Spring容器IOC初始化過程---今天終於進行總結了

一、老規矩，先比比點么蛾子

作為一個經常使用Spring的後端程式設計師，小編很早就想徹底弄懂整個Spring框架了！但它整體是非常大的，所有繼承圖非常複雜，加上小編修行尚淺，顯得力不從心。不過，男兒在世當立志，今天就先從Spring IOC容器的初始化開始說起，即使完成不了對整個Spring框架的完全掌握，也不丟人，因為小編動手了，穩住，我們能贏！

下面說一些閱讀前的建議：

• 1、閱讀原始碼分析是非常無聊的，但既然你進來了，肯定也是對這個東西進行了解，也希望這篇總結能對你有所啟發。
• 2、前方高能，文章可能會非常的長，圖文並茂。
• 3、閱讀前建議你對相關設計模式、軟體設計6大原則有所瞭解，小編會在行文中進行穿插。
• 4、小編在讀大四，學識尚淺，喜歡專研，如果你發現文章觀點有所錯誤或者與你見解有差異，歡迎評論區指出和交流！
• 5、建議你邊看文章的時候可以邊在IDE中進行除錯跟蹤
• 6、文章所有UML圖利用idea自動生成，具體生成方法為：選中一個類名，先ctrl+shift+alt+U,再ctrl+alt+B,然後回車即可

二、文章將圍繞什麼來進行展開？

不多，就一行程式碼，如下圖：

這句是Spring初始化的程式碼，雖然只有一句程式碼，但內容賊多！

三、Spring 容器IOC 有哪些東西組成？

這樣子，小編先理清下思路，一步一步來：

• 1、上面那句程式碼有個檔案叫applicationContext.xml,這是個資原始檔，由於我們的bean都在裡邊進行配置定義，那Spring總得對這個檔案進行讀取並解析吧！所以Spring中有個模組叫Resource模組，顧名思義，就是資源嘛！用於對所有資源xml、txt、property等檔案資源的抽象。關於對Resource的更多知識，可以參考下邊兩篇文章：

談一談我對Spring Resource的理解

Spring資原始檔剖析和策略模式應用（李剛）

下面先貼一張小編生成的類圖(圖片有點大，不知道會不會不清晰，如果不清晰可以按照上面說的idea生成方法去生成即可)：

可以看到Resource是整個體系的根介面，點進原始碼可以看到它定義了許多的策略方法，因為它是用了策略模式這種設計模式，運用的好處就是策略介面/類定義了同一的策略，不同的子類有不同的具體策略實現，客戶端呼叫時傳入一個具體的實現物件比如UrlResource或者FileSystemResource給策略介面/類Resource即可！

所有策略如下：

• 2、上面講了Spring框架對各種資源的抽象採用了策略模式，那麼問題來了，現在表示資源的東西有了，那麼是怎麼把該資源載入進來呢？於是就有了下面的ResourceLoader元件，該元件負責對Spring資源的載入，資源指的是xml、properties等檔案資源，返回一個對應型別的Resource物件。。UML圖如下：

從上面的UML圖可以看出，ResourceLoader元件其實跟Resource元件差不多，都是一個根介面，對應有不同的子類實現，比如載入來自檔案系統的資源，則可以使用FileSystemResourceLoader,載入來自ServletContext上下文的資源，則可以使用ServletContextResourceLoader。 還有最重要的一點，從上圖看出，ApplicationContext,AbstractApplication是實現了ResourceLoader的，這說明什麼呢？說明我們的應用上下文ApplicationContext擁有載入資源的能力，這也說明了為什麼可以通過傳入一個String resource path給ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml")就能獲得xml檔案資源的原因了！清晰了嗎？nice！

• 3、上面兩點講到了，好！既然我們擁有了載入器ResourceLoader，也擁有了對資源的描述Resource,但是我們在xml檔案中宣告的<bean/>標籤在Spring又是怎麼表示的呢？注意這裡只是說對bean的定義，而不是說如何將<bean/>轉換為bean物件。我想應該不難理解吧！就像你想表示一個學生Student，那麼你在程式中肯定要宣告一個類Student吧！至於學生資料是從excel匯入，或者程式執行時new出來，或者從xml中載入進來這些都不重要，重要的是你要有一個將現實中的實體表示為程式中的物件的東西，所以<bean/>也需要在Spring中做一個定義！於是就引入一個叫BeanDefinition的元件，UML圖如下：

