Spring源码解析一：IOC容器设计

一、IOC接口设计

IOC容器设计的源码主要在spring-beans.jar、spring-context.jar这两个包中。IOC容器主要接口设计如下：

这里的接口设计有两条主线：BeanFactory和ApplicationContext

1、BeanFactory-->HierarchicalBeanFactory-->ConfigurableBeanFactory:这是BeanFactory的设计路线，BeanFactory定义了基本的IOC容器规范，HierarchicalBeanFactory中增加了getParentBeanFactory方法，具备了双亲IOC容器的管理功能；ConfigurableBeanFactory中新增一些配置功能。

2、ApplicationContext应用上下文接口：继承了HierarchicalBeanFactory、ListableBeanFactory等BeanFactory的子接口，这条分支使得ApplicationContext具备了IOC容器的基本功能；在继承MessageSource、ApplicationEventPublisher等接口的时候，使得ApplicationContext这个简单的IOC容器添加了许多高级容器的特性。ApplicationContext的子接口有ConfigurableApplicationContext以及在WEB环境下使用的WebApplicationContext。

二、BeanFactory的设计原理

public abstract interface BeanFactory
{
  public static final String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&";
  
  public abstract Object getBean(String paramString)
    throws BeansException;

  public abstract <T> T getBean(String paramString, Class<T> paramClass)
    throws BeansException;

  public abstract <T> T getBean(Class<T> paramClass)
    throws BeansException;

  public abstract Object getBean(String paramString, Object[] paramArrayOfObject)
    throws BeansException;

  public abstract boolean containsBean(String paramString);

  public abstract boolean isSingleton(String paramString)
    throws NoSuchBeanDefinitionException;

  public abstract boolean isPrototype(String paramString)
    throws NoSuchBeanDefinitionException;

  public abstract boolean isTypeMatch(String paramString, Class<?> paramClass)
    throws NoSuchBeanDefinitionException;

  public abstract Class<?> getType(String paramString)
    throws NoSuchBeanDefinitionException;

  public abstract String[] getAliases(String paramString);
}

 BeanFactory只是定义了IOC容器的基本轮廓，并没有给出容器的具体实现（这个后面详细介绍）。

先来讨论下BeanFactory和FactoryBean之间的区别

1、前者很好理解，就是Spring的一个类工厂，用它可以创建各种类型的Bean，最主要的方法就是getBean(String paramString)。而创建的各种类型的Bean中有一种比较特殊的Bean就是FactoryBean。

2、Spring容器中管理里两种Bean，一种是标准的Java Bean，从容器中获取的是类本身的实例；另外一种就是FactoryBean即工厂Bean，从容器中获取Bean的时候，返回的并不是类的一个实例，而是工厂Bean中getObject方法返回的对象。工厂Bean必须实现接口FactoryBean。

工厂Bean---->SayHelloFactoryBeanImpl

public class SayHelloFactoryBeanImpl implements FactoryBean
{

    public Object getObject()
        throws Exception
    {
        return new UserBean();
    }

    public Class getObjectType()
    {
        return UserBean.class;
    }

    public boolean isSingleton()
    {
        return false;
    }
}

工厂Bean返回的对象：UserBean

public class UserBean
{
    public void show()
    {
        System.out.println("春天来了");
    }
}

Spring配置文件：

<bean id="sayHelloBean" class="SayHelloFactoryBeanImpl"></bean>

测试类：

    ctx = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
            Object bean = ctx.getBean("sayHelloBean");
            Object bean1 = ctx.getBean("&sayHelloBean");
            System.out.println(bean);
            System.out.println(bean1);                

执行结果：

UserBean@7225790e
SayHelloFactoryBeanImpl@54a097cc

从正常的情况下，从容器中获取ID为“sayHelloBean”的对象应该是SayHelloFactoryBeanImpl。但由于SayHelloFactoryBeanImpl实现了接口FactoryBean，这是一个工厂Bean，所以通过ID获取到的Bean是SayHelloFactoryBeanImpl类中getObject方法返回的对象。如果要获取FactoryBean自身的一个实例，必须通过&+BeanID的形式去获取。

网上有许多对工厂Bean总结归纳，如：工厂Bean是实现了FactoryBean接口的bean  它不是一个简单的Bean 而是一个生产或修饰对象生成的工厂Bean。这里我先Mark一下：为什么Spring要设计这种类型的Bean。

