解析Java的Spring框架的基本结构

解析Java的Spring框架的基本结构

在java届，有位名叫Rod Johnson的牛人，发现最初的java企业级开发处于混沌状态。

于是，它决心编写一个能够解决问题的通用的基础架构。

因为它深信面向接口编程能够将变化控制到最小，同时也利于扩展和变化。于是，它编写了如下的接口。

在混沌状态最先要创造的是一切对象的母亲BeanFactory，有了它，就能够得到一切它孕育的对象和属性，也就是说首先要造盖亚--大地之母。

有了最初的母亲BeanFactory，johnson想，如果我要得到一组Bean对象而不单单是某个或某几个呢？另外，如果母亲的孩子也要孕育对象呢？于是，johnson创造了ListableBeanFactory以操作一组bean对象，比如getBeansOfType就能够根据得到同类型的一组Bean；创造了HierarchicalBeanFactory来解决多个BeanFactory的层次问题，比如getParentBeanFactory就能够得到BeanFactory的父Factory。

这个BeanFactory最终是要在某个应用上使用的，那么，需要给予BeanFactory在一个应用中活动的能力。在BeanFactory中，只需要考虑跟bean相关的行为，比如怎么得到bean，bean的类型等；而如果要赋予其在应用中的能力，则就需要考虑更多，比如应用的名字，启动时间，id等等跟应用本身相关的行为和属性，于是johnson想到了创造ApplicationContext。johnson想，这个ApplicationContext一定要能做许多事，要能够处理参数化和国际化的文本信息，于是增加了MessageSource接口；要能发布事件以便解耦组件，于是有了ApplicationEventPublisher接口；要能得到资源文件，于是有了ResourcePatternResolver接口；要能有在不同环境有不同处理对象的能力，于是有了EnvironmentCapable接口。

ApplicationContext继承了所有这些接口。

但是最重要的是，无论是BeanFactory还是ApplicationContext，它们都需要有可配置的能力，于是有了子接口ConfigurableBeanFactory和ConfigurableApplicationContext；另外，web在当时是非常重要的趋势，而且相比其他应用有些独特，需要得到ServletContext，于是有了WebApplicationContext。

到目前为止，johnson都是面向接口进行行为的抽象思考，并未具体实现他们。

看着创造出来的BeanFactory和ApplicationContext，johnson意识到这一天的工作远远没有结束，因为并没有真正解决怎么能够让整套体系运转起来，于是，johnson开始思索如何实现他们。

johoson首先想到的还是这个实现应该具备什么能力？当然要把之前提到的AutowireCapableBeanFactory，ListableBeanFactory和ConfigurableBeanFactory都包括进去。因此创造了ConfigurableListableBeanFactory。其次，需要考虑对于bean对象的几种能力，一是起别名的能力；二是保存单例对象的能力；三是缓存的能力；他们分别在SimpleAliasRegistry类，DefaultSingletonBeanRegistry类和FactoryBeanRegistrySupport类中实现。

最终，创造出了DefaultListableBeanFactory，它是spring中一切ioc工厂的原型，是BeanFactory第一个真正的孩子，这个孩子非常重要，已经成为独立的创建ioc容器的基础，如果有扩展和使用，大多是继承它或者组合使用它。

如果要初始化一个DefaultListableBeanFactory，可以用如下代码

ClassPathResource res = new ClassPathResource("applicationContext.xml");

DefaultListableBeanFactory f = new DefaultListableBeanFactory();

XmlBeanDefinitionReader r = new XmlBeanDefinitionReader(f);

r.loadBeanDefinitions(res);

