IOC容器的加载流程

作者: 凉风拂面秋挽月 | 来源:发表于2020-03-22 16:34 被阅读0次

IOC容器的继承关系

BeanFactory是所有的bean工厂的父接口，bean工厂的继承实现关系很是错综复杂，其中的一条主线继承关系就如下图所示。BeanFactory中定义getBean()等基本方法。而HierachicalBeanFactrory主要是说明Bean工厂是可以继承实现的，所以其中定义了getParentBeanFactory()这个接口。而ConfigurableBeanFactory这个类就是我们常用的bean工厂了。

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ApplicationContext 是 Context 的顶级父类。可以看到Application其实是继承自BeanFactory的。其就是对于BeanFactory环境的一个更好的整合。有了BeanFactory我们可以进行编程式Ioc，那么有了ApplicationContext之后我们就可以使用声明式Ioc了，Context对于各种类型的配置文件的兼容整合大大提升了使用者的使用效率。
Context 作为 Spring 的 Ioc 容器，基本上整合了 Spring 的大部分功能，或者说是大部分功能的基础。

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具体加载流程

一般开始都是这样一句代码：

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:application.xml");

ClassPathXmlApplicationContext是ApplicationContext的实现类。意思是加载xml文件创建一个ApplicationContext 的Spring 容器。

ApplicationContext 接口中的最后一个方法：AutowireCapableBeanFactory getAutowireCapableBeanFactory() throws IllegalStateException; 他的返回值是AutowireCapableBeanFactory，这个接口就是用来自动装配Bean的
然后我们回到上面的 new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:application.xml")构造方法。先看上面构造方法那个源码，setConfigLocations(configLocations);是根据提供的路径，处理成配置文件数组(以分号、逗号、空格、tab、换行符分割)，然后就到了重点的refresh()。
这个refresh()方法可以用来重新初始化ApplicationContext ，我们找到了这个方法的具体实现，就找到了整个IOC容器启动的过程,下面贴出来这个方法的源码：

@Override
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
   // 来个锁，不然 refresh() 还没结束，你又来个启动或销毁容器的操作，那不就乱套了嘛
   synchronized (this.startupShutdownMonitor) {

      // 准备工作，记录下容器的启动时间、标记“已启动”状态、处理配置文件中的占位符
      prepareRefresh();

      // 这步比较关键，这步完成后，配置文件就会解析成一个个 Bean 定义，注册到 BeanFactory 中，
      // 当然，这里说的 Bean 还没有初始化，只是配置信息都提取出来了，
      // 注册也只是将这些信息都保存到了注册中心(说到底核心是一个 beanName-> beanDefinition 的 map)
      ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

      // 设置 BeanFactory 的类加载器，添加几个 BeanPostProcessor，手动注册几个特殊的 bean
      // 这块待会会展开说
      prepareBeanFactory(beanFactory);

      try {
         // 【这里需要知道 BeanFactoryPostProcessor 这个知识点，Bean 如果实现了此接口，
         // 那么在容器初始化以后，Spring 会负责调用里面的 postProcessBeanFactory 方法。】

         // 这里是提供给子类的扩展点，到这里的时候，所有的 Bean 都加载、注册完成了，但是都还没有初始化
         // 具体的子类可以在这步的时候添加一些特殊的 BeanFactoryPostProcessor 的实现类或做点什么事
         postProcessBeanFactory(beanFactory);
         // 调用 BeanFactoryPostProcessor 各个实现类的 postProcessBeanFactory(factory) 回调方法
         invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);          



         // 注册 BeanPostProcessor 的实现类，注意看和 BeanFactoryPostProcessor 的区别
         // 此接口两个方法: postProcessBeforeInitialization 和 postProcessAfterInitialization
         // 两个方法分别在 Bean 初始化之前和初始化之后得到执行。这里仅仅是注册，之后会看到回调这两方法的时机
         registerBeanPostProcessors(beanFactory);

         // 初始化当前 ApplicationContext 的 MessageSource，国际化这里就不展开说了，不然没完没了了
         initMessageSource();

         // 初始化当前 ApplicationContext 的事件广播器，这里也不展开了
         initApplicationEventMulticaster();

