Spring系列博客：Spring特性（二）--Spring IOC原理以及IOC容器的实现

港控/mmm° 2022-05-25 11:16 98阅读 0赞

# 目录 #

*  目录
 *  一、什么是IOC/DI
    
     *   *   *   *  对象和对象关系怎么表示？
                 *  描述对象关系的文件存放在哪里？
                 *  如何对不同的配置文件进行解析？
 *  二、Spring IOC体系结构
    
     *   *   *  1、BeanFactory
                
                 *  最基本的IOC容器接口BeanFactory
             *  2、BeanDefinition
 *  三、IOC容器的初始化

# 一、什么是IOC/DI #

IOC容器：最主要是完成了完成对象的创建和依赖的管理注入等等。  
        先从我们自己设计的一个视角来考虑：  
        所谓控制反转，就是把原先我们代码里面需要实现的对象创建、依赖的代码，反转给容器来帮忙实现。那么必然的我们需要创建一个容器，同时需要一种描述来让容器知道需要创建的对象与对象的关系。这个描述最具体表现就是我们可配置的文件。

##### 对象和对象关系怎么表示？ #####

可以用xml，properties文件等语义化配置文件表示。

##### 描述对象关系的文件存放在哪里？ #####

可能是classpath，filesystem，或者是URL网络资源，servletContext等。  
        有了配置文件，还需要对配置文件解析。不同的配置围巾啊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。

##### 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

# 二、Spring IOC体系结构 #

#### 1、BeanFactory ####

Spring Bean的创建时典型的工厂模式，这一系列的Bean工厂，也即IOC容器为开发者管理对象间的依赖关系提供了很多便利和基础服务，在Spring中有许多的IOC容器实现供用户选择和使用，其相互关系如下：  
![Spring IOC体系结构][Spring IOC]  
        其中BeanFactory作为最顶层的一个接口类，它定义了IOC容器的基本功能规范，BeanFactory 有三个子类：ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory 和AutowireCapableBeanFactory。但是从上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。  
        那为何要定义这么多层次的接口呢？查询这些接口的源码和说明发现，每个接口都有它使用的场合，它主要是为了区分在Spring内部在操作过程中这些对象的传递和转化过程中，对对象的数据访问所做的限制。  
    例如，ListableBeanFactory 接口表示这些 Bean 是可列表的，而 HierarchicalBeanFactory 表示的是这些 Bean 是有继承关系的，也就是每个Bean 有可能有父 Bean。AutowireCapableBeanFactory 接口定义 Bean 的自动装配规则。这四个接口共同定义了 Bean 的集合、Bean 之间的关系、以及 Bean 行为。

##### 最基本的IOC容器接口BeanFactory #####

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。 
    Object getBean(String name, Class requiredType) throws BeansException;    
    
    //提供对bean的检索，看看是否在IOC容器有这个名字的bean 
    boolean containsBean(String name);    
    
    //根据bean名字得到bean实例，并同时判断这个bean是不是单例 
    boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;    
    
    //得到bean实例的Class类型 
    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容器的基本行为作了定义，根本不关心你的bean是如何定义怎样加载的。正如我们只关心工厂里得到什么样的产品对象，至于工厂是怎么生产这些对象的，这个基本的接口不关心。  
        而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容器的实现。比如XmlBeanFactory，ClasspathXmlApplicationContext等。其中XmlBeanFactory就是针对最基本的ioc容器的实现，这个IOC容器可以读取XML文件定义的BeanDefinition（XML文件中对bean的描述）。

#### 2、BeanDefinition ####

SpringIOC容器管理了我们定义的各种Bean对象及其相互的关系，Bean对象在Spring实现中是以BeanDefinition来描述的，其继承体系如下：  
![BeanDefinition体系结构][BeanDefinition]  
        Bean 的解析过程非常复杂，功能被分的很细，因为这里需要被扩展的地方很多，必须保证有足够的灵活性，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下图中的类完成：  
![BeanDefinition][BeanDefinition 1]

