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详实明了的IOC容器的介绍，启动流程以及Bean的实例化和依赖注入

文章目录

    前言
    项目环境
    核心要点
    IOC容器的启动过程
        1. 资源定位，找到配置文件
        2.BeanDefinition的载入和解析，将配置文件解析成BeanDefiniton
        3. BeanDefinition的注册，将BeanDefinition向Map中注册`beanDefinitionMap`
    Bean的实例化和依赖注入
        Bean的实例化
    流程分析
        实例化Bean
        Bean的依赖注入（属性注入）
    总结

前言

今天我们来认识一下Spring IOC容器，本文主要介绍SpringIOC容器的核心要点以及其启动流程和实例化流程。
项目环境

Springframework 4.3.12
核心要点

Spring IOC是什么？他有什么作用呢？我们通过了解学习，Spring IOC是一个容器，用于生成和管理Bean的实例，以及实例之间的依赖关系，然后注入相关的依赖。这里我们可以把IOC容器想象成一个餐馆。我们去餐馆点菜的话，不需要关心菜的生成过程，不需要关心菜的原材料从哪里来。我们只需要最终做好的菜。这里的菜就是我们的需要的Bean。不同的菜对应不同的Bean。没有IOC 容器的情况下，如果需要一个Bean的话，就需要自己来new一个对象的实例，比如A类依赖了B类，那么就需要在A类中new一个B类的实例对象，这就好像我们要自己在家动手做菜一样。有了IOC容器之后，如果A类依赖B类，只需要通过IOC容器帮我们创建A类的实例和B类的实例，然后IOC容器会将B类的实例注入到A类中。这就很像餐馆把菜做好之后送给我们一样。既然IOC容器这么6，那么他是如何实现这一切的呢？
还是回到餐馆那个例子，做菜的话就需要与原材料和菜谱，同样的IOC容器想要管理各个业务对象以及他们之间的依赖关系，就需要通过某种途径来记录和管理这些信息，而BeanDefinition对象就承担了这个责任。IOC容器中每一个Bean都会有一个对应的BeanDefinition实例，该实例负责保存bean对象的所有必要信息，包括Bean对象的class类型，是否是抽象类，构造方法和参数，以及其他属性等，这里的BeanDefinition就相当于原材料。而BeanDefinitionRegistry对象和BeanFactory对象就相当于菜谱，告诉我们如何将原材料加工成相应的菜肴。
下面我们就来看看这些比较核心的类和接口。
在这里插入图片描述

认识上面的几个核心接口和类，对我们下面看Bean的启动过程和实例化过程有很大的帮助。

需要说明的是，在Spring中，ApplicationContext是IOC容器的承载体，而BeanFactory是操作这个容器的工具，两者关系紧密，相互协作，refresh方法实现了ApplicationContext和BeanFactory相互协作的过程，不同之处主要在于子类 AbstractRefreshableApplicationContext 和 GenericApplicationContext 中实现，两者使用的 BeanFactory 都为 DefaultListableBeanFactory,它构建在BeanFactory之上，属于更⾼级的容器，除了具有BeanFactory的所有能⼒之外，还提供对事件监听机制以及国际化的⽀持等。它管理的bean，在容器启动时全部完成初始化和依赖注⼊操作。
IOC容器的启动过程

介绍完了IOC容器的核心类和要点，接下来我们看看IOC容器的启动过程，其启动过程主要有如下三个步骤：

资源定位，找到配置文件

这里定位资源有两种方式，一种是通过ClassPathXmlApplicationContext类来解析Spring的配置文件的形式，就是通过配置文件来定义Bean的情况，另外，一种情况就是通过注解的方式来定义Bean的情况，这种情况是通过AnnotationConfigApplicationContext类解析的，主要是扫描项目的classPath下定义的注解。下面我们首先介绍下通过ClassPathXmlApplicationContext。这个类的核心作用是作为一个解析Xml的入口，其调用链是： ClassPathXmlApplicationContext类的构造器
------>AbstractApplicationContext类的refresh方法
----->调用AbstractRefreshableApplicationContext类的refreshBeanFactory方法
---->XmlWebApplicationContext类的loadBeanDefinitions方法
----> AbstractBeanDefinitionReader类的loadBeanDefinitions方法
---->XmlBeanDefinitionReader类的loadBeanDefinitions方法
---->XmlBeanDefinitionReader类的doLoadBeanDefinitions方法
---->XmlBeanDefinitionReader类的registerBeanDefinitions方法
---->DefaultBeanDefinitionDocumentReader类的registerBeanDefinitions方法
调用层次很深，我们就直接跳到核心的方法来看。下面我们就来看看registerBeanDefinitions方法

