Spring 容器的初始化过程 | 启动流程

梦里梦外; 2022-09-13 15:26 202阅读 0赞

### 目录 ###

*   *   *  高级容器的构造方法
         *  refresh() 刷新容器
         *   *  方法定义
             *  方法实现
             *  refresh()方法流程图
         *  refresh() 过程解析
         *   *  prepareRefresh() 准备上下文的刷新
             *  obtainFreshBeanFactory() 获取最新的内置低级容器
             *  prepareBeanFactory() 准备beanFactory
             *  finishBeanFactoryInitialization() 初始化所有剩余单例
             *  finishRefresh() 完成刷新的最后操作
         *  BeanFactoryPostProcessor、BeanPostProcessor的区别
         *  spring容器的扩展点
         *  spring容器的生命周期

使用的spring源码版本 5.2.15.RELEASE

AbstractApplicationContext 是高级容器的基本实现类，此处围绕 AbstractApplicationContext 的 refresh() 方法进行讲述。

### 高级容器的构造方法 ###

以常用的高级容器 ClassPathXmlApplicationContext 为例

public ClassPathXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, @Nullable ApplicationContext parent) throws BeansException { 
    	//设置父上下文
    	super(parent);
    	//设置配置文件位置
    	setConfigLocations(configLocations);
    	//加载或刷新配置，使配置文件生效
    	if (refresh) { 
    		refresh();
    	}
    }

核心是调用父类的 refresh() 方法

### refresh() 刷新容器 ###

#### 方法定义 ####

ConfigurableApplicationContext 接口定义的 refresh()

/** * Load or refresh the persistent representation of the configuration, which might be from Java-based configuration, * an XML file, a properties file, a relational database schema, or some other format. * * As this is a startup method, it should destroy already created singletons if it fails, to avoid dangling resources. * * In other words, after invocation of this method, either all or no singletons at all should be instantiated. */
    void refresh() throws BeansException, IllegalStateException;

refresh() 用于加载或刷新持久化配置，这些配置可以来自多种格式的配置文件、基于java代码的配置。

refresh() 是容器的启动方法，会重建应用上下文（ApplicationContext ），如果方法执行失败，会销毁所有已创建好的单例，即要么执行成功所有单例都已实例化，要么执行失败所有单例都没有实例化。

#### 方法实现 ####

AbstractApplicationContext 类实现的 refresh()

//操作容器的同步锁，在对容器进行refresh、destroy操作时使用
    private final Object startupShutdownMonitor = new Object();
    
    @Override
    public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException { 
    
    	//加锁，防止多线程同时对容器进行refresh、destroy操作
    	synchronized (this.startupShutdownMonitor) { 
    		StartupStep contextRefresh = this.applicationStartup.start("spring.context.refresh");
    
    		// 准备上下文的刷新
    		prepareRefresh();
    
    		// 获取最新的内置低级容器
    		ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
    
    		// 准备要使用的BeanFactory实例
    		prepareBeanFactory(beanFactory);
    
    		try { 
    			//预留的扩展点
    			//protected修饰的空方法，留给子类重写，可在容器创建、标准配置后做一些额外处理，比如注册一些特殊的BeanPostProcessor
    			postProcessBeanFactory(beanFactory);
    
    			//调用BeanFactory所有的后置处理器，用于修改beanFactory中的bean定义
    			StartupStep beanPostProcess = this.applicationStartup.start("spring.context.beans.post-process");
    			invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
    
    			//注册Bean的后置处理器
    			registerBeanPostProcessors(beanFactory);
    			beanPostProcess.end();
    
    			//初始化 MessageSource
    			initMessageSource();
    
    			//初始化应用事件广播器
    			initApplicationEventMulticaster();
    
    			//protected修饰的空方法，作为扩展点预留给子类重写，用于初始化子类定义的一些特殊bean
    			onRefresh();
    
    			//注册应用监听器
    			registerListeners();
    
    			//初始化所有剩余单例（懒加载的除外）
    			finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
    			