johnson最先考虑的是如何去做spring的启动流程，它应该放到一个比较抽象的层次以便下层的所有类能够复用。于是他用一个AbstractApplicationContext实现了ConfigurableApplicationContext。还有一个很重要的功能，即将一个文件以资源的形式加载进来，这需要将资源抽象为Resource类，将定位资源的具体实现抽象到ResourceLoader，AbstractApplicationContext同样需要继承DefaultResourceLoader以提供这个功能。AbstractApplicationContext完成了整个启动流程（上帝将它安排在第二天完成），唯独没有做对BeanFactory的管理。于是，它的子类AbstractRefreshableApplicationContext专门做了这件事，实现了refreshBeanFactory, closeBeanFactory, getBeanFactory专门对BeanFactory的生命周期做了一些管理，但是AbstractRefreshableApplicationContext仍然没有加载所有配置好的Bean。到哪里加载配置好的资源，实际上到了下层的子类去做，比如FileSystemXmlApplicationContext，就是到文件系统去读一个xml形式的applicationContext；ClassPathXmlApplicationContext则是到类加载路径下去读这个applicationContext。而AnnotationConfigWebApplicationContext则从类文件的annotation中加载bean，spring的扫描也从此开始。

看着主要的框架已经建立起来，johnson满意的笑着睡着了。

   头一日，johnson完成了一个spring的整体框架。

第二日，johnson准备实际去处理前面遗留的问题。比如spring的容器初始化过程。如图，johnson将这个过程分为很多子过程，这些子过程都在围绕着如何将bean载入这一宏伟的目标而努力。

这个过程放在AbstractApplicationContext中的refresh方法中。代码如下，johnson将refresh的过程分为很多子过程，并且这些子过程在同一个抽象层级上，这种写法是为了给后人一个榜样。

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {

synchronized (this.startupShutdownMonitor) {

// Prepare this context for refreshing.

prepareRefresh();

// Tell the subclass to refresh the internal bean factory.

ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

// Prepare the bean factory for use in this context.

prepareBeanFactory(beanFactory);

try {

// Allows post-processing of the bean factory in context subclasses.

postProcessBeanFactory(beanFactory);

// Invoke factory processors registered as beans in the context.

invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

// Register bean processors that intercept bean creation.

registerBeanPostProcessors(beanFactory);

// Initialize message source for this context.

initMessageSource();

// Initialize event multicaster for this context.

initApplicationEventMulticaster();

// Initialize other special beans in specific context subclasses.

onRefresh();

// Check for listener beans and register them.

registerListeners();

// Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.

finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

// Last step: publish corresponding event.

finishRefresh();

}

catch (BeansException ex) {

// Destroy already created singletons to avoid dangling resources.

destroyBeans();

// Reset 'active' flag.

cancelRefresh(ex);

// Propagate exception to caller.

throw ex;

}

}

}

如果更高层次一些看，实际上这些过程围绕着几个方面来做：1. 刷新的生命周期；2. 对beanFactory的初始化及准备；3. 生成并注册beanDefinition；4. beanFactory后处理器；5.设置消息，事件及监听器。

  1. 刷新的生命周期

prepareRefresh，这个过程主要记录日志表示spring启动了，初始化property资源（比如serlvet中一些资源初始化），以及property资源的验证（比如只写了key没有value）。

onRefresh，目的是提供给一些特殊的ApplicationContext，使他们有能够在刷新过程中能够扩展的能力。目前使用到的大多是为servlet application context设置theme

finishRefresh，做一些收尾的工作，如初始化LifecycleProcessor，发布refresh结束的事件等。

cancelRefresh，主要是在异常产生时将当前的状态改变为非active。

2. 对beanFactory的初始化及准备

johnson想，我们应该让beanFactory在初始化时就把bean透明的加载并注册好，这样对外界而言，我的封装就非常成功，因此这步实际上做了很多事。下图省略了许多步骤，只列出关键点。

AbstractApplicationContext会调用refreshBeanFactory，它首先会检查并关闭已有的beanFactory，其次新建一个beanFactory，然后利用该factory装载所有BeanDefinition

其中，loadBeanDefinitions会交给子类做不同的实现，比如AbstractXmlApplicationContext主要是通过xml读取；AnnotationConfigWebApplicationContext的实现则会调用扫描器扫描类中的bean

3. 生成并注册beanDefinition

  当解析完xml配置以后，DefaultBeanDefinitionDocumentReader的parseDefaultElement方法会根据xml中的元素做对应的处理。其中，遇到bean元素时会最终调用BeanDefinitionReaderUtils中的registerBeanDefinition方法，该方法传入的参数为BeanDefinitionRegistry，实际上是回调了DefaultListableBeanFactory的registerBeanDefinition方法来注册beanDefinition(DefaultListableBeanFactory实现了BeanDefinitionRegistry)。

