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Ioc源码剖析

时间: 2022-10-05   |   分类: Spring   | 字数: 5434 字 | 阅读约: 11分钟 | 阅读次数:

Spring IOC源码剖析

一、容器继承体系

BeanFactory是顶层容器

二、Bean生命周期关键节点

1.数据准备

创建测试bean,实现几个特殊接口

//实现 InitializingBean 接口
public class TestBean implements InitializingBean {

    public TestBean() {
        System.out.println("------------------TestBean 构造器执行------------------------");
    }

    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        System.out.println("------------------TestBean afterPropertiesSet执行------------------------");
    }


}
//实现 BeanPostProcessor 接口
public class TestBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {

    public TestBeanPostProcessor() {
        System.out.println("------------------BeanPostProcessor 实现类 构造器------------------------");
    }

    @Override
    public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        System.out.println("------------------BeanPostProcessor 实现类 postProcessBeforeInitialization 执行------------------------");

        return bean;
    }

    @Override
    public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        System.out.println("------------------BeanPostProcessor 实现类 postProcessAfterInitialization 执行------------------------");

        return bean;
    }
}
//实现 BeanFactoryPostProcessor 接口
public class TestBeanFactoryPostProcessor implements BeanFactoryPostProcessor {

    public TestBeanFactoryPostProcessor() {
        System.out.println("------------------BeanFactoryPostProcessor 实现类 构造器 执行------------------------");
    }

    @Override
    public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {
        System.out.println("------------------BeanFactoryPostProcessor 实现类 postProcessBeanFactory 执行------------------------");
    }
}

以xml配置形式示例

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
       xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop"
       xmlns:tx="http://www.springframework.org/schema/tx"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="
        http://www.springframework.org/schema/beans
        https://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
        http://www.springframework.org/schema/context
        https://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd
        http://www.springframework.org/schema/aop
        https://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop.xsd
        http://www.springframework.org/schema/tx
        https://www.springframework.org/schema/tx/spring-tx.xsd
">
    <bean id="testBean" class="com.example.demo.entity.TestBean"/>
    <bean id="testBeanPostProcessor" class="com.example.demo.processor.TestBeanPostProcessor"/>
    <bean id="testBeanFactoryPostProcessor" class="com.example.demo.processor.TestBeanFactoryPostProcessor"/>

</beans>
//测试类
public class TestDemo {

    @Test
    public void test1() {
        ClassPathXmlApplicationContext context = new    ClassPathXmlApplicationContext("classpath:applicationContext.xml");
        TestBean testBean = (TestBean) context.getBean("testBean");
        System.out.println(testBean);
    }
}

2.分析bean创建是在容器初始化时,还是在getBean()时

可以看到,在未设置延迟加载的前提下,Bean 的创建是在容器初始化过程中完成的。

3.分析构造函数调用情况

通过如上观察,我们发现构造函数的调⽤时机在AbstractApplicationContext类refresh()⽅法的finishBeanFactoryInitialization(beanFactor)处;

4.分析 InitializingBean 之 afterPropertiesSet() (初始化⽅法调⽤情况

通过如上观察,我们发现 InitializingBean中afterPropertiesSet ⽅法的调⽤时机也是在AbstractApplicationContext类refresh()⽅法的finishBeanFactoryInitialization(beanFactory)

5.分析BeanFactoryPostProcessor 初始化和调⽤情况

分别在构造函数、postProcessBeanFactory ⽅法处打断点,观察调⽤栈,发现:

  • BeanFactoryPostProcessor 初始化在AbstractApplicationContext类refresh⽅法的invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

  • postProcessBeanFactory 调⽤在AbstractApplicationContext类refresh⽅法的invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

6.分析 BeanPostProcessor 初始化和调⽤情况

分别在构造函数、postProcessBeanFactory ⽅法处打断点,观察调⽤栈,发现:

  • BeanPostProcessor 初始化在AbstractApplicationContext类refresh⽅法的registerBeanPostProcessors(beanFactory);

  • postProcessBeforeInitialization 调⽤在AbstractApplicationContext类refresh⽅法的finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

