Spring核心原理之IoC容器初体验（2）
本文节选自《Spring 5核心原理》
1 IoC与DI基本概念
IoC（Inversion of Control，控制反转）就是把原来代码里需要实现的对象创建、依赖，反转给容器来帮忙实现。我们需要创建一个容器，同时需要一种描述来让容器知道要创建的对象与对象的关系。这个描述最具体的表现就是我们所看到的配置文件。
DI（Dependency Injection，依赖注入）就是指对象被动接受依赖类而不自己主动去找，换句话说，就是指对象不是从容器中查找它依赖的类，而是在容器实例化对象时主动将它依赖的类注入给它。
我们先从自己设计的视角来考虑。
（1）对象与对象的关系怎么表示？
可以用XML、properties等语义化配置文件表示。
（2）描述对象关系的文件存放在哪里？
可能是classpath、filesystem或者URL网络资源、servletContext等。
（3）不同的配置文件对对象的描述不一样，如标准的、自定义声明式的，如何统一？
在内部需要有一个统一的关于对象的定义，所有外部的描述都必须转化成统一的描述定义。
（4）如何对不同的配置文件进行解析？
需要对不同的配置文件语法采用不同的解析器。
2 Spring核心容器类图
2.1. BeanFactory
Spring中Bean的创建是典型的工厂模式，这一系列的Bean工厂，即IoC容器，为开发者管理对象之间的依赖关系提供了很多便利和基础服务，在Spring中有许多IoC容器的实现供用户选择，其相互关系如下图所示。
其中，BeanFactory作为最顶层的一个接口类，定义了IoC容器的基本功能规范，BeanFactory有三个重要的子类：ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory和AutowireCapableBeanFactory。但是从类图中我们可以发现最终的默认实现类是DefaultListableBeanFactory，它实现了所有的接口。那么为何要定义这么多层次的接口呢？查阅这些接口的源码和说明发现，每个接口都有它的使用场合，主要是为了区分在Spring内部操作过程中对象的传递和转化，对对象的数据访问所做的限制。例如，ListableBeanFactory接口表示这些Bean可列表化，而HierarchicalBeanFactory表示这些Bean是有继承关系的，也就是每个Bean可能有父Bean。AutowireCapableBeanFactory接口定义Bean的自动装配规则。这三个接口共同定义了Bean的集合、Bean之间的关系及Bean行为。最基本的IoC容器接口是BeanFactory，来看一下它的源码：
public interface BeanFactory {
//对FactoryBean的转义定义，因为如果使用Bean的名字检索FactoryBean得到的对象是工厂生成的对象
//如果需要得到工厂本身，需要转义
String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&";
//根据Bean的名字，获取在IoC容器中得到的Bean实例
Object getBean(String name) throws BeansException;
//根据Bean的名字和Class类型来得到Bean实例，增加了类型安全验证机制
<T> T getBean(String name, @Nullable Class<T> requiredType) throws BeansException;
Object getBean(String name, Object... args) throws BeansException;
<T> T getBean(Class<T> requiredType) throws BeansException;
<T> T getBean(Class<T> requiredType, Object... args) throws BeansException;
//提供对Bean的检索，看看在IoC容器中是否有这个名字的Bean
boolean containsBean(String name);
//根据Bean的名字得到Bean实例，同时判断这个Bean是不是单例
boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
boolean isTypeMatch(String name, ResolvableType typeToMatch) throws
NoSuchBeanDefinitionException;
boolean isTypeMatch(String name, @Nullable Class<?> typeToMatch) throws
NoSuchBeanDefinitionException;
//得到Bean实例的Class类型
@Nullable
Class<?> getType(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
//得到Bean的别名，如果根据别名检索，那么其原名也会被检索出来
String[] getAliases(String name);
}
在BeanFactory里只对IoC容器的基本行为做了定义，根本不关心你的Bean是如何定义及怎样加载的。正如我们只关心能从工厂里得到什么产品，不关心工厂是怎么生产这些产品的。
要知道工厂是如何产生对象的，我们需要看具体的IoC容器实现，Spring提供了许多IoC容器实现，比如GenericApplicationContext、ClasspathXmlApplicationContext等。
ApplicationContext是Spring提供的一个高级的IoC容器，它除了能够提供IoC容器的基本功能，还为用户提供了以下附加服务。
（1）支持信息源，可以实现国际化（实现MessageSource接口）。
（2）访问资源（实现ResourcePatternResolver接口，后面章节会讲到）。
（3）支持应用事件（实现ApplicationEventPublisher接口）。
2.2. BeanDefinition
BeanDefinition 用于保存 Bean 的相关信息，包括属性、构造方法参数、依赖的 Bean 名称及是否单例、延迟加载等，它相当于实例化 Bean 的原材料，Spring 就是根据 BeanDefinition 中的信息实例化 Bean。，其继承体系如下图所示。
2.3. BeanDefinitionReader
Bean的解析过程非常复杂，功能被分得很细，因为这里需要被扩展的地方很多，必须保证足够的灵活性，以应对可能的变化。Bean的解析主要就是对Spring配置文件的解析。这个解析过程主要通过BeanDefinitionReader来完成，看看Spring中BeanDefinitionReader的类结构图，如下图所示。
通过前面的分析，我们对Spring框架体系有了一个基本的宏观了解，希望“小伙伴们”好好理解，最好在脑海中形成画面，为以后的学习打下良好的基础。
3 基于Web的IoC容器初体验