@Override
public void registerBeanDefinitions(Document doc, XmlReaderContext readerContext) {
	this.readerContext = readerContext;
	logger.debug("Loading bean definitions");
	//读取XML文件
	Element root = doc.getDocumentElement();
	//载入并注册BeanDefinition
	doRegisterBeanDefinitions(root);
}

然后，registerBeanDefinitions方法只是读取到根节点root之后，就另外一个核心方法doRegisterBeanDefinitions方法，然后，doRegisterBeanDefinitions方法又把逻辑转给了parseBeanDefinitions方法，这个parseBeanDefinitions方法首先获取所有的子节点，然后遍历解析子节点，载入BeanDefinition又交给了parseDefaultElement方法和parseCustomElement方法。

protected void parseBeanDefinitions(Element root, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
	if (delegate.isDefaultNamespace(root)) {
		//获取子节点
		NodeList nl = root.getChildNodes();
		for (int i = 0; i < nl.getLength(); i++) {
			Node node = nl.item(i);
			if (node instanceof Element) {
				Element ele = (Element) node;
				if (delegate.isDefaultNamespace(ele)) {
					//解析节点
					parseDefaultElement(ele, delegate);
				}
				else {
					delegate.parseCustomElement(ele);
				}
			}
		}
	}
	else {
		delegate.parseCustomElement(root);
	}
}

2.BeanDefinition的载入和解析，将配置文件解析成BeanDefiniton

说完了配置文件的解析之后，接下来，我们来看看BeanDefinition的载入和解析。我们直接找到parseDefaultElement方法。

private void parseDefaultElement(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
	//省略部分非核心代码
	//如果节点是bean节点，说明是一个Bean
	else if (delegate.nodeNameEquals(ele, BEAN_ELEMENT)) {
		processBeanDefinition(ele, delegate);
	}
}

这个方法按照节点名，调用不同的处理方法，在此处我们只看节点为bean时调用的方法processBeanDefinition方法。

protected void processBeanDefinition(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
	BeanDefinitionHolder bdHolder = delegate.parseBeanDefinitionElement(ele);
	if (bdHolder != null) {
		bdHolder = delegate.decorateBeanDefinitionIfRequired(ele, bdHolder);
		try {
			// Register the final decorated instance.(注册BeanDefinition)
			BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition(bdHolder, getReaderContext().getRegistry());
		}
		catch (BeanDefinitionStoreException ex) {
			getReaderContext().error("Failed to register bean definition with name '" +
					bdHolder.getBeanName() + "'", ele, ex);
		}
		// Send registration event.
		getReaderContext().fireComponentRegistered(new BeanComponentDefinition(bdHolder));
	}
}

我们重点看BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition(bdHolder, getReaderContext().getRegistry());这个方法，这个方法才是真正的将传入BeanDefinitionRegistry类，载入并解析BeanDefinition，然后对BeanDefinition进行注册。
3. BeanDefinition的注册，将BeanDefinition向Map中注册beanDefinitionMap

接下来就到了我们的重头戏，注册BeanDefinition到beanDefinitionMap中，其中key就是Bean的id,其中beanDefinitionMap是一个定义在DefaultListableBeanFactory类中全局的线程安全的map，用于存放解析到的BeanDefinition。

private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<String, BeanDefinition>(256);

让我们来看看registerBeanDefinition方法吧,这个方法核心的步骤有两步：

根据传入的beanName检查beanDefinition是否存在，如果存在就是一系列的校验，主要是保证BeanDefinition的单例性，就是说IOC容器中每个Bean的实例时单例的。
将传入的beanDefinition实例放到beanDefinitionMap中。

