coding++：Spring IOC/DI 实现原理

什么是 SpringIOC：

spring ioc 指的是控制反转，IOC容器负责实例化、定位、配置应用程序中的对象及建立这些对象间的依赖。交由Spring容器统一进行管理，从而实现松耦合。

“控制反转”，不是什么技术，而是一种设计思想。

IOC 实现原理：

使用反射机制+XML技术

理解了这些基本概念后，我们通过一个简单的示意图来简单描述一下整个流程，

从示意图可以看出，当web容器启动的时候，spring的全局bean的管理器会去xml配置文件中扫描的包下面获取到所有的类。

并根据你使用的注解，进行对应的封装，封装到全局的bean容器中进行管理，一旦容器初始化完毕，beanID以及bean实例化的类对象信息就全部存在了。

现在我们需要在某个service里面调用另一个bean的某个方法的时候，我们只需要依赖注入进来另一个bean的Id即可。

调用的时候，spring会去初始化完成的bean容器中获取即可，如果存在就把依赖的bean的类的实例化对象返回给你，你就可以调用依赖的bean的相关方法或属性等

下面通过实例代码来模拟一下整个IOC的原理和执行流程：

demo 结构如下：

首先我们自定义两个注解，我们知道在业务类中经常使用 @Service来标记这个类是bean管理的类，而@Autowired或者@Resource用于bean之间相互依赖使用，

package mlq.spring.annotation;

import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.Target;

import static java.lang.annotation.ElementType.FIELD;
import static java.lang.annotation.ElementType.METHOD;
import static java.lang.annotation.ElementType.TYPE;
import static java.lang.annotation.RetentionPolicy.RUNTIME;

/**
 * 模拟@Autowired注解
 */
@Target({ TYPE, FIELD, METHOD })
@Retention(RUNTIME)
public @interface SelfAutowired {
}

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

/**
 * 自定义注解  service 注入bean容器
 */
@Target({ ElementType.TYPE })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface SelfService {
}

模拟spring的bean容器类，想必使用过spring框架在进行整合测试的时候，都使用到下面这段代码，这段代码的作用其实就是模拟在spring启动加载的时候，

通过这个类去初始化一个bean 的容器管理类，所有的bean的信息解析和保存都会在这个类里面进行，下面我们写一个这样的类来还原一下这个过程。

SelfPathXmlApplicationContext app = new SelfPathXmlApplicationContext("mlq.spring.service.impl");

自定义spring的bean容器类。

import mlq.spring.annotation.SelfAutowired;
import mlq.spring.annotation.SelfService;
import mlq.spring.utils.ClassParseUtil;
import org.springframework.util.StringUtils;

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

/**
 * 自定义bean管理器
 */
public class SelfPathXmlApplicationContext {

    // 封装所有的bean容器
    private ConcurrentHashMap<String, Object> beans = null;

    private String packageName;

    /**
     * 该类被创建出来的时候加载
     *
     * @param packageName
     * @throws Exception
     */
    public SelfPathXmlApplicationContext(String packageName) throws Exception {
        beans = new ConcurrentHashMap<String, Object>();
        this.packageName = packageName;
        initBeans();
        initEntryField();
    }

    /**
     * 获取扫描包下面的所有bean
     */
    private void initBeans() throws Exception {
        // 1.使用java的反射机制扫包,[获取当前包下所有的类]
        List<Class<?>> classes = ClassParseUtil.getClasses(packageName);
        // 2、判断类上面是否存在注入的bean的注解
        ConcurrentHashMap<String, Object> classExisAnnotation = findClassExisAnnotation(classes);
        if (classExisAnnotation == null || classExisAnnotation.isEmpty()) {
            throw new Exception("该包下没有任何类加上注解");
        }
    }

    /**
     * 判断类上是否存在注入自定义的bean的注解
     *
     * @param classes
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public ConcurrentHashMap<String, Object> findClassExisAnnotation(List<Class<?>> classes) throws Exception {
        for (Class<?> classInfo : classes) {
            // 判断类上是否有注解 [获取自定义的service注解]
            SelfService annotation = classInfo.getAnnotation(SelfService.class);
            if (annotation != null) {
                // 获取当前类的类名
                String className = classInfo.getSimpleName();
                String beanId = toLowerCaseFirstOne(className);
                Object newInstance = newInstance(classInfo);
                beans.put(beanId, newInstance);
            }
        }
        return beans;
    }

    // 首字母转小写
    public static String toLowerCaseFirstOne(String s) {
        if (Character.isLowerCase(s.charAt(0)))
            return s;
        else
            return (new StringBuilder()).append(Character.toLowerCase(s.charAt(0))).append(s.substring(1)).toString();
    }

    /**
     * 通过class名称获取类的实例化对象
     *
     * @param classInfo
     * @return
     * @throws ClassNotFoundException
     * @throws InstantiationException
     * @throws IllegalAccessException
     */
    public Object newInstance(Class<?> classInfo)
            throws ClassNotFoundException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        return classInfo.newInstance();
    }

