spring-IOC容器原始碼分析（一）bean初始化流程

暱稱又又被用了發表於2018-11-19
Spring原始碼Bean

在傳統的開發步驟中，如果一個類依賴於另一個類的例項才能完成任務的話，都需要開發者手動new一個例項。之後手動設定到任務類中。但spring的出現，為我們提供了一種稱為“依賴注入”（Dependency Inject）的機制。bean的例項化在spring container內部完成，開發者只需要從xml或java code來配置bean達到定製例項化bean。而且，可以讓我們通過註解的方式，為我們自動注入需要的依賴。
這樣，開發者只需要遵循面向介面來開發應用，把例項化具體類和注入依賴的步驟抽離出業務程式碼，達到解耦的要求。如果哪天需要使用其他的介面實現依賴，只需要將新的實現配置進spring container。其他業務程式碼無需更改。這篇文章將圍繞著spring是如何實現bean的例項化、如何實現依賴注入來展開，剖析其內部執行機制

測試用例

// 定義一個簡單的bean
public class Car {
    public String color;
    public String getColor() {
        return color;
    }
    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }
}

// 定義一個配置類，向Spring bean container註冊bean
@Configuration
public class Config {
    @Bean
    public Car car() {
        Car car = new Car();
        car.setColor("red");
        return car;
    }
}

// 編寫一個測試類來初始化spring bean container，再從其中獲取我們在Config類中定義的bean的例項
public class ContextTest {

    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(Config.class);
        Car car = context.getBean(Car.class);
        System.out.println(car.getColor());
    }
}
複製程式碼

執行這個用例，spring bean container將在其內部對我們注入的bean進行例項化、初始化兩個步驟。由於這裡沒有定義bean的作用域，因此我們註冊的這個bean（即Car）將以單例的形式存在於container中。每一次呼叫context.getBean(Car.class)返回的都是同一個Car的例項。

原始碼分析

說明：以下的流程分析，只圍繞spring容器例項化singleton bean（即單例）的主流程進行

主流程

對於spring這樣一個比較複雜的框架，其中包含了各種繁雜的業務邏輯。如果一開始就直接深究到每一個細節，我們無法對spring container有一個比較全域性的觀感，因此在這裡先把整個主流程畫出來，建立一個全域性的藍圖。

spring-IOC容器原始碼分析（一）bean初始化流程

解析註冊BeanDefinition

註冊和解析BeanDefinition，發生在AnnotationConfigApplicationContext#register流程中，其方法內部使用了AnnotatedBeanDefinitionReader#register來實現BeanDefinition的解析和註冊；而且在例項化AnnotatedBeanDefinitionReader後，立即向container註冊了多個BeanPostProcessor的BeanDefinition（應用於bean的例項化過程）

準備BeanFactory

在AnnotationConfigApplicationContext內部，組合了DefaultListableBeanFactory。在prepareBeanFactory(beanFactory)方法的呼叫過程中，向beanfactory注入了環境變數、環境屬性等。而且注入了多個BeanPostProcessor。

呼叫BeanFactoryPostProcessor

到了這一步，此時的container已經註冊了一系列的BeanFactoryPostProcessor、BeanPostProcessor和應用層相關的bean的BeanDefinition（如當前測試用例的Car）。由於此時所有的bean（包括BeanFactoryPostProcessor、BeanPostProcessor已經應用層的bean）都是以BeanDefinition存在於container中，並未例項化。這就提供了一個機會，新增特定的BeanFactoryPostProcessor，讓spring在例項化bean之前，可以定製修改BeanDefinition中的一些資料（如常用的PropertyPlaceholderConfigurer,從外部properties檔案讀取配置，定義bean的屬性）;
預設情況下，只呼叫了ConfigurationClassPostProcessor，作用：

  1. 解析配置類，將其定義的bean注入到beanfactory
  2. 利用ConfigurationClassEnhancer增強了配置類的功能
  3. 註冊BeanPostProcessor：ImportAwareBeanPostProcessor
註冊BeanPostProcessor

