Spring 学习笔记(2) Spring Bean

一、IoC 容器

IoC 容器是 Spring 的核心，Spring 通过 IoC 容器来管理对象的实例化和初始化（这些对象就是 Spring Bean），以及对象从创建到销毁的整个生命周期。也就是管理对象和依赖，以及依赖的注入等等。

Spring 提供 2 种不同类型的 IoC 容器：BeanFactory 和 ApplicationContext 容器。

1.1 BeanFactory 容器

BeanFactory 是一个管理 Bean 的工厂，它主要负责初始化各种 Bean, 并调用它们的生命周期方法。BeanFactory 是最简单的 Bean 容器，它由 org.springframework.beans.factory.BeanFactory 接口定义实现。提供了容器最基本的功能。

目前 BeanFactory 没多少人用，主要是为了能够兼容 Spring 集成的第三方框架，所以目前仍然保留了该接口。下面是官网的解释

The BeanFactory and related interfaces, such as BeanFactoryAware, InitializingBean, DisposableBean, are still present in Spring for the purposes of backward compatibility with the large number of third-party frameworks that integrate with Spring.

Beanfactory 是 org.springframework.beans 的顶级接口。

1.2 ApplicationContext 容器

ApplicationContext 容器几乎涵盖所有 BeanFactory 容器的功能，它继承了 BeanFactory 接口，由org.springframework.context.ApplicationContext 接口定义实现。在 BeanFactory 的基础上增加了AOP、事务支持等等功能。现在Spring 实际开发中基本上使用的是 ApplicationContext 容器。

ApplicationContext 是 org.springframework.context 的顶级接口。

ApplicationContext 有两个常用的实现类，分别是 ClassPathXmlApplicationContext 和 FileSystemXmlApplicationContext 。

1.2.1 ClassPathXmlApplicationContext 类

看名字就知道它是从类路径 ClassPath 中寻找 XML 配置文件，来完成 ApplicationContext 实例化工作：

ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("configlocation");

//configlocation 是指定 Spring 配置文件（XML）的名称和位置,比如 Beans.xml

1.2.2 FileSystemXmlApplicationContext

该类是从文件系统中寻找 XML 配置文件：

ApplicationContext applicationContext = new FileSystemXmlApplicationContext("configlocation");

//configlocation 是从非类路径外中获取 XML 的名称和位置，比如 ”F:/workCode/Beans.xml“

它们都是通过 XML 配置文件来加载 Bean 的。

二、 Spring Bean 的定义

看官网定义：

In Spring, the objects that form the backbone of your application and that are managed by the Spring IoC container are called beans. A bean is an object that is instantiated, assembled, and otherwise managed by a Spring IoC container. Otherwise, a bean is simply one of many objects in your application. Beans, and the dependencies among them, are reflected in the configuration metadata used by a container.

Bean 是由 Spring IoC 容器管理的对象，容器就能通过反射的形式将容器中准备好的对象注入（这里使用的是反射给属性赋值）到需求的组件中去，简单来说，Spring IoC 容器可以看作是一个工厂，Bean 相当于工厂的产品。 Spring 配置文件则告诉容器需要哪些 Bean,以及需要哪种方式来装配 Bean。

Bean 其实就是一个 Java 对象，它是根据 bean 规范编写出来的类，并且由容器生成的对象就是一个 bean。

Bean 规范：

所有属性是 private
提供默认构造方法
提供 getter 和 setter
实现 serializable 接口

它和 POJO 其实是一样的，只不过是遵循 Bean 规范的 POJO 。

Spring 配置文件

spring 配置文件主要支持两种格式：XML 和 Properties 格式

Properties 配置文件主要以 key-value 键值对的形式存在，不能进行其他操作，使用于简单的属性配置
XML 配置文件是树形结构，文件结构清晰，但是内容比较繁琐，使用于大型复杂项目

一般来说，Spring 的配置文件使用 XML 格式。 XML 配置文件的根元素是,该元素下包含多个子元素。每个都定义了一个 bean ,并描述了该 Bean 如何被装配到 Spring 容器中。