下面講解下UML圖：

首先配置檔案中的<bean/>標籤跟我們的BeanDefinition是一一對應的，<bean>元素標籤擁有class、scope、lazy-init等配置屬性，BeanDefinition則提供了相應的beanClass、scope、lazyInit屬性。

其中RootBeanDefinition是最常用的實現類，它對應一般性的<bean>元素標籤，GenericBeanDefinition是自2.5以後新加入的bean檔案配置屬性定義類，是一站式服務類。在配置檔案中可以定義父<bean>和子<bean>，父<bean>用RootBeanDefinition表示，而子<bean>用ChildBeanDefiniton表示，而沒有父<bean>的<bean>就使用RootBeanDefinition表示。AbstractBeanDefinition對兩者共同的類資訊進行抽象。 Spring通過BeanDefinition將配置檔案中的<bean>配置資訊轉換為容器的內部表示，並將這些BeanDefiniton註冊到BeanDefinitonRegistry中。Spring容器的BeanDefinitionRegistry就像是Spring配置資訊的記憶體資料庫，主要是以map的形式儲存，後續操作直接從BeanDefinitionRegistry中讀取配置資訊。一般情況下，BeanDefinition只在容器啟動時載入並解析，除非容器重新整理或重啟，這些資訊不會發生變化，當然如果使用者有特殊的需求，也可以通過程式設計的方式在執行期調整BeanDefinition的定義。

• 4、有了載入器ResourceLoader，也擁有了對資源的描述Resource，也有了對bean的定義，我們不禁要問，我們的Resource資源是怎麼轉成我們的BeanDefinition的呢?因此就引入了BeanDefinitionReader元件,Reader嘛！就是一種讀取機制，UML圖如下：

從上面可以看出，Spring 對reader進行了抽象，具體的功能交給其子類去實現，不同的實現對應不同的類，如PropertiedBeanDefinitionReader,XmlBeanDefinitionReader對應從Property和xml的Resource解析成BeanDefinition。

其實這種讀取資料轉換成內部物件的，不僅僅是Spring專有的，比如：Dom4j解析器SAXReader reader = new SAXReader(); Document doc = reader.read(url.getFile());//url是一個URLResource物件 嚴格來說，都是Reader體系吧，就是將統一資源資料物件讀取轉換成相應內部物件。

• 5、好了！基本上所有元件都快齊全了！對了，還有一個元件，你有了BeanDefinition後，你還必須將它們註冊到工廠中去，所以當你使用getBean()方法時工廠才知道返回什麼給你。還有一個問題，既然要儲存註冊這些bean,那肯定要有個資料結構充當容器吧！沒錯，就是一個Map,下面貼出BeanDefinitionRegistry的一個實現，叫SimpleBeanDefinitionRegistry的原始碼圖：

BeanDefinitionRegistry的UML圖如下：

從圖中可以看出，BeanDefinitionRegistry有三個預設實現，分別是SimpleBeanDefinitionRegistry，DefaultListableBeanFactory，GenericApplicationContext,其中SimpleBeanDefinitionRegistry，DefaultListableBeanFactory都持有一個Map，也就是說這兩個實現類把儲存了bean。而GenericApplicationContext則持有一個DefaultListableBeanFactory物件引用用於獲取裡邊對應的Map。 在DefaultListableBeanFactory中

在GenericApplicationContext中

• 6、前面說的5個點基本上可以看出ApplicationContext上下文基本直接或間接貫穿所有的部分，因此我們一般稱之為容器，除此之外，ApplicationContext還擁有除了bean容器這種角色外，還包括了獲取整個程式執行的環境引數等資訊（比如JDK版本，jre等），其實這部分Spring也做了對應的封裝，稱之為Enviroment,下面就跟著小編的eclipse,一起debug下容器的初始化工程吧！