  • postProcessAfterInitialization 调⽤在AbstractApplicationContext类refresh⽅法的finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

------------------BeanFactoryPostProcessor 实现类 构造器 执行------------------------
------------------BeanFactoryPostProcessor 实现类 postProcessBeanFactory 执行------------------------
------------------BeanPostProcessor 实现类 构造器------------------------
------------------TestBean 构造器执行------------------------
------------------BeanPostProcessor 实现类 postProcessBeforeInitialization 执行------------------------
------------------TestBean afterPropertiesSet执行------------------------
------------------BeanPostProcessor 实现类 postProcessAfterInitialization 执行------------------------

三、容器初始化流程

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
		synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
			// Prepare this context for refreshing.
      // 预处理
			prepareRefresh();

			// Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
			// 获取BeanFactory;默认实现是DefaultListableBeanFactory
			// 加载BeanDefition 并注册到 BeanDefitionRegistry
			ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

			// Prepare the bean factory for use in this context.
      // BeanFactory的预准备⼯作 BeanFactory进⾏⼀些设置,⽐如context的类加载器等
			prepareBeanFactory(beanFactory);

			try {
				// Allows post-processing of the bean factory in context subclasses.
        // BeanFactory准备⼯作完成后进⾏的后置处理⼯作
				postProcessBeanFactory(beanFactory);

				// Invoke factory processors registered as beans in the context.
        // 实例化并调⽤实现了BeanFactoryPostProcessor接⼝的Bean
				invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

				// Register bean processors that intercept bean creation.
        // 注册BeanPostProcessor(Bean的后置处理器),在创建bean的前后等执行
				registerBeanPostProcessors(beanFactory);

				// Initialize message source for this context.
        // 初始化MessageSource组件(做国际化功能;消息绑定,消息解析)
				initMessageSource();

				// Initialize event multicaster for this context.
        // 初始化事件派发器
				initApplicationEventMulticaster();

				// Initialize other special beans in specific context subclasses.
        // ⼦类重写这个⽅法,在容器刷新的时候可以⾃定义逻辑
				onRefresh();

				// Check for listener beans and register them.
        // 注册应⽤的监听器。就是注册实现了ApplicationListener接⼝的监听器bean
				registerListeners();

				// Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
        // 初始化所有剩下的⾮懒加载的单例bean
        // 初始化创建⾮懒加载⽅式的单例Bean实例(未设置属性)
        // 填充属性
        // 初始化⽅法调⽤(⽐如调⽤afterPropertiesSet⽅法、init-method⽅法)
        // 调⽤BeanPostProcessor(后置处理器)对实例bean进⾏后置处
				finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

				// Last step: publish corresponding event.
        // 完成context的刷新。主要是调⽤LifecycleProcessor的onRefresh()⽅法,并且发布事件(ContextRefreshedEvent)
				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.
				destroyBeans();

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

				// Propagate exception to caller.
				throw ex;
			}

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

四、BeanFactory创建流程

ClassPathXmlApplicationContext#refresh obtainFreshBeanFactory()
   AbstractApplicationContext#obtainFreshBeanFactory refreshBeanFactory()
     AbstractRefreshableApplicationContext#refreshBeanFactory  createBeanFactory()
       protected DefaultListableBeanFactory createBeanFactory() {
					return new DefaultListableBeanFactory(getInternalParentBeanFactory());
			 }

五、BeanDefinition加载解析及注册⼦流程

1.步骤

  • Resource定位:指对BeanDefinition的资源定位过程。通俗讲就是找到定义Javabean信息的XML⽂件,并将其封装成Resource对象。

  • BeanDefinition载⼊ :把⽤户定义好的Javabean表示为IoC容器内部的数据结构,这个容器内部的数据结构就是BeanDefinition。

2.过程分析

  • Step1

    流程入口在AbstractRefreshableApplicationContext#refreshBeanFactory方法中

  • Step2

    依次调⽤多个类的 loadBeanDefinitions⽅法->AbstractXmlApplicationContext ->AbstractBeanDefinitionReader -> XmlBeanDefinitionReader ⼀直执⾏到XmlBeanDefinitionReader 的 doLoadBeanDefinitions ⽅法