元素的常用属性：

属性名称	描述
id	Bean 的唯一标识符，Spring 容器对 Bean 的配置和管理都通过该属性完成。id 的值必须以字母开始，可以使用字母、数字、下划线等符号。
name	name 属性中可以为 Bean 指定多个名称，每个名称之间用逗号或分号隔开。Spring 容器可以通过 name 属性配置和管理容器中的 Bean。
class	该属性指定了 Bean 的具体实现类，它必须是一个完整的类名，即类的全限定名。
scope	用于设定 Bean 实例的作用域，属性值可以为 singleton（单例）、prototype（原型）、request、session 和 global Session。其默认值是 singleton
constructor-arg	元素的子元素，可以使用此元素传入构造参数进行实例化。该元素的 index 属性指定构造参数的序号（从 0 开始），type 属性指定构造参数的类型
property	元素的子元素，用于调用 Bean 实例中的 setter 方法来属性赋值，从而完成依赖注入。该元素的 name 属性用于指定 Bean 实例中相应的属性名
ref	和等元素的子元索，该元素中的 bean 属性用于指定对某个 Bean 实例的引用
value	和等元素的子元素，用于直接指定一个常量值
list	用于封装 List 或数组类型的依赖注入
set	用于封装 Set 类型的依赖注入
map	用于封装 Map 类型的依赖注入
entry	元素的子元素，用于设置一个键值对。其 key 属性指定字符串类型的键值，ref 或 value 子元素指定其值
init-method	容器加载 Bean 时调用该方法，类似于 Servlet 中的 init() 方法
destroy-method	容器删除 Bean 时调用该方法，类似于 Servlet 中的 destroy() 方法。该方法只在 scope=singleton 时有效
lazy-init	懒加载，值为 true，容器在首次请求时才会创建 Bean 实例；值为 false，容器在启动时创建 Bean 实例。该方法只在 scope=singleton 时有效

三、 Spring Bean 的作用域

Spring 容器在初始化一个 Bean 实例时，同时会指定该实例的作用域。Spring 5 支持 6 种作用域。

3.1 singleton

默认的作用域，单例模式。表示在 Spring 容器中只有一个 Bean 实例，Bean 以单例的方式存在。在容器启动前就创建好了对象，任何时间获取都是之前创建好的那个对象。配置方式可以缺省，因为是默认值。<bean class="..."></bean>

3.2 prototype

原型作用域，多实例模式。每次调用 Bean 时都会创建一个新实例。Bean 以多实例的方式存在。容器启动默认不会创建多实例 bean，每次获取都会创建一个新的实例 bean 。配置方式为 <bean class="..." scope="prototype"></bean>

3.3 request

在 web 环境下，每次 HTTP 请求都会创建一个 Bean 实例，该作用域只在当前 HTTP Request 内有效。配置方式为 <bean class="..." scope="request"></bean>

3.4 session

在 web 环境下，每次 HTTP 会话共享一个 Bean 实例，不同的 Session 使用不同的 Bean 实例。该作用域只在当前 HTTP Session 内有效。配置方式为 <bean class="..." scope="session"></bean>

3.5 application

在web 环境下，同一个 web application 共享一个 Bean 实例，该作用域在当前 ServletContext 内有效。

3.6 websocket

在web 环境下，同一个 websocket 共享一个 Bean 实例，该作用域在整个 websocket 中有效。

四、Spring Bean 的注册方式

Bean 的初始化主要分为两个过程：Bean 的注册和 Bean 的实例化。Bean 的注册主要是指 Spring 通过读取配置文件获取各个 bean 的声明信息，并且对这些信息进行注册的过程。

4.1 XML 配置文件注册方式

在 XML 中配置好后进行注册

<bean id="person" class="org.springframework.beans.Person">

   <property name="id" value="1"/>

   <property name="name" value="Java"/>

</bean>

4.2 Java 注解注册方式

可以使用 @Component 或 @Configuration + @Bean 来注册 Bean

@Component

public class Person {

   private Integer id;

   private String name

   // 忽略其他方法

}

@Configuration               //可以理解为 XML 配置文件中的 <beans> 标签

public class Person {

   @Bean                     //可以理解为 XML 配置文件中的 <bean> 标签

   public Person  person(){

      return new Person();

   }

   // 忽略其他方法

}

4.3 Java API 注册方式

使用 BeanDefinitionRegistry.registerBeanDefinition() 方法来注册 Bean, 代码如下：

public class CustomBeanDefinitionRegistry implements BeanDefinitionRegistryPostProcessor {