四、實踐是檢驗真理的唯一標準

學生類Student.java如下：

package com.wokao666;

public class Student {

	private int id;
	private String name;
	private int age;

	public int getId() {
		return id;
	}

	public void setId(int id) {
		this.id = id;
	}

	public String getName() {
		return name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}

	public int getAge() {
		return age;
	}

	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}

	public Student(int id, String name, int age) {
		super();
		this.id = id;
		this.name = name;
		this.age = age;
	}

	public Student() {
		super();
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "Student [id=" + id + ", name=" + name + ", age=" + age + "]";
	}

}
複製程式碼

在application.xml中進行配置，兩個bean:

<bean id="stu1" class="com.wokao666.Student">
 	<property name="id" value="1"></property>
 	<property name="name" value="xiaoming"></property>
 	<property name="age" value="21"></property>
 </bean>
  <bean id="stu2" class="com.wokao666.Student">
 	<property name="id" value="2"></property>
 	<property name="name" value="xiaowang"></property>
 	<property name="age" value="22"></property>
 </bean>
複製程式碼

好了，接下來給最開頭那段程式碼打個斷點(Breakpoint):

第一步：急切地載入ContextClosedEvent類，以避免在WebLogic 8.1中的應用程式關閉時出現奇怪的類載入器問題。

這一步無需太過在意！

第二步：既然是new ClassPathXmlApplicationContext() 那麼就呼叫構造器嘛！

第三步：

第四步：

好，我們跟著第三步中的super(parent)，再結合上面第三節的第6小點UML圖一步一步跟蹤，然後我們來到AbstractApplicationContext的這個方法：

那麼裡邊的resourcePatternResolver的型別是什麼呢？屬於第三節說的6大步驟的哪個部分呢？通過跟蹤可以看到它的型別是ResourcePatternResolver型別的，而ResourcePatternResolver又是繼承了ResourceLoader介面，因此屬於載入資源模組，如果還不清晰，我們們再看看ResourcePatternResolver的原始碼即可，如下圖：

對吧！不僅繼承ResourceLoader介面，而且只定義一個getResources()方法用於返回Resource[]資源集合。再者，這個介面還使用了策略模式，其具體的實現都在實現類當中，好吧！來看看UML圖就知道了！

PathMatchingResourcePatternResolver這個實現類呢！它就是用來解釋不同路徑資源的，比如你傳入的資源路徑有可能是一個常規的url,又或者有可能是以classpath*字首，都交給它處理。

ServletContextResourcePatternResolver這個實現類顧名思義就是用來載入Servlet上下文的，通常用在web中。

第五步：

接著第四步的方法，我們在未進入第四步的方法時，此時會對AbstractApplicationContext進行例項化，此時this物件的某些屬性被初始化了(如日誌物件)，如下圖：

接著進入getResourcePatternResolver()方法：

第四步說了，PathMatchingResourcePatternResolver用來處理不同的資源路徑的，怎麼處理，我們先進去看看！

如果找到，此時控制檯會列印找到用於OSGi包URL解析的Equinox FileLocator日誌。沒列印很明顯找不到！

執行完成返回setParent()方法。

第六步：

如果父代是非null，，則該父代與當前this應用上下文環境合併。顯然這一步並沒有做什麼事！parent顯然是null的，那麼就不合並嘛！還是使用當前this的環境。

做個總結：前六步基本上做了兩件事：

• 1、初始化相關上下文環境，也就是初始化ClassPathXmlApplicationContext例項
• 2、獲得一個resourcePatternResolver物件，方便第七步的資源解析成Resource物件

第七步：

第七步又回到剛開始第三步的程式碼，因為我們前面6步已經完成對super(parent)的追蹤。讓我們看看setConfigLocation()方法是怎麼一回事~

        /**
	 * Set the config locations for this application context.//未應用上下文設定資源路徑
	 * <p>If not set, the implementation may use a default as appropriate.//如果未設定，則實現可以根據需要使用預設值。
	 */
	public void setConfigLocations(String... locations) {
		if (locations != null) {//非空
			Assert.noNullElements(locations, "Config locations must not be null");//斷言保證locations的每個元素都不為null
			this.configLocations = new String[locations.length];
			for (int i = 0; i < locations.length; i++) {
				this.configLocations[i] = resolvePath(locations[i]).trim();//去空格，很好奇resolvePath做了什麼事情？
			}
		}
		else {
			this.configLocations = null;
		}
	}
複製程式碼