# 三、IOC容器的初始化 #

简单来说，IOC容器的初始化包括BeanDefinition的Resouce定位、载入和注册这三个基本的过程。我觉得重点是在载入和对BeanDefinition做解析的这个过程。可以从DefaultListableBeanFactory来入手看看IoC容器是怎样完成BeanDefinition载入的。在refresh调用完成以后，可以看到loadDefinition的调用：

public abstract class AbstractXmlApplicationContext extends AbstractRefreshableConfigApplicationContext {   
        public AbstractXmlApplicationContext() {  
        }  
        public AbstractXmlApplicationContext(ApplicationContext parent) {  
            super(parent);  
        }  
        //这里是实现loadBeanDefinitions的地方 
        protected void loadBeanDefinitions(DefaultListableBeanFactory beanFactory) throws IOException {  
            // Create a new XmlBeanDefinitionReader for the given BeanFactory. 
            // 创建 XmlBeanDefinitionReader，并通过回调设置到 BeanFactory中去，创建BeanFactory的使用的也是 DefaultListableBeanFactory。 
            XmlBeanDefinitionReader beanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReader(beanFactory);  
    
            // Configure the bean definition reader with this context's 
            // resource loading environment. 
            // 这里设置 XmlBeanDefinitionReader， 为XmlBeanDefinitionReader 配置ResourceLoader，因为DefaultResourceLoader是父类，所以this可以直接被使用 
            beanDefinitionReader.setResourceLoader(this);  
            beanDefinitionReader.setEntityResolver(new ResourceEntityResolver(this));  
    
            // Allow a subclass to provide custom initialization of the reader, 
            // then proceed with actually loading the bean definitions. 
        // 这是启动Bean定义信息载入的过程 
            initBeanDefinitionReader(beanDefinitionReader);  
            loadBeanDefinitions(beanDefinitionReader);  
        }  
    
        protected void initBeanDefinitionReader(XmlBeanDefinitionReader beanDefinitionReader) {  
        }

这里使用XmlBeanDefinitionReader来载入BeanDefinition到容器中，如下代码所示：

//这里是调用的入口。 
        public int loadBeanDefinitions(Resource resource) throws BeanDefinitionStoreException {  
            return loadBeanDefinitions(new EncodedResource(resource));  
        }  
        //这里是载入XML形式的BeanDefinition的地方。 
        public int loadBeanDefinitions(EncodedResource encodedResource) throws BeanDefinitionStoreException {  
            Assert.notNull(encodedResource, "EncodedResource must not be null");  
            if (logger.isInfoEnabled()) {  
                logger.info("Loading XML bean definitions from " + encodedResource.getResource());  
            }  
    