	@Override

	public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {}

	@Override

	public void postProcessBeanDefinitionRegistry(BeanDefinitionRegistry registry) throws BeansException {

		RootBeanDefinition personBean = new RootBeanDefinition(Person.class);

		// 新增 Bean

		registry.registerBeanDefinition("person", personBean);

	}

}

五、Spring Bean 的生命周期

Spring 中的 Bean 的生命周期比较复杂，可以表示为： Bean 的定义 -> Bean 的初始化 -> Bean 的使用 -> Bean 的销毁

Spring 是根据 Bean 的作用域来管理，对于单实例 singleton 作用域的 Bean, Spring 能够精确地知道这个 Bean 的完整生命周期；而对于 prototype 作用域的 Bean, Spring 只负责创建，当容器创建了 Bean 的实例后，Bean 的实例就交给客户端管理，Spring 容器将不再跟踪其生命周期。

首先，从上面几节中看到，关于 Bean 的定义和初始化中的注册都在配置文件中或者其他方式提前写好。下面我们直接从 Bean 初始化中的实例化开始看，一般会有以下几个过程：

5.1 实例化 Bean

Spring 启动，查找并加载需要被 Spring 管理的 Bean , 并实例化 Bean ，实例化就是通过容器生成一个 Bean。实例化 Bean 方式主要有三种：类的无参构造方法、静态工厂、实例工厂。

5.1.1 无参构造方法创建

在配置文件 XML 中配置 bean, 默认使用了无参构造器创建 bean

<bean id="bean" class="com.spring.demo.Bean"></bean>

然后再通过 getBean() 方法来获取实例化的 bean

ApplicationContext context = new ClasspathXmlApplicationContext("Bean.xml");

Bean b = (Bean)context.getBean("Bean.xml");

5.1.2 静态工厂方法创建

同样也是需要在 XML 中配置 bean :

<bean id="bean" class="com.spring.demo.BeanFactory" factory-method="getBean"></bean>

id 和 class 都定位到某个工厂类，factory-method 表示调用到该类 BeanFactory 下的方法来创建对象，而且这个 getBean 方法必须是静态方法。

同样是用 getBean() 方法获取实例化的 bean ，就不赘余了。

5.1.3 实例工厂方法创建

同样的，配置 XML 文件

<bean id="beanfactory" class="com.spring.demo.BeanFactory"></bean>

<bean id="bean" factory-bean="beanfactory" factory-method="getbean"></bean>

实例工厂和静态工厂的区别在于，该实例化方式工厂方法不需要是静态的，需要先创建对象(在工厂类中新建一个对象)，然后再通过对象调用其方法创建 bean。

5.2 设置属性值（依赖注入）

这个阶段需要利用依赖注入完成 Bean 中的所有属性值的配置注入。容器的注入方法主要有构造方法和 Setter 方法注入。

5.2.1 构造方法注入

注入方式是使用标签来实现构造函数的注入，在该标签中，包含这样几种属性：

value: 用于注入基本数据类型以及字符串类型的值
ref: 注入已经定义好的 Bean
type: 用来指定对应的构造函数
index: 若构造函数有多个参数的时候，可以使用index 属性指定参数的位置，给参数的位置进行排序

<bean id="" class="">

    <constructor-arg index="0" value=""></constructor-arg>

    <constructor-arg index="1" ref=""></constructor-arg>

</bean>

5.2.2 Setter 方法注入

Setter 方法注入的方式是目前 Spring 主流的注入方式，它可以利用 Java Bean 规范所定义的 Setter/Getter 方法来完成注入，可读性和灵活性都很高，它不需要使用声明式构造方法，而是使用 Setter 注入直接设置相关的值。

<bean id="person" class="org.springframework.beans.Person">

    <property name="id" value="1"/>

    <property name="name" value="Java"/>

</bean>

在 Spring 实例化 Bean 的过程中，首先会调用默认的构造方法实例化 Bean 的对象，然后通过 Java 的反射机制调用 set 方法进行属性的注入。因此，setter 注入要求 Bean 的对应类必须满足一下要求：