public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)
		throws BeanDefinitionStoreException {
			if (hasBeanCreationStarted()) {
			// Cannot modify startup-time collection elements anymore (for stable iteration)
			//加锁，保证线程安全
			synchronized (this.beanDefinitionMap) {
			// 将beanDefinition值设置到beanDefinitionMap中
				this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
				List<String> updatedDefinitions = new ArrayList<String>(this.beanDefinitionNames.size() + 1);
				updatedDefinitions.addAll(this.beanDefinitionNames);
				updatedDefinitions.add(beanName);
				this.beanDefinitionNames = updatedDefinitions;
				if (this.manualSingletonNames.contains(beanName)) {
					Set<String> updatedSingletons = new LinkedHashSet<String>(this.manualSingletonNames);
					updatedSingletons.remove(beanName);
					this.manualSingletonNames = updatedSingletons;
				}
			}
		}
		else {
			// Still in startup registration phase，将beanDefinition值设置到beanDefinitionMap中
			this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
			this.beanDefinitionNames.add(beanName);
			this.manualSingletonNames.remove(beanName);
		}
		this.frozenBeanDefinitionNames = null;
		}

小结，至此，我们对IOC容器的初始化过程就解析完了，其实其初始化过程还是比较简单的，只是Spring的代码结构比较深，核心代码不好找。
Bean的实例化和依赖注入

说完了IOC容器的初始化过程，接下来，我们来看看IOC容器的实例化过程。经过上一个阶段，所有Bean定义都通过BeanDefinition的方式注册到了BeanDefinitionRegistry中。当某个请求通过容器的getBean方法请求某个对象，或者因为依赖关系容器需要隐式的调用getBean方法时，就会触发第二阶段的活动，IOC容器首先检查所请求的对象是否已经实例化完成，如果没有，则会根据注册的BeanDefinition所提供的信息实例化请求对象。并为其注入依赖，当该对象装配完成后，容器会立即返回给请求方法。
Bean的实例化

让我们从前面提到的getBean方法说起，这里的调用链如下：
AbstractBeanFactory类的getBean方法
----->AbstractBeanFactory类的doGetBean方法
----->AbstractBeanFactory类的createBean方法
------>AbstractAutowireCapableBeanFactory类的doCreateBean方法（这个方法主要是）
创建Bean的核心逻辑就在AbstractAutowireCapableBeanFactory类的doCreateBean方法中：

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final Object[] args) {
// Instantiate the bean（实例化Bean）
BeanWrapper instanceWrapper = null;
if (mbd.isSingleton()) {
//如果是单例Bean,首先清理FactoryBean缓存
instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
}
if (instanceWrapper == null) {
//使用特定的策略实例化Bean,如果工厂方法、构造器等，将BeanDefinition转换为BeanWrapper
instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
}
final Object bean = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedInstance() : null);
Class beanType = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedClass() : null);
// Allow post-processors to modify the merged bean definition. 允许MergedBeanDefinitionPostProcessor修改BeanDefinition
synchronized (mbd.postProcessingLock) {
if (!mbd.postProcessed) {
try {
applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(mbd, beanType, beanName);
}
catch (Throwable ex) {
throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
“Post-processing of merged bean definition failed”, ex);
}
mbd.postProcessed = true;
}
}
// Eagerly cache singletons to be able to resolve circular references
// even when triggered by lifecycle interfaces like BeanFactoryAware.
//需要提前暴露Bean的条件：单例&&允许循环依赖&&当前Bean正在创建中，检测到了循环依赖
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace(“Eagerly caching bean '” + beanName +
“’ to allow for resolving potential circular references”);
}
//对于需要提前暴露的Bean,以其ObjectFactory的形式放入singletonFactories中,以解决循环依赖的问题
//ObjectFactory所创建的Bean由getEarlyBeanReference()方法指定
addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}
// Initialize the bean instance. Bean的初始化
Object exposedObject = bean;
try {
//对Bean进行属性的填充。此外,如果依赖了其他Bean,则会在这里注入依赖
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
//执行Bean的初始化方法,如配置的init-method等
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
}
//循环依赖检查
if (earlySingletonExposure) {
Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
if (earlySingletonReference != null) {
if (exposedObject == bean) {
exposedObject = earlySingletonReference;
}
else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {
String[] dependentBeans = getDependentBeans(beanName);
Set actualDependentBeans = new LinkedHashSet<>(dependentBeans.length);
for (String dependentBean : dependentBeans) {
if (!removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly(dependentBean)) {
actualDependentBeans.add(dependentBean);
}
}
if (!actualDependentBeans.isEmpty()) {
//省略部分代码
throw new BeanCurrentlyInCreationException();
}
}
}
}

try {
    //注册Bean的销毁方法,如destroy-method
    registerDisposableBeanIfNecessary(beanName, bean, mbd);
}
catch (BeanDefinitionValidationException ex) {
    throw new BeanCreationException(
        mbd.getResourceDescription(), beanName, "Invalid destruction signature", ex);
}
return exposedObject;