  • step3

    我们重点观察XmlBeanDefinitionReader 类的 registerBeanDefinitions ⽅法,期间产⽣了多次重载调⽤,我们定位到最后⼀个

    先进⼊createRederContext,我们可以看到,此处 Spring ⾸先完成了NamespaceHandlerResolver的初始化

    我们再进⼊ registerBeanDefinitions ⽅法中追踪

    ⾄此,注册流程结束,我们发现,所谓的注册就是把封装的 XML 中定义的 Bean信息封装为BeanDefinition 对象之后放⼊⼀个Map中,BeanFactory 是以 Map 的结构组织这些 BeanDefinition的。

六、Bean创建流程

通过最开始的关键时机点分析,我们知道Bean创建⼦流程⼊⼝在AbstractApplicationContext#refresh()⽅法的finishBeanFactoryInitialization(beanFactory) 处

继续进⼊DefaultListableBeanFactory类的preInstantiateSingletons⽅法,我们找到下⾯部分的代码,看到⼯⼚Bean或者普通Bean,最终都是通过getBean的⽅法获取实例

继续跟踪下去,我们进⼊到了AbstractBeanFactory类的doGetBean⽅法,这个⽅法中的代码很多,我们直接找到核⼼部分

接着进⼊到AbstractAutowireCapableBeanFactory类的⽅法,找到以下代码部分

进⼊doCreateBean⽅法看看,该⽅法我们关注两块重点区域

我们看到实现InitializingBean#afterPropertiesSet方法、BeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization方法、BeanPostProcessor#postProcessAfterInitialization方法调用位置如下

七、lazy-init 延迟加载机制原理

普通 Bean 的初始化是在容器启动初始化阶段执⾏的,⽽被lazy-init=true修饰的 bean 则是在从容器⾥第⼀次进⾏context.getBean() 时进⾏触发。Spring 启动的时候会把所有bean信息(包括XML和注解)解析转化成Spring能够识别的BeanDefinition并存到Hashmap⾥供下⾯的初始化时⽤,然后对每个BeanDefinition 进⾏处理,如果是懒加载的则在容器初始化阶段不处理,其他的则在容器初始化阶段进⾏初始化并依赖注⼊。

public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
		if (logger.isTraceEnabled()) {
			logger.trace("Pre-instantiating singletons in " + this);
		}

		// Iterate over a copy to allow for init methods which in turn register new bean definitions.
		// While this may not be part of the regular factory bootstrap, it does otherwise work fine.
		List<String> beanNames = new ArrayList<>(this.beanDefinitionNames);

		// Trigger initialization of all non-lazy singleton beans...
		for (String beanName : beanNames) {
			RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
      //此处初始化非抽象bean、单例bean、非lazy-init的bean
			if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton() && !bd.isLazyInit()) {
				if (isFactoryBean(beanName)) {
					Object bean = getBean(FACTORY_BEAN_PREFIX + beanName);
					if (bean instanceof FactoryBean) {
						final FactoryBean<?> factory = (FactoryBean<?>) bean;
						boolean isEagerInit;
						if (System.getSecurityManager() != null && factory instanceof SmartFactoryBean) {
							isEagerInit = AccessController.doPrivileged((PrivilegedAction<Boolean>)
											((SmartFactoryBean<?>) factory)::isEagerInit,
									getAccessControlContext());
						}
						else {
							isEagerInit = (factory instanceof SmartFactoryBean &&
									((SmartFactoryBean<?>) factory).isEagerInit());
						}
						if (isEagerInit) {
							getBean(beanName);
						}
					}
				}
				else {
          //如果是普通bean则进⾏初始化并依赖注⼊,此 getBean(beanName)接下来触发的逻辑和
					//懒加载时 context.getBean("beanName") 所触发的逻辑是⼀样的
					getBean(beanName);
				}
			}
		}
  • 总结