         // 从方法名就可以知道，典型的模板方法(钩子方法)，不展开说
         // 具体的子类可以在这里初始化一些特殊的 Bean（在初始化 singleton beans 之前）
         onRefresh();

         // 注册事件监听器，监听器需要实现 ApplicationListener 接口。这也不是我们的重点，过
         registerListeners();

         // 重点，重点，重点
         // 初始化所有的 singleton beans
         //（lazy-init 的除外）
         finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

         // 最后，广播事件，ApplicationContext 初始化完成，不展开
         finishRefresh();
      }

      catch (BeansException ex) {
         if (logger.isWarnEnabled()) {
            logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
                  "cancelling refresh attempt: " + ex);
         }

         // Destroy already created singletons to avoid dangling resources.
         // 销毁已经初始化的 singleton 的 Beans，以免有些 bean 会一直占用资源
         destroyBeans();

         // Reset 'active' flag.
         cancelRefresh(ex);

         // 把异常往外抛
         throw ex;
      }

      finally {
         // Reset common introspection caches in Spring's core, since we
         // might not ever need metadata for singleton beans anymore...
         resetCommonCaches();
      }
   }
}

整个IOC容器的启动过程就在这个方法里，我们一个一个的来看。

1.加锁

首先是一个synchronized加锁，当然要加锁，不然你先调一次refresh()然后这次还没处理完又调一次，就会乱套了。

2.prepareRefresh

接着往下看prepareRefresh();这个方法是做准备工作的，记录容器的启动时间、标记“已启动”状态、处理配置文件中的占位符。
部分源码展示

/**
* 设置beanFactory类加载器,这里的类加载器就是上下文默认的类加载器
 */
beanFactory.setBeanClassLoader(getClassLoader());

设置bean表达式解释器

 添加bean表达式解释器，为了能够让我们的beanFactory去解析bean表达式,模板默认以前缀“#{”开头，以后缀“}”结尾
beanFactory.setBeanExpressionResolver(new StandardBeanExpressionResolver(beanFactory.getBeanClassLoader()));

3.注册BeanDefinition到BeanFactory

下一步ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();这个就很重要了，这一步是把配置文件解析成一个个Bean，并且注册到BeanFactory中，注意这里只是注册进去，并没有初始化。

注册实现原理

BeanDefinition （Bean定义）
ioc 实现中我们在xml 中描述的Bean信息最后都将保存至BeanDefinition （定义）对象中，其中xml bean与BeanDefinition 程一对一的关系。

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由此可见，xml bean中设置的属性最后都会体现在BeanDefinition中。如:

image.png
BeanDefinitionRegistry（Bean注册器）
在上表中我们并没有看到 xml bean 中的 id 和name属性没有体现在定义中，原因是ID 其作为当前Bean的存储key注册到了BeanDefinitionRegistry 注册器中。name 作为别名key 注册到了 AliasRegistry 注册中心。其最后都是指向其对应的BeanDefinition。
BeanDefinitionReader（Bean定义读取）
BeanDefinition 中存储了Xml Bean信息，而BeanDefinitionRegister 基于ID和name 保存了Bean的定义。接下的是从xml Bean到BeanDefinition 然后在注册至BeanDefinitionRegister 整个过程。

image.png
上图中可以看出Bean的定义是由BeanDefinitionReader 从xml 中读取配置并构建出 BeanDefinition,然后在基于别名注册BeanDefinitionRegister中。

ps:还有一点细节：加载解析的过程是先由XmlBeanDefinitionReader加载Bean定义资源，然后DocumentLoader将Bean定义资源转换为Document对象。XmlBeanDefinitionReader再解析载入的Bean定义资源文件
最后由DefaultBeanDefinitionDocumentReader对Bean定义的Document对象解析。

4.prepareBeanFactory

4.然后是prepareBeanFactory(beanFactory);这个方法的作用是：设置 BeanFactory 的类加载器，添加几个 BeanPostProcessor，手动注册几个特殊的 bean，这里都是spring里面的特殊处理。