三、XmlBeanFactory的解读

XmlBeanFactory是IOC容器系列最底层的实现，它继承自DefaultListableBeanFactory这个类。而后者是Spring中非常重要的一个类，它是Spring容器中一个基本产品，可以把它当做一个默认的功能完整的IOC容器来使用。

XmlBeanFactory除了从DefaultListableBeanFactory继承到IOC容器基本功能之外，还新增了一些其他功能，从名称就可以猜测出来，它是一个可以读取以XML文件方式定义BeanDefinition的容器。

XmlBeanFactory源码如下：

public class XmlBeanFactory extends DefaultListableBeanFactory
{
  private final XmlBeanDefinitionReader reader;

  public XmlBeanFactory(Resource resource)
    throws BeansException
  {
    this(resource, null);
  }

  public XmlBeanFactory(Resource resource, BeanFactory parentBeanFactory)
    throws BeansException
  {
    super(parentBeanFactory);

    this.reader = new XmlBeanDefinitionReader(this);

    this.reader.loadBeanDefinitions(resource);
  }
}

实际上，实现XML读取功能并不是直接由XmlBeanFactory来完成的。而是由XmlBeanFactory内部定义的XmlBeanDefinitionReader来进行处理的。在构造XmlBeanFactory容器的时候，需要给出BeanDefinition的信息来源，而这个信息来源需要封装成Spring中的Resource类的形式给出。

来看下一个基本的IOC容器的初始化过程：

1、创建IOC配置文件的抽象资源，也就是源码中的Resource，这个Resource中包含了BeanDefinition的定义信息。

2、通过构造函数创建一个BeanFactory。

3、创建一个载入BeanDefinition的读取器，即源码中的reader。这里使用XmlBeanDefinitionReader来载入XML文件形式的BeanDefinition。

4、调用reader的loadBeanDefinitions方法，来完成从Resource中载入BeanDefinition信息，从而完成IOC容器的初始化。

我们可以将上面的源码做简化，使用编程式的方式来表达IOC容器的初始化：

总结：DefaultListableBeanFactory是IOC容器的一个基类，XmlBeanFactory是在其基础上扩展而来的。而其他的IOC容器，例如ApplicationContext，它的实现原理和XmlBeanFactory类似，也是通过扩展DefaultListableBeanFactory来获取基本的IOC容器功能的。

四、ApplicationContext的设计原理

接口设计图：

1、ApplicationContext继承接口ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory，实现了IOC容器的基本功能。

2、继承接口MessageSource：支持不同信息源，支持国际化的实现。

3、继承接口ResourceLoader：支持该容器可以从不同I/O途径得到Bean的定义信息。

4、继承接口ApplicationEventPublisher:在上下文中引入了事件机制。这些事件机制和Bean的生命周期结合为Bean的管理提供了便利。

ApplicationContext增加了这些附加功能，使得基本IOC容器的功能更加丰富，所以建议在开发应用的时候使用ApplicationContext作为IOC容器的基本形式。

ApplicationContext的设计原理

以子类FileSystemXmlApplicationContext的实现为例说明其设计原理。接口设计图如下：

 

这个接口设计中，ApplicationContext应用上下文的主要功能已经在FileSystemXmlApplicationContext的基类AbstractXmlApplicationContext中实现了，而FileSystemXmlApplicationContext作为一个具体的IOC容器，只需要实现和其本身相关的功能即可。

源码片段：

  public FileSystemXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, ApplicationContext parent)
    throws BeansException
  {
    super(parent);
    setConfigLocations(configLocations);
    if (refresh)
      refresh();
  }

  protected Resource getResourceByPath(String path)
  {
    if ((path != null) && (path.startsWith("/"))) {
      path = path.substring(1);
    }
    return new FileSystemResource(path);
  }
}

这里面有两个主要的方法：refresh()、getResourceByPath（String path）

1、refresh涉及到IOC容器启动的一系列操作，由于这个启动过程对于不同类型的容器来说都是相似的，所以这个启动过程被封装在基类中，具体的容器只需要调用即可。refresh方法后面会有详细介绍。

2、getResourceByPath这个方法是跟FileSystemXmlApplicationContext区别于其他具体容器的功能。通过这个方法可以让容器在文件系统中读取以XML形式存在的BeanDefinition。