必须提供一个默认的无参构造方法
必须为需要注入的属性提供对应的 setter 方法

5.3 调用 Aware 的相关方法

5.3.1 调用 BeanNameAware 的 setBeanName() 方法

如果 Bean 实现了 BeanNameAware 接口，则 Spring 调用 Bean 的 setBeanName() 方法传入当前 Bean 的 id 值。

5.3.2 调用 BeanFactoryAware 的 setBeanFactory() 方法

如果 Bean 实现了 BeanFactoryAware 接口，则 Spring 调用 setBeanFactory() 方法传入当前工厂实例的引用。

5.3.3 调用 ApplicationContextAware 的 setApplicationContext()方法

如果 Bean 实现了 ApplicationContextAware 接口，则 Spring 调用 setApplicationContext() 方法传入当前 ApplicationContext 实例的引用。

5.4 调用 BeanPostProcessor 的预初始化方法

如果 Bean 实现了 BeanPostProcessor 接口，则 Spring 调用该接口的预初始化方法 postProcessBeforeInitialzation() 对 Bean 进行加工操作，此处非常重要，Spring 的 AOP 就是利用它实现的。

5.5 调用InitializingBean 的 afterPropertiesSet() 方法和定制的初始化方法

InitializingBean 是一个接口，它有一个 afterPropertiesSet() 方法，在 Bean 初始化时会判断当前 Bean 是否实现了 InitializingBean，如果实现了则调用 afterPropertiesSet() 方法，进行初始化工作；然后再检查是否也指定了 init-method，如果指定了则通过反射机制调用指定的 init-method 方法，它的实现源码如下：

protected void invokeInitMethods(String beanName, final Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd)

        throws Throwable {

    // 判断当前 Bean 是否实现了 InitializingBean，如果是的话需要调用 afterPropertiesSet()

    boolean isInitializingBean = (bean instanceof InitializingBean);

    if (isInitializingBean && (mbd == null || !mbd.isExternallyManagedInitMethod("afterPropertiesSet"))) {

        if (logger.isTraceEnabled()) {

            logger.trace("Invoking afterPropertiesSet() on bean with name '" + beanName + "'");

        }

        if (System.getSecurityManager() != null) { // 安全模式

            try {

                AccessController.doPrivileged((PrivilegedExceptionAction<Object>) () -> {

                    ((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet(); // 属性初始化

                    return null;

                }, getAccessControlContext());

            } catch (PrivilegedActionException pae) {

                throw pae.getException();

            }

        } else {

            ((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet(); // 属性初始化

        }

    }

    // 判断是否指定了 init-method()

    if (mbd != null && bean.getClass() != NullBean.class) {

        String initMethodName = mbd.getInitMethodName();

        if (StringUtils.hasLength(initMethodName) &&

                !(isInitializingBean && "afterPropertiesSet".equals(initMethodName)) &&

                !mbd.isExternallyManagedInitMethod(initMethodName)) {

            // 利用反射机制执行指定方法

            invokeCustomInitMethod(beanName, bean, mbd);

        }

    }

}

5.6 调用 BeanPostProcessor 的后初始化方法

如果 BeanPostProcessor 和 Bean 关联，则 Spring 将调用该接口的初始化方法 postProcessAfterInitialization()。此时，Bean 已经可以被应用系统使用了。

5.7 Bean 的使用

如果在中指定了该 Bean 的作用域为 singleton，则将该 Bean 放入 Spring IoC 的缓存池中，触发 Spring 对该 Bean 的生命周期管理；如果在中指定了该 Bean 的作用域为 prototype，则将该 Bean 交给调用者，调用者管理该 Bean 的生命周期，Spring 不再管理该 Bean。

5.8 Bean 的销毁

在 Spring 容器关闭时会执行销毁方法，但是 Spring 容器不会自动去调用销毁方法，而是需要我们主动的调用。

如果是 BeanFactory 容器，那么我们需要主动调用 destroySingletons() 方法，通知 BeanFactory 容器去执行相应的销毁方法；如果是 ApplicationContext 容器，那么我们需要主动调用 registerShutdownHook() 方法，告知 ApplicationContext 容器执行相应的销毁方法。