}

从doCreateBean方法我们可以看出Bean生命周期的一个完整过程，这个方法里面的流程很长，知识点很多。下面我们就对流程进行具体的分析。
流程分析
实例化Bean

实例化Bean的逻辑是在SimpleInstantiationStrategy类的instantiate方法中实现的。Bean的实例化其实就是将指定的BeanDefinition转换成BeanWrapper，然后通过指定构造器和默认无参构造器，CGLB动态代理等方式来实例化Bean，这时实例化后的Bean是一个刚实例化好的，属性未赋值的空Bean。

@Override
public Object instantiate(RootBeanDefinition bd, String beanName, BeanFactory owner) {
//省略部分代码
// Don’t override the class with CGLIB if no overrides.
if (bd.getMethodOverrides().isEmpty()) {
//通过构造器实例化Bean
return BeanUtils.instantiateClass(constructorToUse);
}
else {
// Must generate CGLIB subclass.(通过CGLIB的方式生成Bean)
return instantiateWithMethodInjection(bd, beanName, owner);
}
}

Bean的依赖注入（属性注入）

说完了Bean的实例化，接下来我们来说下Bean的依赖注入。属性注入必须用到PropertyValue类，这个类保存了Bean的所有属性和依赖信息。
依赖注入的调用流程是AbstractAutowireCapableBeanFactory类的applyPropertyValues方法。

protected void applyPropertyValues(String beanName, BeanDefinition mbd, BeanWrapper bw, PropertyValues pvs) {
		//类型转换接口
		TypeConverter converter = getCustomTypeConverter();
	if (converter == null) {
		converter = bw;
	}
	BeanDefinitionValueResolver valueResolver = new BeanDefinitionValueResolver(this, beanName, mbd, converter);

String propertyName = pv.getName();
	                //对于ref来说就是beanName,对于value 来说就是value
			Object originalValue = pv.getValue();
			Object resolvedValue = valueResolver.resolveValueIfNecessary(pv, originalValue);
			boolean convertible = bw.isWritableProperty(propertyName) &&
					!PropertyAccessorUtils.isNestedOrIndexedProperty(propertyName);
			if (convertible) {
				convertedValue = convertForProperty(resolvedValue, propertyName, bw, converter);
			}
try {
		//设置依赖属性
		bw.setPropertyValues(new MutablePropertyValues(deepCopy));
	}
	catch (BeansException ex) {
		throw new BeanCreationException(
				mbd.getResourceDescription(), beanName, "Error setting property values", ex);
	}

}

	private Object convertForProperty(Object value, String propertyName, BeanWrapper bw, TypeConverter converter) {
	if (converter instanceof BeanWrapperImpl) {
		return ((BeanWrapperImpl) converter).convertForProperty(value, propertyName);
	}
	else {
		PropertyDescriptor pd = bw.getPropertyDescriptor(propertyName);
		MethodParameter methodParam = BeanUtils.getWriteMethodParameter(pd);
		return converter.convertIfNecessary(value, pd.getPropertyType(), methodParam);
	}
}

其中TypeConverter 类型转化接口，将传入的值转化为其需要的类型。
SimpleTypeCoverter 是TypeConverter接口的一个实现。其依赖于java.beans中的PropertyEditor,其类似于java GUI中的编程，例如：拖拽一个button, 然后，设置其颜色，长度，宽度，这些都属于button的属性，在java.beans中将这些抽象成了一个PropertyEditor 接口。 setAsText(), 例如button 的高度，值是什么跟属性的类型密切相关。
总结

本文主要介绍了IOC容器的核心概念，以及其启动过程。然后，就是介绍了Bean的实例化过程，熟悉IOC容器我们需要先了解清楚其核心的几个接口，例如：BeanFactory接口，BeanDefinitionRegistry接口等。IOC容器的启动过程无非就是解析配置文件，将属性值存放到BeanDefinition中。Bean的实例化是通过反射或者CGLIB的方式来的。Bean中的属性是存放在PropertyValue中。

作者：码农飞哥
微信公众号：码农飞哥

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