    /**
     * 初始化bean的实例对象的所有属性
     *
     * @throws Exception
     */
    private void initEntryField() throws Exception {
        // 1.遍历所有的bean容器对象
        for (Map.Entry<String, Object> entry : beans.entrySet()) {
            // 2.判断属性上面是否有加注解
            Object bean = entry.getValue();
            attriAssign(bean);
        }
    }

    /**
     * 依赖注入注解原理
     *
     * @param object
     * @throws Exception
     */
    public void attriAssign(Object object) throws Exception {

        // 1.使用反射机制,获取当前类的所有属性
        Class<? extends Object> classInfo = object.getClass();
        Field[] declaredFields = classInfo.getDeclaredFields();

        // 2.判断当前类属性是否存在注解
        for (Field field : declaredFields) {
            SelfAutowired extResource = field.getAnnotation(SelfAutowired.class);
            if (extResource != null) {
                // 获取属性名称
                String beanId = field.getName();
                Object bean = getBean(beanId);
                if (bean != null) {
                    // 3.默认使用属性名称，查找bean容器对象 1参数 当前对象 2参数给属性赋值
                    field.setAccessible(true); // 允许访问私有属性
                    field.set(object, bean);
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 根据beanId获取bean名称
     *
     * @param beanId
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public Object getBean(String beanId) throws Exception {
        if (StringUtils.isEmpty(beanId)) {
            throw new Exception("beanId参数不能为空");
        }
        // 1.从spring容器获取bean
        Object object = beans.get(beanId);
        return object;
    }

    public ConcurrentHashMap<String, Object> getBeans() {
        return beans;
    }

    public void setBeans(ConcurrentHashMap<String, Object> beans) {
        this.beans = beans;
    }

    public String getPackageName() {
        return packageName;
    }

    public void setPackageName(String packageName) {
        this.packageName = packageName;
    }
}

ClassParseUtil ：工具类

package mlq.spring.utils;

import java.io.File;
import java.io.FileFilter;
import java.io.IOException;
import java.net.JarURLConnection;
import java.net.URL;
import java.net.URLDecoder;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Enumeration;
import java.util.List;
import java.util.jar.JarEntry;
import java.util.jar.JarFile;

public class ClassParseUtil {

    /**
     * 取得某个接口下所有实现这个接口的类
     */
    public static List<Class> getAllClassByInterface(Class c) {
        List<Class> returnClassList = null;

        if (c.isInterface()) {
            // 获取当前的包名
            String packageName = c.getPackage().getName();
            // 获取当前包下以及子包下所以的类
            List<Class<?>> allClass = getClasses(packageName);
            if (allClass != null) {
                returnClassList = new ArrayList<Class>();
                for (Class classes : allClass) {
                    // 判断是否是同一个接口
                    if (c.isAssignableFrom(classes)) {
                        // 本身不加入进去
                        if (!c.equals(classes)) {
                            returnClassList.add(classes);
                        }
                    }
                }
            }
        }

        return returnClassList;
    }

    /*
     * 取得某一类所在包的所有类名 不含迭代
     */
    public static String[] getPackageAllClassName(String classLocation, String packageName) {
        // 将packageName分解
        String[] packagePathSplit = packageName.split("[.]");
        String realClassLocation = classLocation;
        int packageLength = packagePathSplit.length;
        for (int i = 0; i < packageLength; i++) {
            realClassLocation = realClassLocation + File.separator + packagePathSplit[i];
        }
        File packeageDir = new File(realClassLocation);
        if (packeageDir.isDirectory()) {
            String[] allClassName = packeageDir.list();
            return allClassName;
        }
        return null;
    }

    /**
     * 从包package中获取所有的Class
     *
     * @param packageName
     * @return
     */
    public static List<Class<?>> getClasses(String packageName) {