5.9 小结

一般情况下，会在 Bean 被初始化后和被销毁前执行一些相关操作。

Spring 官方提供了 3 种方法实现初始化回调和销毁回调：

实现 InitializingBean 和 DisposableBean 接口；
在 XML 中配置 init-method 和 destory-method；
使用 @PostConstruct 和 @PreDestory 注解。

在一个 Bean 中有多种生命周期回调方法时，优先级为：注解 > 接口 > XML。

不建议使用接口和注解，这会让 pojo 类和 Spring 框架紧耦合。

六、Spring Bean 自动装配

Bean 的装配可以理解为依赖关系注入，Bean 的装配方式也就是 Bean 的依赖注入方式。Spring 容器支持多种装配 Bean 的方式，如基于 XML 的 Bean 装配、基于 Annotation 的 Bean 装配和自动装配等。基于 XML 的装配方式主要分为两种,在 5.2 设置属性值 中提到的过。

自动装配就是指 Spring 容器在不使用和标签的情况下，可以自动装配（autowire）相互协作的 Bean 之间的关联关系，将一个 Bean 注入其他 Bean 的 Property 中。使用自动装配需要配置元素的 autowire 属性。autowire 属性有五个值，具体说明如下表所示。

名称	说明
no	默认值，表示不使用自动装配，Bean 依赖必须通过 ref 元素定义。
byName	根据 Property 的 name 自动装配，如果一个 Bean 的 name 和另一个 Bean 中的 Property 的 name 相同，则自动装配这个 Bean 到 Property 中。
byType	根据 Property 的数据类型（Type）自动装配，如果一个 Bean 的数据类型兼容另一个 Bean 中 Property 的数据类型，则自动装配。
constructor	类似于 byType，根据构造方法参数的数据类型，进行 byType 模式的自动装配。
autodetect（3.0版本不支持）	如果 Bean 中有默认的构造方法，则用 constructor 模式，否则用 byType 模式。

5.10 基于注解装配 Bean

尽管可以使用 XML 来装配 Bean , 但是如果应用中 Bean 数量过多,会导致 XML 配置文件过于臃肿,对后期维护带来一定的困难

Java 从 JDK 5.0 以后，提供了 Annotation（注解）功能，Spring 2.5 版本开始也提供了对 Annotation 技术的全面支持，我们可以使用注解来配置依赖注入。Spring 默认不使用注解装配 Bean，因此需要在配置文件中添加 < context:annotation-config >，启用注解。

Spring 中常用的注解如下。

5.10.1 @Component

可以使用此注解描述 Spring 中的 Bean，但它是一个泛化的概念，仅仅表示一个组件（Bean），并且可以作用在任何层次。使用时只需将该注解标注在相应类上即可。

5.10.2 @Repository

用于将数据访问层（DAO层）的类标识为 Spring 中的 Bean，其功能与 @Component 相同。

5.10.3 @Service

通常作用在业务层（Service 层），用于将业务层的类标识为 Spring 中的 Bean，其功能与 @Component 相同。

5.10.4 @Controller

通常作用在控制层（如 Struts2 的 Action、SpringMVC 的 Controller），用于将控制层的类标识为 Spring 中的 Bean，其功能与 @Component 相同。

5.10.5 @Autowired

可以应用到 Bean 的属性变量、属性的 setter 方法、非 setter 方法及构造函数等，配合对应的注解处理器完成 Bean 的自动配置工作。默认按照 Bean 的类型进行装配。

5.10.6 @Resource

作用与 Autowired 相同，区别在于 @Autowired 默认按照 Bean 类型装配，而 @Resource 默认按照 Bean 实例名称进行装配。

@Resource 中有两个重要属性：name 和 type。

Spring 将 name 属性解析为 Bean 的实例名称，type 属性解析为 Bean 的实例类型。如果指定 name 属性，则按实例名称进行装配；如果指定 type 属性，则按 Bean 类型进行装配。如果都不指定，则先按 Bean 实例名称装配，如果不能匹配，则再按照 Bean 类型进行装配；如果都无法匹配，则抛出 NoSuchBeanDefinitionException 异常。

5.10.7 @Qualifier

与 @Autowired 注解配合使用，会将默认的按 Bean 类型装配修改为按 Bean 的实例名称装配，Bean 的实例名称由 @Qualifier 注解的参数指定。

参考文章