我们还是从大家最熟悉的DispatcherServlet开始，最先想到的应该是DispatcherServlet的init()方法。我们在DispatherServlet中并没有找到init()方法，经过探索，在其父类HttpServletBean中找到了，代码如下：
@Override
public final void init() throws ServletException {
if (logger.isDebugEnabled()) {
logger.debug("Initializing servlet '" + getServletName() + "'");
}
PropertyValues pvs = new ServletConfigPropertyValues(getServletConfig(),
this.requiredProperties);
if (!pvs.isEmpty()) {
try {
//定位资源
BeanWrapper bw = PropertyAccessorFactory.forBeanPropertyAccess(this);
//加载配置信息
ResourceLoader resourceLoader = new ServletContextResourceLoader(getServletContext());
bw.registerCustomEditor(Resource.class, new ResourceEditor(resourceLoader,
getEnvironment()));
initBeanWrapper(bw);
bw.setPropertyValues(pvs, true);
}
catch (BeansException ex) {
if (logger.isErrorEnabled()) {
logger.error("Failed to set bean properties on servlet '" + getServletName() + "'", ex);
}
throw ex;
}
}
initServletBean();
if (logger.isDebugEnabled()) {
logger.debug("Servlet '" + getServletName() + "' configured successfully");
}
}
在init()方法中，真正完成初始化容器动作的代码其实在initServletBean()方法中，我们继续跟进：
@Override
protected final void initServletBean() throws ServletException {
getServletContext().log("Initializing Spring FrameworkServlet '" + getServletName() + "'");
if (this.logger.isInfoEnabled()) {
this.logger.info("FrameworkServlet '" + getServletName() + "': initialization started");
}
long startTime = System.currentTimeMillis();
try {
this.webApplicationContext = initWebApplicationContext();
initFrameworkServlet();
}
catch (ServletException ex) {
this.logger.error("Context initialization failed", ex);
throw ex;
}
catch (RuntimeException ex) {
this.logger.error("Context initialization failed", ex);
throw ex;
}
if (this.logger.isInfoEnabled()) {
long elapsedTime = System.currentTimeMillis() - startTime;
this.logger.info("FrameworkServlet '" + getServletName() + "': initialization completed
in " + elapsedTime + " ms");
}
}
在上面的代码中终于看到了似曾相识的代码initWebApplicationContext()，继续跟进：
protected WebApplicationContext initWebApplicationContext() {
//先从ServletContext中获得父容器WebApplicationContext
WebApplicationContext rootContext =
WebApplicationContextUtils.getWebApplicationContext(getServletContext());
//声明子容器
WebApplicationContext wac = null;
//建立父、子容器之间的关联关系
if (this.webApplicationContext != null) {
wac = this.webApplicationContext;
if (wac instanceof ConfigurableWebApplicationContext) {
ConfigurableWebApplicationContext cwac = (ConfigurableWebApplicationContext) wac;
if (!cwac.isActive()) {
if (cwac.getParent() == null) {
cwac.setParent(rootContext);
}
configureAndRefreshWebApplicationContext(cwac);
}
}
}
//先去ServletContext中查找Web容器的引用是否存在，并创建好默认的空IoC容器
if (wac == null) {
wac = findWebApplicationContext();
}
//给上一步创建好的IoC容器赋值
if (wac == null) {
wac = createWebApplicationContext(rootContext);
}
//触发onRefresh()方法
if (!this.refreshEventReceived) {
onRefresh(wac);
}
if (this.publishContext) {
String attrName = getServletContextAttributeName();
getServletContext().setAttribute(attrName, wac);
if (this.logger.isDebugEnabled()) {
this.logger.debug("Published WebApplicationContext of servlet '" + getServletName() +
"' as ServletContext attribute with name [" + attrName + "]");
}
}
return wac;
}
