Spring原始碼系列(一)--詳細介紹bean元件

子月生發表於2020-06-14

Spring原始碼Bean元件

簡介

spring-bean 元件是 IoC 的核心，我們可以通過BeanFactory來獲取所需的物件，物件的例項化、屬性裝配和初始化都可以交給 spring 來管理。

針對 spring-bean 元件，我計劃分成兩篇部落格來講解。本文會詳細介紹這個元件，包括以下內容。下一篇再具體分析它的原始碼。

spring-bean 元件的相關概念：例項化、屬性裝配、初始化、bean、beanDefinition、beanFactory。
bean 元件的使用：註冊bean、獲取bean、屬性裝配、處理器等。

專案環境說明

正文開始前，先介紹下示例程式碼使用的環境等。

工程環境

JDK：1.8.0_231

maven：3.6.1

IDE：Spring Tool Suites4 for Eclipse 4.12

Spring：5.2.6.RELEASE

依賴引入

除了引入 spring，這裡還額外引入了日誌和單元測試。

    <properties>
        <spring.version>5.2.6.RELEASE</spring.version>
    </properties>
    
    <dependencies>
        <!-- spring -->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-core</artifactId>
            <version>${spring.version}</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-beans</artifactId>
            <version>${spring.version}</version>
        </dependency>
		<!-- junit -->
        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
            <version>4.12</version>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
        <!-- logback -->
        <dependency>
            <groupId>org.slf4j</groupId>
            <artifactId>slf4j-api</artifactId>
            <version>1.7.28</version>
            <type>jar</type>
            <scope>compile</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>ch.qos.logback</groupId>
            <artifactId>logback-core</artifactId>
            <version>1.2.3</version>
            <type>jar</type>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>ch.qos.logback</groupId>
            <artifactId>logback-classic</artifactId>
            <version>1.2.3</version>
            <type>jar</type>
        </dependency>
    </dependencies>

幾個重要概念

例項化、屬性裝配和初始化

在 spring-bean 元件的設計中，這三個詞完整、有序地描述了生成一個新物件的整個流程，是非常重要的理論基礎。它們的具體含義如下：

例項化：使用構造方法建立出一個新物件。
屬性裝配：給物件的成員屬性賦值。
初始化：呼叫物件的初始化方法。

下面使用一段程式碼來簡單演示下這個流程。

public class UserService implements IUserService {
    
    private UserDao userDao;
    
    
    public UserService() {
        super();
        System.err.println("UserService構造方法被呼叫");
        System.err.println("        ||");
        System.err.println("        \\/");
    }
    
    public void init() {
        System.err.println("UserService的init方法被呼叫");
        System.err.println("        ||");
        System.err.println("        \\/");
    }
    
    
    public UserDao getUserDao() {
        return userDao;
    }
    
    public void setUserDao(UserDao userDao) {
        System.err.println("UserService的屬性裝配中");
        System.err.println("        ||");
        System.err.println("        \\/");
        this.userDao = userDao;
    }
    
}

如果我們將這個 bean 交給 spring 管理，獲取 bean 時會在控制檯列印以下內容：

什麼是bean

按照官方的說法， bean 是一個由 Spring IoC 容器例項化、組裝和管理的物件。我認為，這種表述是錯誤的，通過registerSingleton方式註冊的 bean，它就不是由 Spring IoC 容器例項化、組裝，所以，更準確的表述應該是這樣：

物件的例項，或者它的描述物件被註冊到了 Spring IoC 容器，並且通過 Spring IoC 容器來獲取得到的物件，就是 bean。

舉個例子，使用了 Spring 的專案中， Controller 物件、Service 物件、DAO 物件等都屬於 bean。

至於什麼是 IoC 容器，在 spring-bean 元件中，我認為，beanFactory 就屬於 IoC 容器。

什麼是beanFactory

從客戶端來看，一個完整的 beanFactory 工廠一般包含以下功能:

註冊別名。對應下圖的AliasRegistry介面。
註冊單例物件。對應下圖的SingletonBeanRegistry介面。
註冊BeanDefinition物件。對應下圖的BeanDefinitionRegistry介面。
獲取 bean。對應下圖的BeanFactory介面。

在 spring-bean 元件中，DefaultListableBeanFactory就是一個完整的 beanFactory 工廠，也可以說是一個 IoC 容器。接下來的例子將直接使用它來作為 beanFactory。

BeanFactoryUML_01

至於其他的介面，這裡也補充說明下。HierarchicalBeanFactory用於提供父子工廠的支援，ConfigurableBeanFactory用於提供配置 beanFactory 的支援，ListableBeanFactory用於提供批量獲取 bean 的支援（不包含父工廠的 bean），AutowireCapableBeanFactory用於提供例項化、屬性裝配、初始化等一系列管理 bean 生命週期的支援。

什麼是beanDefinition

beanDefinaition 是一個描述物件，用來描述 bean 的例項化、初始化等資訊。

在 spring-bean 元件中，beanDefinaition主要包含以下四種:

RootBeanDefinition：beanFactory 中最終用於 createBean 的 beanDefinaition，不允許新增 parentName。在 BeanFactory 中以下三種實現類都會被包裝成RootBeanDefinition用於 createBean。
ChildBeanDefinition：必須設定 parentName 的 beanDefinaition。當某個 Bean 的描述物件和另外一個的差不多時，我們可以直接定義一個ChildBeanDefinition，並設定它的 parentName 為另外一個的 beanName，這樣就不用重新設定一份。
GenericBeanDefinition：通用的 beanDefinaition，可以設定 parentName，也可以不用設定。
AnnotatedGenericBeanDefinition：在GenericBeanDefinition基礎上增加暴露註解資料的方法。

spring-bean 元件提供了BeanDefinitionBuilder用於建立 beanDefinaition，下面的例子會頻繁使用到。

使用例子

入門--簡單地註冊和獲取bean

下面通過一個入門例子來介紹註冊和獲取 bean 的過程。

    @Test
    public void testBase() {
        // 建立BeanFactory物件
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
        
        // 建立BeanDefinition物件
        BeanDefinition rootBeanDefinition = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(UserService.class).getBeanDefinition();
        
        // 註冊Bean
        beanFactory.registerBeanDefinition("userService", rootBeanDefinition);
        
        // 獲取Bean
        IUserService userService = (IUserService)beanFactory.getBean("userService");
        System.err.println(userService.get("userId"));
    }

兩種註冊bean的方式

beanFactory 除了支援註冊 beanDefinition，還允許直接註冊 bean 例項，如下。

    @Test
    public void testRegisterWays() {
        // 建立BeanFactory物件
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
        
        // 註冊Bean-- BeanDefinition方式
        BeanDefinition rootBeanDefinition = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(UserService.class).getBeanDefinition();
        beanFactory.registerBeanDefinition("userService", rootBeanDefinition);
        
        // 註冊Bean-- Bean例項方式
        beanFactory.registerSingleton("userService2", new UserService());
        
        // 獲取Bean
        IUserService userService = (IUserService)beanFactory.getBean("userService");
        System.err.println(userService.get("userId"));
        IUserService userService2 = (IUserService)beanFactory.getBean("userService2");
        System.err.println(userService2.get("userId"));
    }

當然，這種方式僅支援單例 bean 的註冊，多例的就沒辦法了。

多種獲取bean的方式

beanFactory 提供了多種方式來獲取 bean 例項，如下。如果同時使用 beanName 和 beanType，獲取到指定 beanName 的 bean 後會進行型別檢查和型別型別，如果都不通過，將會報錯。

    @Test
    public void testGetBeanWays() {
        // 建立BeanFactory物件
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
        
        // 建立BeanDefinition物件
        BeanDefinition rootBeanDefinition = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(UserService.class).getBeanDefinition();
        