進入resolvePath()方法看看：

	/**
	 * 解析給定的資源路徑，必要時用相應的環境屬性值替換佔位符，應用於資源路徑配置。
	 * Resolve the given path, replacing placeholders with corresponding
	 * environment property values if necessary. Applied to config locations.
	 * @param path the original file path
	 * @return the resolved file path
	 * @see org.springframework.core.env.Environment#resolveRequiredPlaceholders(String)
	 */
	protected String resolvePath(String path) {
		return getEnvironment().resolveRequiredPlaceholders(path);
	}
複製程式碼

進入getEnvironment()看看：

	/**
	 * {@inheritDoc}
	 * <p>If {@code null}, a new environment will be initialized via
	 * {@link #createEnvironment()}.
	 */
	@Override
	public ConfigurableEnvironment getEnvironment() {
		if (this.environment == null) {
			this.environment = createEnvironment();
		}
		return this.environment;
	}
複製程式碼

進入createEnvironment(),方法，我們看到在這裡建立了一個新的StandardEnviroment物件，它是Environment的實現類，表示容器執行的環境，比如JDK環境，Servlet環境，Spring環境等等，每個環境都有自己的配置資料，如System.getProperties()、System.getenv()等可以拿到JDK環境資料；ServletContext.getInitParameter()可以拿到Servlet環境配置資料等等,也就是說Spring抽象了一個Environment來表示環境配置。

生成的StandardEnviroment物件並沒有包含什麼內容，只是一個標準的環境，所有的屬性都是預設值。

總結：對傳入的path進行路徑解析

第八步：這一步是重頭戲

先做個小結：到現在為止，我們擁有了以下例項：

現在程式碼執行到如下圖的refresh()方法：

看一下這個方法的內容是什麼？

@Override
	public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
		synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
			// 重新整理前準備工作，包括設定啟動時間，是否啟用標識位，初始化屬性源(property source)配置
			prepareRefresh();

			// 建立beanFactory（過程是根據xml為每個bean生成BeanDefinition並註冊到生成的beanFactory
			ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

			//準備建立好的beanFactory（給beanFactory設定ClassLoader，設定SpEL表示式解析器，設定型別轉化器【能將xml String型別轉成相應物件】，
			//增加內建ApplicationContextAwareProcessor物件，忽略各種Aware物件，註冊各種內建的對賬物件【BeanFactory，ApplicationContext】等，
			//註冊AOP相關的一些東西，註冊環境相關的一些bean
			prepareBeanFactory(beanFactory);

			try {
				// 模板方法，為容器某些子類擴充套件功能所用（工廠後處理器）這裡可以參考BeanFactoryPostProcessor介面的postProcessBeanFactory方法
				postProcessBeanFactory(beanFactory);

				// 呼叫所有BeanFactoryPostProcessor註冊為Bean
				invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

				// 註冊所有實現了BeanPostProcessor介面的Bean
				registerBeanPostProcessors(beanFactory);

				// 初始化MessageSource，和國際化相關
				initMessageSource();

				// 初始化容器事件傳播器
				initApplicationEventMulticaster();

				// 呼叫容器子類某些特殊Bean的初始化，模板方法
				onRefresh();

				// 為事件傳播器註冊監聽器
				registerListeners();

				// 初始化所有剩餘的bean（普通bean）
				finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

				// 初始化容器的生命週期事件處理器，併發布容器的生命週期事件
				finishRefresh();
			}
			catch (BeansException ex) {
				if (logger.isWarnEnabled()) {
					logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
							"cancelling refresh attempt: " + ex);
				}
				// 銷燬已建立的bean
				destroyBeans();
				// 重置`active`標誌
				cancelRefresh(ex);
				throw ex;
			}
			finally {
                                //重置一些快取
				resetCommonCaches();
			}
		}
	}
複製程式碼