@Nullable
protected WebApplicationContext findWebApplicationContext() {
String attrName = getContextAttribute();
if (attrName == null) {
return null;
}
WebApplicationContext wac =
WebApplicationContextUtils.getWebApplicationContext(getServletContext(), attrName);
if (wac == null) {
throw new IllegalStateException("No WebApplicationContext found: initializer not registered?");
}
return wac;
}
protected WebApplicationContext createWebApplicationContext(@Nullable ApplicationContext parent) {
Class<?> contextClass = getContextClass();
if (this.logger.isDebugEnabled()) {
this.logger.debug("Servlet with name '" + getServletName() +
"' will try to create custom WebApplicationContext context of class '" +
contextClass.getName() + "'" + ", using parent context [" + parent + "]");
}
if (!ConfigurableWebApplicationContext.class.isAssignableFrom(contextClass)) {
throw new ApplicationContextException(
"Fatal initialization error in servlet with name '" + getServletName() +
"': custom WebApplicationContext class [" + contextClass.getName() +
"] is not of type ConfigurableWebApplicationContext");
}
ConfigurableWebApplicationContext wac =
(ConfigurableWebApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);
wac.setEnvironment(getEnvironment());
wac.setParent(parent);
String configLocation = getContextConfigLocation();
if (configLocation != null) {
wac.setConfigLocation(configLocation);
}
configureAndRefreshWebApplicationContext(wac);
return wac;
}
protected void configureAndRefreshWebApplicationContext(ConfigurableWebApplicationContext wac) {
if (ObjectUtils.identityToString(wac).equals(wac.getId())) {
if (this.contextId != null) {
wac.setId(this.contextId);
}
else {
wac.setId(ConfigurableWebApplicationContext.APPLICATION_CONTEXT_ID_PREFIX +
ObjectUtils.getDisplayString(getServletContext().getContextPath()) + '/' + getServletName());
}
}
wac.setServletContext(getServletContext());
wac.setServletConfig(getServletConfig());
wac.setNamespace(getNamespace());
wac.addApplicationListener(new SourceFilteringListener(wac, new ContextRefreshListener()));
ConfigurableEnvironment env = wac.getEnvironment();
if (env instanceof ConfigurableWebEnvironment) {
((ConfigurableWebEnvironment) env).initPropertySources(getServletContext(),
getServletConfig());
}
postProcessWebApplicationContext(wac);
applyInitializers(wac);
wac.refresh();
}
从上面的代码可以看出，在configAndRefreshWebApplicationContext()方法中调用了refresh()方法，这是真正启动IoC容器的入口，后面会详细介绍。IoC容器初始化以后，调用了DispatcherServlet的onRefresh()方法，在onRefresh()方法中又直接调用initStrategies()方法初始化Spring MVC的九大组件：
@Override
protected void onRefresh(ApplicationContext context) {
initStrategies(context);
}
//初始化策略
protected void initStrategies(ApplicationContext context) {
//多文件上传的组件
initMultipartResolver(context);
//初始化本地语言环境
initLocaleResolver(context);
//初始化模板处理器
initThemeResolver(context);
//初始化handlerMapping
initHandlerMappings(context);
//初始化参数适配器
initHandlerAdapters(context);
//初始化异常拦截器
initHandlerExceptionResolvers(context);
//初始化视图预处理器
initRequestToViewNameTranslator(context);
//初始化视图转换器
initViewResolvers(context);
//初始化Flashmap管理器
initFlashMapManager(context);
}
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