4. beanFactory后处理器

beanFactory后处理器是spring提供出来的让其子类灵活扩展的方式。spring中分为2个步骤：postProcessBeanFactory，invokeBeanFactoryPostProcessors。registerBeanPostProcessors则是实例化并调用所有的BeanPostProcessor，用来在bean初始化前和初始化后对bean做扩展。

5. 设置消息，事件及监听器

设置默认消息源为DelegatingMessageSource，如工厂里已经有messageSource则使用该messageSource，事件多播器为SimpleApplicationEventMulticaster，如工厂里已经有applicationEventMulticaster，则使用该applicationEventMulticaster，并注册所有的应用程序Listener以便能够接收事件

消息源：MessageSource是国际化资源文件的重要方法，spring在applicationContext就支持消息源。

spring中提供了MessageSource的默认实现，使用java.util.ResourceBundle来提取消息。spring通过配置一个特殊id为messageSource的bean并制定i18n的文件名，就能够从ApplicationContext.getMessage()直接访问message。如果在jsp中，还能通过spring:message这个tag访问到message。

事件：事件是比较重要的解耦机制，spring在核心ApplicationContext就引入了它，其原理比较简单，一方面是事件产生方，能够发送事件；一方面似乎事件监听方，能够响应事件。而具体实现基本上都是在产生方hold住一个事件监听者集合，并将所有监听方“注册”（即加入）到这个事件监听者集合。

spring中将ApplicationContext当做事件产生方，使用applicationListeners作为监听者集合，applicationEventMulticaster用来做事件发布。

事件发布的几个步骤：

订阅：最初addApplicationListener将applicationListener加入监听者集合。

发布：ApplicationContext继承了ApplicationEventPublisher，因而实现了publishEvent，该方法首先会遍历本applicationContext的applicationListeners集合，对每个listener调用onApplicationEvent，因此每个listener都会被通知到；这步完成后会对applicationContext的parent的所有applicationListeners做同样的事件发布。

事件发布非常常用，不仅我们自己的应用可以使用这个事件发布，spring框架自身也在使用事件发布。下面是一些spring中事件的应用：

在finishRefresh中会发布ContextRefreshedEvent表明refresh结束借此通知listener。在ApplicationContext中start和stop方法会发布事件表示context开始或结束。

  johnson将spring的主框架与运行流程创造完毕之后，发觉spring中提供了许多灵活扩展的地方。于是johnson准备在第三日将这些灵活扩展的用法公布出来。

1. BeanPostProcessor。BeanPostProcessor提供了bean创建完成后的扩展接口，当你需要在bean创建完后对其做一定处理，则BeanPostProcessor是首选的方式。

2. Aware。注入的bean需要了解其容器的某些部分，spring通过Aware完成回调，如BeanNameAware，可以让bean得知自己的名字, BeanFactoryAware可以让bean了解到BeanFactory, ApplicationContextAware，可以让bean操作ApplicationContext。通过这种方式，注入spring的bean能够做更加广泛的事情。

对于BeanPostProcessor的扩展，spring自身有一个例子，即如何识别Aware bean的例子。Aware bean是比较特殊的bean，需要spring对其额外注入一些属性，那么注入的过程spring会怎么做呢？实际上spring并没有将他写在核心的处理过程里面，而是放到了ApplicationContextAwareProcessor这个BeanPostProcessor，通过BeanPostProcessor的postProcessBeforeInitialization最终invokeAwareInterfaces以判断该bean的类型并注入相应的属性。这种做法利用了BeanPostProcessor完成了另一个扩展用法，实在是高超。

private void invokeAwareInterfaces(Object bean) {

if (bean instanceof Aware) {

if (bean instanceof EnvironmentAware) {

((EnvironmentAware) bean).setEnvironment(this.applicationContext.getEnvironment());