        // 第一个class类的集合
        List<Class<?>> classes = new ArrayList<Class<?>>();
        // 是否循环迭代
        boolean recursive = true;
        // 获取包的名字 并进行替换
        String packageDirName = packageName.replace('.', '/');
        // 定义一个枚举的集合 并进行循环来处理这个目录下的things
        Enumeration<URL> dirs;
        try {
            dirs = Thread.currentThread().getContextClassLoader().getResources(packageDirName);
            // 循环迭代下去
            while (dirs.hasMoreElements()) {
                // 获取下一个元素
                URL url = dirs.nextElement();
                // 得到协议的名称
                String protocol = url.getProtocol();
                // 如果是以文件的形式保存在服务器上
                if ("file".equals(protocol)) {
                    // 获取包的物理路径
                    String filePath = URLDecoder.decode(url.getFile(), "UTF-8");
                    // 以文件的方式扫描整个包下的文件 并添加到集合中
                    findAndAddClassesInPackageByFile(packageName, filePath, recursive, classes);
                } else if ("jar".equals(protocol)) {
                    // 如果是jar包文件
                    // 定义一个JarFile
                    JarFile jar;
                    try {
                        // 获取jar
                        jar = ((JarURLConnection) url.openConnection()).getJarFile();
                        // 从此jar包 得到一个枚举类
                        Enumeration<JarEntry> entries = jar.entries();
                        // 同样的进行循环迭代
                        while (entries.hasMoreElements()) {
                            // 获取jar里的一个实体 可以是目录 和一些jar包里的其他文件 如META-INF等文件
                            JarEntry entry = entries.nextElement();
                            String name = entry.getName();
                            // 如果是以/开头的
                            if (name.charAt(0) == '/') {
                                // 获取后面的字符串
                                name = name.substring(1);
                            }
                            // 如果前半部分和定义的包名相同
                            if (name.startsWith(packageDirName)) {
                                int idx = name.lastIndexOf('/');
                                // 如果以"/"结尾 是一个包
                                if (idx != -1) {
                                    // 获取包名 把"/"替换成"."
                                    packageName = name.substring(0, idx).replace('/', '.');
                                }
                                // 如果可以迭代下去 并且是一个包
                                if ((idx != -1) || recursive) {
                                    // 如果是一个.class文件 而且不是目录
                                    if (name.endsWith(".class") && !entry.isDirectory()) {
                                        // 去掉后面的".class" 获取真正的类名
                                        String className = name.substring(packageName.length() + 1, name.length() - 6);
                                        try {
                                            // 添加到classes
                                            classes.add(Class.forName(packageName + '.' + className));
                                        } catch (ClassNotFoundException e) {
                                            e.printStackTrace();
                                        }
                                    }
                                }
                            }
                        }
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return classes;
    }

    /**
     * 以文件的形式来获取包下的所有Class
     *
     * @param packageName
     * @param packagePath
     * @param recursive
     * @param classes
     */
    public static void findAndAddClassesInPackageByFile(String packageName, String packagePath, final boolean recursive,
                                                        List<Class<?>> classes) {
        // 获取此包的目录 建立一个File
        File dir = new File(packagePath);
        // 如果不存在或者 也不是目录就直接返回
        if (!dir.exists() || !dir.isDirectory()) {
            return;
        }
        // 如果存在 就获取包下的所有文件 包括目录
        File[] dirfiles = dir.listFiles(new FileFilter() {
            // 自定义过滤规则 如果可以循环(包含子目录) 或则是以.class结尾的文件(编译好的java类文件)
            public boolean accept(File file) {
                return (recursive && file.isDirectory()) || (file.getName().endsWith(".class"));
            }
        });
        // 循环所有文件
        for (File file : dirfiles) {
            // 如果是目录 则继续扫描
            if (file.isDirectory()) {
                findAndAddClassesInPackageByFile(packageName + "." + file.getName(), file.getAbsolutePath(), recursive,
                        classes);
            } else {
                // 如果是java类文件 去掉后面的.class 只留下类名
                String className = file.getName().substring(0, file.getName().length() - 6);
                try {
                    // 添加到集合中去
                    classes.add(Class.forName(packageName + '.' + className));
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

ClassParseUtil 工具类

当这个类被初始化的时候，通过构造函数里面的两个方法，通过外部传入指定的包名，解析该包下面的所有类和相关注解，其实现原理主要是使用了反射。

 通过一个工具类获取到了所有的类的实例化集合后，我们对这个集合进行遍历，具体的执行方法可以看findClassExisAnnotation 这个方法。

在findClassExisAnnotation这个方法里面，可以看到，我们使用自定义的注解去到这个实例类对象去匹配，如果匹配到了相应的注解，就把这个bean封装到全局的集合中，这里使用了concurrentHashMap进行封装。

这一步完成之后，包含了自定义注解[@Service]的相关类对象就存在了内存集合中了，如果在web容器启动完毕之后。

使用自己的bean的时候就可以直接通过getBean这个方法去容器里面直接获取就可以了。

通过这个方法就可以拿到当前beanId对应的类的实例化对象，可以使用里面的相关方法，

但是到这里并没有完事啊，假如在我们某个标注了@Service的类里面有下面这样的注解，即依赖了其他的某个bean。

比如，在我们的userService类里面依赖了orderService，就形成了所谓的依赖注入。

同样，依赖注入也是通过上面相同的方式，在initBean()方法结束之后立即执行，我们来看看这个方法。

在initEntryField（）这个方法里，要做的事情就是遍历上述初始化好的所有bean，然后再去每个bean的实例对象中解析并封装属性相关的对应信息，下面看一下initEntryField（）这个方法。

通过这个方法，就可以将某个bean中依赖的其他bean信息进行封装。

最后我们写一个测试类来验证一下，直接运行下面的main函数。

public class TestMain {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        SelfPathXmlApplicationContext app = new SelfPathXmlApplicationContext("mlq.spring.service.impl");
        UserServiceImpl userServiceImpl = (UserServiceImpl) app.getBean("userServiceImpl");
        String result = userServiceImpl.add();
        System.out.println("获取到了orderService的执行结果是 : " + result);
        System.out.println("当前的bean的实例对象是: " + userServiceImpl);

    }
}

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