        // 註冊Bean
        beanFactory.registerBeanDefinition("userService", rootBeanDefinition);
        
        // 獲取Bean--通過BeanName
        IUserService userService = (IUserService)beanFactory.getBean("userService");
        System.err.println(userService.get("userId"));
        // 獲取Bean--通過BeanType
        IUserService userService2 = beanFactory.getBean(IUserService.class);
        System.err.println(userService2.get("userId"));
        // 獲取Bean--通過BeanName+BeanType的方式
        IUserService userService3 = beanFactory.getBean("userService", IUserService.class);
        System.err.println(userService3.get("userId"));
    }

另外，通過 beanName 獲取 bean，這個 beanName 包含以下三種形式：

beanName。如果對應的 bean 是FactoryBean，不會返回FactoryBean的例項，而是會返回FactoryBean.getObject方法的返回結果。
alias。通過 alias 對應的 beanName 來獲取 Bean。
'&' + factorybeanName。可以返回FactoryBean的例項，形式為：一個或多個& + factorybeanName。

        DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();

        // 註冊Bean--註冊的是一個 FactoryBean
        UserServiceFactoryBean userServiceFactoryBean = new UserServiceFactoryBean();
        beanFactory.registerSingleton("userServiceFactoryBean", userServiceFactoryBean);

        // 註冊BeanName的別名
        beanFactory.registerAlias("userServiceFactoryBean", "userServiceAlias01");

        // 通過BeanName獲取
        assertEquals(userServiceFactoryBean.getObject(), beanFactory.getBean("userServiceFactoryBean"));

        // 通過別名獲取
        assertEquals(userServiceFactoryBean.getObject(), beanFactory.getBean("userServiceAlias01"));

        // 通過&+FactoryBeanName的方式
        assertEquals(userServiceFactoryBean, beanFactory.getBean("&UserServiceFactoryBean"));

bean衝突的處理

通過 beanType 的方式獲取 bean，如果存在多個同型別的 bean且無法確定最優先的那一個，就會報錯。

    @Test
    public void testPrimary() {
        // 建立BeanFactory物件
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory(); 
        
        // 建立BeanDefinition物件
        BeanDefinition rootBeanDefinition = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(User.class).getBeanDefinition();
        BeanDefinition rootBeanDefinition2 = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(User.class).getBeanDefinition();
        
        // 註冊Bean
        beanFactory.registerBeanDefinition("UserRegisterBeanDefinition", rootBeanDefinition);
        beanFactory.registerBeanDefinition("UserRegisterBeanDefinition2", rootBeanDefinition2);
        beanFactory.registerSingleton("UserRegisterSingleton", new User("zzs002", 19));
        beanFactory.registerSingleton("UserRegisterSingleton2", new User("zzs002", 18));
        
        // 獲取Bean--通過BeanType
        User user = beanFactory.getBean(User.class);
        System.err.println(user);
    }

執行以上方法，將出現 NoUniqueBeanDefinitionException 的異常。

spring-bean-test01

針對上面的這種問題，可以採取兩種解決方案：

設定BeanDefinition物件的 isPrimary = true。這種方式不適用於 registerSingleton 的情況。
為 beanFactory 設定比較器。

其中，1 方案要優先於 2 方案。

    @Test
    public void testPrimary() {
        // 建立BeanFactory物件
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
        
        // 為BeanFactory設定比較器
        beanFactory.setDependencyComparator(new OrderComparator() {
            @Override
            public Integer getPriority(Object obj) {
                return obj.hashCode();
            }
        });
        
        // 建立BeanDefinition物件
        BeanDefinition rootBeanDefinition = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(User.class).getBeanDefinition();
        // rootBeanDefinition.setPrimary(true); // 設定BeanDefinition物件為isPrimary
        BeanDefinition rootBeanDefinition2 = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(User.class).getBeanDefinition();
        