    • 对于被修饰为lazy-init的bean Spring 容器初始化阶段不会进⾏ init 并且依赖注⼊,当第⼀次进⾏getBean时候才进⾏初始化并依赖注⼊

    • 对于⾮懒加载的bean,getBean的时候会从缓存⾥头获取,因为容器初始化阶段 Bean 已经初始化完成并缓存了起来

八、IOC循环依赖问题

1.什么是循环依赖

循环依赖其实就是循环引⽤,也就是两个或者两个以上的 Bean 互相持有对⽅,最终形成闭环。⽐如A依赖于B,B依赖于C,C⼜依赖于A。

注意,这⾥不是函数的循环调⽤,是对象的相互依赖关系。循环调⽤其实就是⼀个死循环,除⾮有终结条件

Spring中循环依赖场景有:

  • 构造器的循环依赖(构造器注⼊)

  • Field 属性的循环依赖(set注⼊)

其中,构造器的循环依赖问题⽆法解决,只能拋出 BeanCurrentlyInCreationException 异常,在解决属性循环依赖时,spring采⽤的是提前暴露对象的⽅法。

2.循环依赖处理机制

  • 单例 bean 构造器参数循环依赖(⽆法解决)

  • prototype 原型 bean循环依赖(⽆法解决)

    对于原型bean的初始化过程中不论是通过构造器参数循环依赖还是通过setXxx⽅法产⽣循环依赖,Spring都 会直接报错处理。

    AbstractBeanFactory.doGetBean()⽅法:

    // Fail if we're already creating this bean instance:
    // We're assumably within a circular reference.
    if (isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)) {
      throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
    }
    
    /**
     * Return whether the specified prototype bean is currently in creation
     * (within the current thread).
     * @param beanName the name of the bean
     */
    protected boolean isPrototypeCurrentlyInCreation(String beanName) {
      Object curVal = this.prototypesCurrentlyInCreation.get();
      return (curVal != null &&
              (curVal.equals(beanName) || (curVal instanceof Set && ((Set<?>) curVal).contains(beanName))));
    }
    

    在获取bean之前如果这个原型bean正在被创建则直接抛出异常。原型bean在创建之前会进⾏标记这个beanName正在被创建,等创建结束之后会删除标记

    else if (mbd.isPrototype()) {
      // It's a prototype -> create a new instance.
      Object prototypeInstance = null;
      try {
        //添加标记
        beforePrototypeCreation(beanName);
        //创建原型bean
        prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
      }
      finally {
        //删除标记
        afterPrototypeCreation(beanName);
      }
      bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
    }
    

    总结:Spring 不⽀持原型 bean 的循环依赖。

  • 单例bean通过setXxx或者@Autowired进⾏循环依赖

    Spring 的循环依赖的理论依据基于 Java 的引⽤传递,当获得对象的引⽤时,对象的属性是可以延后设置的,但是构造器必须是在获取引⽤之前。Spring通过setXxx或者@Autowired⽅法解决循环依赖其实是通过提前暴露⼀个ObjectFactory对象来完成的,简单来说ClassA在调⽤构造器完成对象初始化之后,在调⽤ClassA的setClassB⽅法之前就把ClassA实例化的对象通过ObjectFactory提前暴露到Spring容器中。

    • Spring容器初始化ClassA通过构造器初始化对象后提前暴露到Spring容器。

      		//从官方注解可以看出,此处就是为了解决循环依赖问题
          // Eagerly cache singletons to be able to resolve circular references
      		// even when triggered by lifecycle interfaces like BeanFactoryAware.
      		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");
      			}
      			addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
      		}
      
    • ClassA调⽤setClassB⽅法,Spring⾸先尝试从容器中获取ClassB,此时ClassB不存在Spring容器中

    • Spring容器初始化ClassB,同时也会将ClassB提前暴露到Spring容器中

    • ClassB调⽤setClassA⽅法,Spring从容器中获取ClassA ,因为第⼀步中已经提前暴露了ClassA,因此可以获取到ClassA实例

    • ClassA通过spring容器获取到ClassB,完成了对象初始化操作

    • 这样ClassA和ClassB都完成了对象初始化操作,解决了循环依赖问题

#Spring# #ioc#
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标题:Ioc源码剖析

作者:古道长亭

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