            Set<EncodedResource> currentResources = this.resourcesCurrentlyBeingLoaded.get();  
            if (currentResources == null) {  
                currentResources = new HashSet<EncodedResource>(4);  
                this.resourcesCurrentlyBeingLoaded.set(currentResources);  
            }  
            if (!currentResources.add(encodedResource)) {  
                throw new BeanDefinitionStoreException(  
                        "Detected recursive loading of " + encodedResource + " - check your import definitions!");  
            }  
            //这里得到XML文件，并得到IO的InputSource准备进行读取。 
            try {  
                InputStream inputStream = encodedResource.getResource().getInputStream();  
                try {  
                    InputSource inputSource = new InputSource(inputStream);  
                    if (encodedResource.getEncoding() != null) {  
                        inputSource.setEncoding(encodedResource.getEncoding());  
                    }  
                    return doLoadBeanDefinitions(inputSource, encodedResource.getResource());  
                }  
                finally {  
                    inputStream.close();  
                }  
            }  
            catch (IOException ex) {  
                throw new BeanDefinitionStoreException(  
                        "IOException parsing XML document from " + encodedResource.getResource(), ex);  
            }  
            finally {  
                currentResources.remove(encodedResource);  
                if (currentResources.isEmpty()) {  
                    this.resourcesCurrentlyBeingLoaded.set(null);  
                }  
            }  
        }  
    //具体的读取过程可以在doLoadBeanDefinitions方法中找到： 
        //这是从特定的XML文件中实际载入BeanDefinition的地方 
        protected int doLoadBeanDefinitions(InputSource inputSource, Resource resource)  
                throws BeanDefinitionStoreException {  
            try {  
                int validationMode = getValidationModeForResource(resource);  
                //这里取得XML文件的Document对象，这个解析过程是由 documentLoader完成的，这个documentLoader是DefaultDocumentLoader,在定义documentLoader的地方创建 
                Document doc = this.documentLoader.loadDocument(  
                        inputSource, getEntityResolver(), this.errorHandler, validationMode, isNamespaceAware());  
                //这里启动的是对BeanDefinition解析的详细过程，这个解析会使用到Spring的Bean配置规则，是我们下面需要详细关注的地方。 
                return registerBeanDefinitions(doc, resource);  
            }  
            catch (BeanDefinitionStoreException ex) {  
                throw ex;  
            }  
            catch (SAXParseException ex) {  
                throw new XmlBeanDefinitionStoreException(resource.getDescription(),  
                        "Line " + ex.getLineNumber() + " in XML document from " + resource + " is invalid", ex);  
            }  
            catch (SAXException ex) {  
                throw new XmlBeanDefinitionStoreException(resource.getDescription(),  
                        "XML document from " + resource + " is invalid", ex);  
            }  
            catch (ParserConfigurationException ex) {  
                throw new BeanDefinitionStoreException(resource.getDescription(),  
                        "Parser configuration exception parsing XML from " + resource, ex);  
            }  
            catch (IOException ex) {  
                throw new BeanDefinitionStoreException(resource.getDescription(),  
                        "IOException parsing XML document from " + resource, ex);  
            }  
            catch (Throwable ex) {  
                throw new BeanDefinitionStoreException(resource.getDescription(),  
                        "Unexpected exception parsing XML document from " + resource, ex);  
            }  
        }

protected EntityResolver getEntityResolver() {  
            if (this.entityResolver == null) {  
                // Determine default EntityResolver to use. 
                ResourceLoader resourceLoader = getResourceLoader();  
                if (resourceLoader != null) {  
                    this.entityResolver = new ResourceEntityResolver(resourceLoader);  
                }  
                else {  
                    this.entityResolver = new DelegatingEntityResolver(getBeanClassLoader());  
                }  
            }  
            return this.entityResolver;  
        }

public DelegatingEntityResolver(ClassLoader classLoader) {  
            this.dtdResolver = new BeansDtdResolver();  
            this.schemaResolver = new PluggableSchemaResolver(classLoader);  
        }

public PluggableSchemaResolver(ClassLoader classLoader) {  
            this.classLoader = classLoader;  
            this.schemaMappingsLocation = DEFAULT_SCHEMA_MAPPINGS_LOCATION; // "META-INF/spring.schemas" 
        }

关于具体的Spring BeanDefinition的解析，是在BeanDefinitionParserDelegate中完成的。这个类里包含了各种Spring Bean定义规则的处理，感兴趣的同学可以仔细研究。  
        我们举一个例子来分析这个处理过程，比如我们最熟悉的对Bean元素的处理是怎样完成的，也就是我们在XML定义文件中出现的这个最常见的元素信息是怎样被处理的。在这里，我们会看到那些熟悉的BeanDefinition定义的处理，比如id、name、aliase等属性元素。把这些元素的值从XML文件相应的元素的属性中读取出来以后，会被设置到生成的BeanDefinitionHolder中去。这些属性的解析还是比较简单的。对于其他元素配置的解析，比如各种Bean的属性配置，通过一个较为复杂的解析过程，这个过程是由parseBeanDefinitionElement来完成的。解析完成以后，会把解析结果放到BeanDefinition对象中并设置到BeanDefinitionHolder中去。

[Spring IOC]: /images/20220525/14268756df57445e8c88ff94ec528b8a.png
[BeanDefinition]: /images/20220525/30c88b5a42c248fa93e4647f7a37a73b.png
[BeanDefinition 1]: /images/20220525/c20a6f6ac0734b0590a0ac344c5dba08.png