        // 註冊Bean
        beanFactory.registerBeanDefinition("userRegisterBeanDefinition", rootBeanDefinition);
        beanFactory.registerBeanDefinition("userRegisterBeanDefinition2", rootBeanDefinition2);
        beanFactory.registerSingleton("userRegisterSingleton", new User("zzs002", 19));
        beanFactory.registerSingleton("userRegisterSingleton2", new User("zzs002", 18));
        
        // 獲取Bean--通過BeanType
        User user = beanFactory.getBean(User.class);
        System.err.println(user);
    }

獲取多例物件

預設情況下，我們從 beanFactory 獲取到的 bean 都是單例的，即同一個物件，實際專案中，有時我們需要獲取到多例的 bean，這個時候就可以通過設定 beanDefinition 的 scope 來處理。如下：

    @Test
    public void testScope() {
        // 建立BeanFactory物件
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
        
        // 註冊Bean-- BeanDefinition方式
        BeanDefinition rootBeanDefinition = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(UserService.class).getBeanDefinition();
        rootBeanDefinition.setScope(BeanDefinition.SCOPE_PROTOTYPE);
        beanFactory.registerBeanDefinition("userService", rootBeanDefinition);
        
        // 獲取Bean--通過BeanType
        IUserService userService1 = beanFactory.getBean(IUserService.class);
        IUserService userService2 = beanFactory.getBean(IUserService.class);
        assertNotEquals(userService1, userService2);
    }

使用TypeConverter獲取自定義型別的物件

當我們同時使用 beanName + beanType 來獲取 bean 時，如果獲取到的 bean 不是指定的型別，這時，不會立即報錯，beanFactory 會嘗試使用TypeConverter來強制轉換。而這個型別轉換器我們可以自定義設定，如下。

    @Test
    public void testTypeConverter() {
        
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
        // 註冊型別轉換器
        beanFactory.setTypeConverter(new TypeConverterSupport() {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            @Override
            public <T> T convertIfNecessary(@Nullable Object value, @Nullable Class<T> requiredType,
                    @Nullable TypeDescriptor typeDescriptor) throws TypeMismatchException {
                // 將User轉換為UserVO
                if(UserVO.class.equals(requiredType) && User.class.isInstance(value)) {
                    User user = (User)value;
                    return (T)new UserVO(user);
                }
                return null;
            }
        });

        BeanDefinition rootBeanDefinition = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(User.class).getBeanDefinition();
        beanFactory.registerBeanDefinition("User", rootBeanDefinition);

        UserVO bean = beanFactory.getBean("User", UserVO.class);
        Assert.assertTrue(UserVO.class.isInstance(bean));
    }

屬性裝配

如果我想在UserService中注入UserDao，首先，需要在UserService中新增定義的 setter/getter 方法，如下：

public class UserService implements IUserService {
    
    private UserDao userDao;

    public void save(User user) {
        System.err.println("Service save user：" + user);
        userDao.save(user);
    }

    public UserDao getUserDao() {
        return userDao;
    }

    public void setUserDao(UserDao userDao) {
        this.userDao = userDao;
    }
    
}

在註冊 bean 時需要注意，UserDao的 bean 也需要註冊，而且需要更改 userServiceBeanDefinition 的 autowireType 為按 beanType 注入或按 beanName 注入。

    @Test
    public void testPopulate() {
        // 建立BeanFactory物件
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
        
        // 建立BeanDefinition物件
        AbstractBeanDefinition userServiceBeanDefinition = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(UserService.class).getBeanDefinition();
        // userServiceBeanDefinition.setAutowireMode(AbstractBeanDefinition.AUTOWIRE_BY_TYPE);
        userServiceBeanDefinition.setAutowireMode(AbstractBeanDefinition.AUTOWIRE_BY_NAME);
        AbstractBeanDefinition userDaoBeanDefinition = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(UserDao.class).getBeanDefinition();
        
        // 註冊Bean
        beanFactory.registerBeanDefinition("userService", userServiceBeanDefinition);
        beanFactory.registerBeanDefinition("userDao", userDaoBeanDefinition);
        