繼續上一步流程，處理完BeanDefinition之後，對前面流程中註冊到beanfactory中的BeanPostProcessor進行例項化，並新增到beanfactory中的BeanPostProcessor處理佇列中。經過這一步之後，beanfactory中的BeanPostProcessor佇列存在以下BeanPostProcessor：

  1. ApplicationContextAwareProcessor
  2. ConfigurationClassPostProcessor$ImportAwareBeanPostProcessor
  3. PostProcessorRegistrationDelegate$BeanPostProcessorChecker
  4. CommonAnnotationBeanPostProcessor
  5. AutowiredAnnotationBeanPostProcessor
  6. RequiredAnnotationBeanPostProcessor
  7. ApplicationListenerDetector
真正例項化和初始化bean的流程

這個步驟是通過呼叫DefaultListableBeanFactory#preInstantiateSingletons()方法完成的。實現了預載入所有已註冊的bean，這也是ApplicationContext與BeanFactory實現類的區別，在BeanFactory實現類中，只有對一個bean呼叫getBean(beanname)方法之後才會進行bean的載入。而ApplicationContext則是直接觸發其內部的BeanFactory載入所有定義好的bean。
在載入bean的過程中，涉及到三個步驟：

  1. 例項化
  2. 填充屬性
  3. 初始化

例項化並初始化bean流程

主流程

spring-IOC容器原始碼分析（一）bean初始化流程

例項化

通過呼叫AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBeanInstance來例項化bean（在這之前，spring提供了一個機會可以通過BeanPostProcessor來建立bean，而不是常規的bean例項化，跟AOP相關）。
例項化後，呼叫了MergedBeanDefinitionPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition,涉及到的實現類有：

  1. CommonAnnotationBeanPostProcessor，解析類準備@Resource注入需要的InjectionMetadata
  2. AutowiredAnnotationBeanPostProcessor，解析類準備@Autowired注入需要的InjectionMetadata
  3. RequiredAnnotationBeanPostProcessor，空實現
  4. ApplicationListenerDetector，標記了該bean是否為單例
填充bean屬性

例項化bean之後，就需要為bean填充bean的屬性值了。這一步主要是通過呼叫：InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessAfterInstantiation： 可以直接對bean填充屬性，之後直接返回。忽略後續的所有填充行為。預設沒有進行這一步流程，而是不做任何處理，進入下一個流程

  1. ImportAwareBeanPostProcessor
  2. CommonAnnotationBeanPostProcessor
  3. AutowiredAnnotationBeanPostProcessor
  4. RequiredAnnotationBeanPostProcessor InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessPropertyValues： 各種自動注入的解析，如@Resource、@Autowired等
  5. ImportAwareBeanPostProcessor
  6. CommonAnnotationBeanPostProcessor
  7. AutowiredAnnotationBeanPostProcessor
  8. RequiredAnnotationBeanPostProcessor 最後通過applyPropertyValues()進行bean的賦值
初始化

進行到這一步時，bean已經從BeanDefinition例項化為了bean的例項，並且填充了屬性。是時候進行一下從外部而來的初始化邏輯了（非BeanDefinition相關的）。主要是:

  1. Aware介面的注入
  2. BeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization處理
  3. InitializingBean#afterPropertiesSet實現類的初始化方法
  4. BeanPostProcessor#postProcessAfterInitialization處理
  5. 註冊DisposableBean#destroy，在關閉容器時銷燬bean的回撥操作

總結

以上我們梳理了spring container載入bean的主體流程，spring為我們提供了幾大擴充套件點：

  1. BeanFactoryPostProcessor
  2. BeanPostProcessor
  3. Aware介面實現
  4. InitializingBean#afterPropertiesSet
  5. DisposableBean#destroy 為我們提供了改造bean的契機，方便在實際開發過程中定製化bean的載入。常見的有：
  6. PropertyPlaceholderConfigurer作為BeanFactoryPostProcessor的間接實現類，在bean的載入過程中，讀取外部properties檔案，對已註冊的BeanDefinition進行修改，達到了從外部檔案配置bean的目的；
  7. 在資料庫連線池的bean定義上，我們都會用@PreDestroy指定一個銷燬的回撥來釋放資料庫連線資源

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