}

if (bean instanceof EmbeddedValueResolverAware) {

((EmbeddedValueResolverAware) bean).setEmbeddedValueResolver(

new EmbeddedValueResolver(this.applicationContext.getBeanFactory()));

}

if (bean instanceof ResourceLoaderAware) {

((ResourceLoaderAware) bean).setResourceLoader(this.applicationContext);

}

if (bean instanceof ApplicationEventPublisherAware) {

((ApplicationEventPublisherAware) bean).setApplicationEventPublisher(this.applicationContext);

}

if (bean instanceof MessageSourceAware) {

((MessageSourceAware) bean).setMessageSource(this.applicationContext);

}

if (bean instanceof ApplicationContextAware) {

((ApplicationContextAware) bean).setApplicationContext(this.applicationContext);

}

}

}

关于Aware的用法则更多了，比如如下代码能够感知ApplicationContext，spring在创建完这个bean之后便会注入ApplicationContext，于是我们就可以使用该context完成事件发布。

public class HelloBean implements ApplicationContextAware {

private ApplicationContext applicationContext;

private String helloWord = "Hello!World!";

public void setApplicationContext(ApplicationContext context) {

this.applicationContext = context;

}

public void setHelloWord(String helloWord) {

this.helloWord = helloWord;

}

public String getHelloWord() {

applicationContext.publishEvent(

new PropertyGettedEvent("[" + helloWord + "] is getted"));

return helloWord;

}

}

3. BeanFactoryPostProcessor，这个PostProcessor通常是用来处理在BeanFactory创建后的扩展接口。一个例子如下，当注入这个bean以后，它便会在BeanFactory创建完毕自动打印注入的bean数量：

public class BeanCounter implements BeanFactoryPostProcessor{

@Override

public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory)

throws BeansException {

System.out.println(beanFactory.getBeanDefinitionCount());

}

}

4. FactoryBean。FactoryBean是一种特殊的bean，这种bean允许注入到spring容器并用其生成真正的bean，所以可以这样定义，FactoryBean本身是一种bean，这种bean又有能够提供bean的能力。下面从FactoryBean的调用开始，讲到spring是如何使用这个bean的。

   要想区分普通bean和FactoryBean，spring也必须有判断他们并特殊处理的过程，这个过程就在AbstractBeanFactory的getObjectForBeanInstance中

protected Object getObjectForBeanInstance(

Object beanInstance, String name, String beanName, RootBeanDefinition mbd) {

// Don't let calling code try to dereference the factory if the bean isn't a factory.

if (BeanFactoryUtils.isFactoryDereference(name) && !(beanInstance instanceof FactoryBean)) {

throw new BeanIsNotAFactoryException(transformedBeanName(name), beanInstance.getClass());

}

// Now we have the bean instance, which may be a normal bean or a FactoryBean.

// If it's a FactoryBean, we use it to create a bean instance, unless the

// caller actually wants a reference to the factory.

if (!(beanInstance instanceof FactoryBean) || BeanFactoryUtils.isFactoryDereference(name)) {

return beanInstance;

}

Object object = null;

if (mbd == null) {

object = getCachedObjectForFactoryBean(beanName);

}

if (object == null) {

// Return bean instance from factory.

FactoryBean> factory = (FactoryBean>) beanInstance;

// Caches object obtained from FactoryBean if it is a singleton.

if (mbd == null && containsBeanDefinition(beanName)) {

mbd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);

}

boolean synthetic = (mbd != null && mbd.isSynthetic());

object = getObjectFromFactoryBean(factory, beanName, !synthetic);

}

return object;

}

可以看出来，如果是普通bean，就直接返回了，而如果是FactoryBean，最终调用会调用factory.getObjhETfKIEfmect从而返回具体对象。如果将整个spring看做一个抽象工厂，生产抽象的bean时，则FactoryBean就是具体工厂，生产你需要的对象。

  spring中FactoryBean用法很多，举个比较常见的例子，集成hibernate的sessionFactory时一般会注入LocalSessionFactoryBean，但是这个sessionFactory实际上不是普通的bean，可以简单在配置文件中注入就能生产，它有很多定制的部分，于是spring让这个bean成为一个FactoryBean并控制其生产的对象。

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