        // 獲取Bean
        IUserService userService = (IUserService)beanFactory.getBean("userService");
        userService.save(null);
    }

執行以上方法，屬性裝配正常。

bean 例項化、屬性裝配和初始化的處理器

前面講到，我們將 bean 的例項化、屬性裝配和初始化都交給了 spring 處理，然而，有時我們需要在這些節點對 bean 進行自定義的處理，這時就需要用到 beanPostProcessor。

這裡我簡單演示下如何新增處理器，以及處理器的執行時機，至於處理器的具體實現，我就不多擴充套件了。

    @Test
    public void testPostProcessor() {
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();

        // 新增例項化處理器
        beanFactory.addBeanPostProcessor(new InstantiationAwareBeanPostProcessor() {
			
            public Object postProcessBeforeInstantiation(Class<?> beanClass, String beanName) throws BeansException {
                if(UserService.class.equals(beanClass)) {
                    System.err.println("例項化之前的處理。。 --> ");
                }
                return null;
            }

            @Override
            public boolean postProcessAfterInstantiation(Object bean, String beanName) throws BeansException {
                if(UserService.class.isInstance(bean)) {
                    System.err.println("例項化之後的處理。。 --> ");
                }
                return true;
            }
        });

        // 新增屬性裝配處理器
        beanFactory.addBeanPostProcessor(new InstantiationAwareBeanPostProcessor() {

            @Override
            public PropertyValues postProcessProperties(PropertyValues pvs, Object bean, String beanName) throws BeansException {
                if(UserService.class.isInstance(bean)) {
                    System.err.println("設定引數前對引數進行調整 --> ");
                }
                return InstantiationAwareBeanPostProcessor.super.postProcessProperties(pvs, bean, beanName);
            }

            @Override
            public PropertyValues postProcessPropertyValues(PropertyValues pvs, PropertyDescriptor[] pds, Object bean, String beanName) throws BeansException {
                if(UserService.class.isInstance(bean)) {
                    System.err.println("設定引數前對引數進行檢查依賴關係 --> ");
                }
                return InstantiationAwareBeanPostProcessor.super.postProcessPropertyValues(pvs, pds, bean, beanName);
            }

        });

        // 新增初始化處理器
        beanFactory.addBeanPostProcessor(new BeanPostProcessor() {

            @Override
            public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
                if(UserService.class.isInstance(bean)) {
                    System.err.println("初始化前，對Bean進行改造。。 --> ");
                }
                return bean;
            }

            @Override
            public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
                if(UserService.class.isInstance(bean)) {
                    System.err.println("初始化後，對Bean進行改造。。 --> ");
                }
                return bean;
            }
        });

        AbstractBeanDefinition userServiceBeanDefinition = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(UserService.class).getBeanDefinition();
        AbstractBeanDefinition userDaoBeanDefinition = BeanDefinitionBuilder.rootBeanDefinition(UserDao.class).getBeanDefinition();
        userServiceBeanDefinition.setInitMethodName("init");
        userServiceBeanDefinition.setAutowireMode(AbstractBeanDefinition.AUTOWIRE_BY_TYPE);
        beanFactory.registerBeanDefinition("userService", userServiceBeanDefinition);
        beanFactory.registerBeanDefinition("userDao", userDaoBeanDefinition);

        IUserService userService = (IUserService)beanFactory.getBean("userService");
        System.err.println(userService.get("userId"));
    }

執行以上方法，控制檯列印出了整個處理流程。實際開發中，我們可以通過設定處理器來改變改造生成的 bean 。

以上，基本介紹完 spring-bean 元件的使用，下篇部落格再分析原始碼，如果在分析過程中發現有其他特性，也會在這篇部落格的基礎上擴充套件。

相關原始碼請移步： spring-beans

本文為原創文章，轉載請附上原文出處連結：https://www.cnblogs.com/ZhangZiSheng001/p/13126053.html

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