖注入

回到启动类中，看看怎么从context中获取bean的。

// IOC获取Bean
BeanService beanService = context.getBean(BeanService.class);

是根据类去拿bean的，当然也可以根据id。

其对应的源码实现，在DefaultListableBeanFactory中，上文有说到对应的BeanFactory选型。

是根据类去拿bean的，当然也可以根据id。
其对应的源码实现，在DefaultListableBeanFactory中，上文有说到对应的BeanFactory选型。

DefaultListableBeanFactory.getBean()

    @Override
    public <T> T getBean(Class<T> requiredType, Object... args) throws BeansException {
        NamedBeanHolder<T> namedBean = resolveNamedBean(requiredType, args);
        if (namedBean != null) {
            return namedBean.getBeanInstance();
        }
        BeanFactory parent = getParentBeanFactory();
        if (parent != null) {
            return parent.getBean(requiredType, args);
        }
        throw new NoSuchBeanDefinitionException(requiredType);
    }

getBean

NamedBeanHolder是里面包含一个实例化的对象，和bean的名字。resolveNamedBean()是怎么拿出Bean的关键。
一步步Debug，可以看到，它是遍历BeanFactory里面维护的beanDefinitionNames和manualSingletonNames成员变量，找出命中的beanName返回。

resolveNamedBean(requiredType,args)➡️getBeanNamesForType(requiredType)➡️getBeanNamesForType(type,true,true)➡️doGetBeanNamesForType(ResolvableType.forRawClass(type),includeNonSingletons, allowEagerInit)

DefaultListableBeanFactory.doGetBeanNamesForType():

    private String[] doGetBeanNamesForType(ResolvableType type, boolean includeNonSingletons, boolean allowEagerInit) {
        List<String> result = new ArrayList<String>();

        // Check all bean definitions.
        for (String beanName : this.beanDefinitionNames) {
            // Only consider bean as eligible if the bean name
            // is not defined as alias for some other bean.
            if (!isAlias(beanName)) {
                try {
                    RootBeanDefinition mbd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
                    // Only check bean definition if it is complete.
                    if (!mbd.isAbstract() && (allowEagerInit ||
                            ((mbd.hasBeanClass() || !mbd.isLazyInit() || isAllowEagerClassLoading())) &&
                                    !requiresEagerInitForType(mbd.getFactoryBeanName()))) {
                        // In case of FactoryBean, match object created by FactoryBean.
                        boolean isFactoryBean = isFactoryBean(beanName, mbd);
                        BeanDefinitionHolder dbd = mbd.getDecoratedDefinition();
                        boolean matchFound =
                                (allowEagerInit || !isFactoryBean ||
                                        (dbd != null && !mbd.isLazyInit()) || containsSingleton(beanName)) &&
                                (includeNonSingletons ||
                                        (dbd != null ? mbd.isSingleton() : isSingleton(beanName))) &&
                                isTypeMatch(beanName, type);
                        if (!matchFound && isFactoryBean) {
                            // In case of FactoryBean, try to match FactoryBean instance itself next.
                            beanName = FACTORY_BEAN_PREFIX + beanName;
                            matchFound = (includeNonSingletons || mbd.isSingleton()) && isTypeMatch(beanName, type);
                        }
                        if (matchFound) {
                            result.add(beanName);
                        }
                    }
                }
                catch (CannotLoadBeanClassException ex) {
                    if (allowEagerInit) {
                        throw ex;
                    }
                    // Probably contains a placeholder: let's ignore it for type matching purposes.
                    if (this.logger.isDebugEnabled()) {
                        this.logger.debug("Ignoring bean class loading failure for bean '" + beanName + "'", ex);
                    }
                    onSuppressedException(ex);
                }
                catch (BeanDefinitionStoreException ex) {
                    if (allowEagerInit) {
                        throw ex;
                    }
                    // Probably contains a placeholder: let's ignore it for type matching purposes.
                    if (this.logger.isDebugEnabled()) {
                        this.logger.debug("Ignoring unresolvable metadata in bean definition '" + beanName + "'", ex);
                    }
                    onSuppressedException(ex);
                }
            }
        }

        // Check manually registered singletons too.
        for (String beanName : this.manualSingletonNames) {
            try {
                // In case of FactoryBean, match object created by FactoryBean.
                if (isFactoryBean(beanName)) {
                    if ((includeNonSingletons || isSingleton(beanName)) && isTypeMatch(beanName, type)) {
                        result.add(beanName);
                        // Match found for this bean: do not match FactoryBean itself anymore.
                        continue;
                    }
                    // In case of FactoryBean, try to match FactoryBean itself next.
                    beanName = FACTORY_BEAN_PREFIX + beanName;
                }
                // Match raw bean instance (might be raw FactoryBean).
                if (isTypeMatch(beanName, type)) {
                    result.add(beanName);
                }
            }
            catch (NoSuchBeanDefinitionException ex) {
                // Shouldn't happen - probably a result of circular reference resolution...
                if (logger.isDebugEnabled()) {
                    logger.debug("Failed to check manually registered singleton with name '" + beanName + "'", ex);
                }
            }
        }

        return StringUtils.toStringArray(result);
    }

doGetBeanNamesForType

然后拿着这个beanName去找具体的bean实例。这里的代码比较长，在AbstractBeanFactory里面的doGetBean()中实现。
大意是先尝试去找手动添加bean的单例工厂里找有没有对应的实例，没有的话就往父类beanFactory里面找，最后没有的话就生成一个。
spring中一个bean是如何加载和如何注入大致如此。

参考：零基础带你看Spring源码——IOC控制反转

参考：Spring bean的生命周期