在這裡我想說一下，這個refresh()方法其實是一個模板方法,很多方法都讓不同的實現類去實現，但該類本身也實現了其中一些方法，並且這些已經實現的方法是不允許子類重寫的，比如：prepareRefresh()方法。更多模板方法設計模式，可看我之前的文章 談一談我對‘模板方法’設計模式的理解（Template）

先進入prepareRefresh()方法：

    /**
	 * Prepare this context for refreshing, setting its startup date and
	 * active flag as well as performing any initialization of property sources.
	 */
	protected void prepareRefresh() {
		this.startupDate = System.currentTimeMillis();//設定容器啟動時間
		this.closed.set(false);//容器關閉標誌，是否關閉？
		this.active.set(true);//容器啟用標誌，是否啟用？
        
		if (logger.isInfoEnabled()) {//執行到這裡，控制檯就會列印當前容器的資訊
			logger.info("Refreshing " + this);
		}

		// 空方法，由子類覆蓋實現，初始化容器上下文中的property檔案
		initPropertySources();

		//驗證標記為必需的所有屬性均可解析，請參閱ConfigurablePropertyResolver＃setRequiredProperties
		getEnvironment().validateRequiredProperties();

		//允許收集早期的ApplicationEvents，一旦多播器可用，即可釋出...
		this.earlyApplicationEvents = new LinkedHashSet<ApplicationEvent>();
	}
複製程式碼

控制檯輸出：

三月 22, 2018 4:21:13 下午 org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext prepareRefresh
資訊: Refreshing org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext@96532d6: startup date [Thu Mar 22 16:21:09 CST 2018]; root of context hierarchy
複製程式碼

第九步：

進入obtainFreshBeanFactory()方法：

	/**
	 * 告訴子類重新整理內部bean工廠(子類是指AbstractApplicationContext的子類，我們使用的是ClassPathXmlApplicationContext)
	 * Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
	 */
	protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory() {
		refreshBeanFactory();//重新整理Bean工廠，如果已經存在Bean工廠，那就關閉並銷燬，再建立一個新的bean工廠
		ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();//獲取新建立的Bean工廠
		if (logger.isDebugEnabled()) {
			logger.debug("Bean factory for " + getDisplayName() + ": " + beanFactory);//控制檯列印
		}
		return beanFactory;
	}
複製程式碼

進入refreshBeanFactory()方法：

	/**
	 * 該實現執行該上下文的基礎Bean工廠的實際重新整理，關閉以前的Bean工廠（如果有的話）以及為該上下文的生命週期的下一階段初始化新鮮的Bean工廠。
	 * This implementation performs an actual refresh of this context's underlying
	 * bean factory, shutting down the previous bean factory (if any) and
	 * initializing a fresh bean factory for the next phase of the context's lifecycle.
	 */
	@Override
	protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException {
		if (hasBeanFactory()) {//如果已有bean工廠
			destroyBeans();//銷燬
			closeBeanFactory();//關閉
		}
		try {
			DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();//建立一個新的bean工廠
			beanFactory.setSerializationId(getId());//為序列化目的指定一個id，如果需要，可以將此BeanFactory從此id反序列化回BeanFactory物件。
			//定製容器，設定啟動引數（bean可覆蓋、迴圈引用），開啟註解自動裝配
			customizeBeanFactory(beanFactory);
			////將所有BeanDefinition載入beanFactory中，此處依舊是模板方法，具體由子類實現
			loadBeanDefinitions(beanFactory);
			//beanFactory同步賦值
			synchronized (this.beanFactoryMonitor) {
				this.beanFactory = beanFactory;
			}
		}
		catch (IOException ex) {
			throw new ApplicationContextException("I/O error parsing bean definition source for " + getDisplayName(), ex);
		}
	}
複製程式碼