5.postProcessBeanFactory

5.postProcessBeanFactory(beanFactory);方法是提供给子类的扩展点，到这里的时候，所有的 Bean 都加载、注册完成了，但是都还没有初始化，具体的子类可以在这步的时候添加一些特殊的。BeanFactoryPostProcessor 的实现类，来完成一些其他的操作。

BeanPostProcessor接口作用：

如果我们想在Spring容器中完成bean实例化、配置以及其他初始化方法前后要添加一些自己逻辑处理。我们需要定义一个或多个BeanPostProcessor接口实现类，然后注册到Spring IoC容器中。
详情参考：BeanPostProcessor接口作用

6.执行容器中实现的BeanFactoryPostProcessor的子类（如果有的话）

接下来是invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);这个方法是调用 BeanFactoryPostProcessor 各个实现类的 postProcessBeanFactory(factory) 方法；

7.后置处理器的实现BeanPostProcessors

然后是registerBeanPostProcessors(beanFactory);这个方法注册 BeanPostProcessor 的实现类，和上面的BeanFactoryPostProcessor 是有区别的，这个方法调用的其实是PostProcessorRegistrationDelegate类的registerBeanPostProcessors方法；这个类里面有个内部类BeanPostProcessorChecker，BeanPostProcessorChecker里面有两个方法postProcessBeforeInitialization和postProcessAfterInitialization，这两个方法分别在 Bean 初始化之前和初始化之后得到执行。
这里就是bean的后置处理器的执行原理。
详情参考：BeanPostProcessor

8.国际化

initMessageSource();方法是初始化当前 ApplicationContext 的 MessageSource，国际化处理。

9.初始化事件广播器

initApplicationEventMulticaster();方法初始化当前 ApplicationContext 的事件广播器。

10.初始化一些特殊的 Bean

onRefresh();方法初始化一些特殊的 Bean（在初始化 singleton beans 之前）

11.注册事件监听器

registerListeners();方法注册事件监听器，监听器需要实现 ApplicationListener 接口

12.初始化bean

重点到了：finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);初始化所有的 singleton beans（单例bean），懒加载（non-lazy-init）的除外（spring默认不是懒加载，如果设定了懒加载，则bean的初始化由getbean方法触发）。
我们来看初始化bean的流程图

image.png

从调用过程可以总结出以下几点：
1.调用BeanFactory.getBean() 会触发Bean的实例化。
2.DefaultSingletonBeanRegistry 中缓存了单例Bean
3.Bean的创建与初始化是由AbstractAutowireCapableBeanFactory 完成的。

13广播事件，告诉上下文，容器已经创建好，随时可以调用

finishRefresh();方法是最后一步，广播事件，ApplicationContext 初始化完成。

Ioc容器的加载过程简单概括：

1.刷新预处理
2.将配置信息解析，注册到BeanFactory
3.设置bean的类加载器
4.如果有第三方想再bean加载注册完成后，初始化前做点什么(例如修改属性的值，修改bean的scope为单例或者多例。)，提供了相应的模板方法，后面还调用了这个方法的实现，并且把这些个实现类注册到对应的容器中
5.初始化当前的事件广播器
6.初始化所有的bean。（懒加载不执行这一步）
7.广播applicationcontext初始化完成。

ps：BeanFactory 与 ApplicationContext区别

BeanFactory 看下去可以去做IOC当中的大部分事情，为什么还要去定义一个ApplicationContext 呢？
ApplicationContext 它由BeanFactory接口派生而来，因而提供了BeanFactory所有的功能。除此之外context包还提供了以下的功能：
1.MessageSource, 提供国际化的消息访问
2.资源访问，如URL和文件
3.事件传播，实现了ApplicationListener接口的bean
4.载入多个（有继承关系）上下文，使得每一个上下文都专注于一个特定的层次，比如应用的web层

参考1：Spring IOC加载全过程
参考2：Spring深入 2.IOC设计原理与实现
参考3:spring加载流程之prepareBeanFactory(beanFactory)
参考4：Spring中的后置处理器BeanPostProcessor讲解
参考5：Spring中BeanFactoryPostProcessor和BeanPostProcessor区别