總結：這一步主要的工作就是判斷重新整理容器前是否已經有beanfactory存在，如果有，那麼就銷燬舊的beanfactory,那麼就銷燬掉並且建立一個新的beanfactory返回給容器，同時將xml檔案的BeanDefinition註冊到beanfactory中。如果不太清楚可以回過頭看看我們的第三節第5點內容

第十步：

進入第九步的loadBeanDefinitions(beanFactory)方法中去take a look:

	/**
	 * 使用XmlBeanDefinitionReader來載入beandefnition，之前說過使用reader機制載入Resource資源變為BeanDefinition物件
	 * Loads the bean definitions via an XmlBeanDefinitionReader.
	 * @see org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanDefinitionReader
	 * @see #initBeanDefinitionReader
	 * @see #loadBeanDefinitions
	 */
	@Override
	protected void loadBeanDefinitions(DefaultListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException, IOException {
		// 建立XmlBeanDefinitionReader物件
		XmlBeanDefinitionReader beanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReader(beanFactory);

		// 使用當前上下文Enviroment中的Resource配置beanDefinitionReader，因為beanDefinitionReader要將Resource解析成BeanDefinition嘛！
		beanDefinitionReader.setEnvironment(this.getEnvironment());
		beanDefinitionReader.setResourceLoader(this);
		beanDefinitionReader.setEntityResolver(new ResourceEntityResolver(this));

		//初始化這個reader
		initBeanDefinitionReader(beanDefinitionReader);
		//將beandefinition註冊到工廠中（這一步就是將bean儲存到Map中）
		loadBeanDefinitions(beanDefinitionReader);
	}
複製程式碼

控制檯輸出：

三月 22, 2018 5:09:40 下午 org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanDefinitionReader loadBeanDefinitions
資訊: Loading XML bean definitions from class path resource [applicationContext.xml]
複製程式碼

第十一步：

進入prepareBeanFactory(beanFactory)方法：

//設定bean類載入器
//設定Spring語言表示式（SpEL）解析器
//掃描ApplicationContextAware bean
//註冊類載入期型別切面織入（AOP）LoadTimeWeaver
//為各種載入進入beanFactory的bean配置預設環境
複製程式碼

第十二步：

postProcessBeanFactory(beanFactory)方法：

postProcessBeanFactory同樣作為一個模板方法，由子類來提供具體的實現，子類可以有自己的特殊對BeanDefinition後處理方法，即子類可以在這對前面生成的BeanDefinition，即bean的後設資料再處理。比如修改某個bean的id/name屬性、scope屬性、lazy-init屬性等。

第十三步：

invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory)方法：

該方法呼叫所有的BeanFactoryPostProcessor，它是一個介面，實現了此介面的類需重寫postProcessBeanFactory()這個方法，可以看出該方法跟第十二步的方法是一樣的，只不過作為介面，更多的是提供給開發者來對生成的BeanDefinition做處理，由開發者提供處理邏輯。

第十四步：

其餘剩下的方法基本都是像初始化訊息處理源,初始化容器事件,註冊bean監聽器到事件傳播器上，最後完成容器重新整理。

五、總結

恭喜我，我終於寫完了，同樣也恭喜你，你也閱讀完了。

我很佩服我自己能花這麼長時間進行總結髮布，之所以要進行總結，那是因為小編還是贊同好記性不如爛筆頭的說法。

你不記，你過陣子就會忘記，你若記錄，你過陣子也會忘記！區別在於忘記了，可以回過頭在很短的時間內進行回憶，查漏補缺，減少學習成本。

再者，我認為我分析的還不是完美的，缺陷很多，因此我將我寫的所有文章釋出出來和大家探討交流，汕頭大學有校訓說得非常地好，那就是說之知識是用來共享的，因為共享了，知識才能承前啟後。

現在再梳理一下Spring初始化過程：

• 1、首先初始化上下文，生成ClassPathXmlApplicationContext物件，在獲取resourcePatternResolver物件將xml解析成Resource物件。
• 2、利用1生成的context、resource初始化工廠，並將resource解析成beandefinition,再將beandefinition註冊到beanfactory中。

朋友們，發現毛病，請評論告訴小編，一起交流一起交流！