    			//完成刷新的最后操作
    			finishRefresh();
    		}
    
    		catch (BeansException ex) { 
    			if (logger.isWarnEnabled()) { 
    				logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
    						"cancelling refresh attempt: " + ex);
    			}
    
    			//销毁所有已创建单例
    			destroyBeans();
    
    			//将context的激活状态（active标识）重置为false
    			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();
    			contextRefresh.end();
    		}
    	}
    }

#### refresh()方法流程图 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAY2h5XzE4ODgzNzAxMTYx_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]

### refresh() 过程解析 ###

#### prepareRefresh() 准备上下文的刷新 ####

// 当前context开始启动的系统时间，ms
    private long startupDate;
    
    // 当前context是否处于激活状态
    private final AtomicBoolean active = new AtomicBoolean();
    
    //当前context是否已经关闭
    private final AtomicBoolean closed = new AtomicBoolean();
    
    
    //存储应用监听器
    private final Set<ApplicationListener<?>> applicationListeners = new LinkedHashSet<>();
    
    //预刷新阶段（pre-refresh）要使用的应用监听器
    private Set<ApplicationListener<?>> earlyApplicationListeners;
    
    //在多播创建好之前，用于存储待发布的应用事件
    private Set<ApplicationEvent> earlyApplicationEvents;
    
    
    protected void prepareRefresh() { 
    	// 记录开始时间，设置 context （容器）状态
    	this.startupDate = System.currentTimeMillis();
    	this.closed.set(false);
    	this.active.set(true);
    
    	if (logger.isDebugEnabled()) { 
    		if (logger.isTraceEnabled()) { 
    			logger.trace("Refreshing " + this);
    		}
    		else { 
    			logger.debug("Refreshing " + getDisplayName());
    		}
    	}
    
    	// 初始化属性源
    	// context environment中的property sources的值原本是占位符，这一步会把占位符替换为对应的实例
    	initPropertySources();
    
    	// 校验所需属性是否合法
    	// 上一步是设置属性源，这一步是从属性源中解析得到属性值，并校验属性值是否合法
    	getEnvironment().validateRequiredProperties();
    
    	//初始化存储监听器的2个成员变量
    	if (this.earlyApplicationListeners == null) { 
    		this.earlyApplicationListeners = new LinkedHashSet<>(this.applicationListeners);
    	}
    	else { 
    		// Reset local application listeners to pre-refresh state.
    		this.applicationListeners.clear();
    		this.applicationListeners.addAll(this.earlyApplicationListeners);
    	}
    
    	//初始化存储早期应用事件的成员变量
    	this.earlyApplicationEvents = new LinkedHashSet<>();
    }

主要是给刷新上下文做一些准备工作，包括

*  记录开始时间，设置 context|（容器）的状态、标识位
 *  初始化属性源，校验所需属性是否合法
 *  初始化存储应用监听器、存储早期应用事件的成员变量

#### obtainFreshBeanFactory() 获取最新的内置低级容器 ####

protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory() { 
    	//刷新内置的低级容器
    	refreshBeanFactory();
    	//返回刷新后的低级容器
    	return getBeanFactory();
    }

AbstractApplicationContext 只定义了 refreshBeanFactory() ，由子类提供实现，AbstractRefreshableApplicationContext 提供的实现如下

//内置的低级容器实例
    @Nullable
    private volatile DefaultListableBeanFactory beanFactory;
    
    @Override
    protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException { 
    	//如果内部已经有BeanFactory实例，则先销毁其中所有的bean、关闭beanFactory
    	if (hasBeanFactory()) { 
    		destroyBeans();
    		closeBeanFactory();
    	}
    	try { 
    		//重新构建BeanFactory
    		DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();
    		//设置beanFactory的序列化id
    		beanFactory.setSerializationId(getId());
    		//对beanFactory应用自定义配置，有2个配置项：是否允许BeanDefinition覆盖、是否允许循环依赖
    		customizeBeanFactory(beanFactory);
    		//加载、解析、注册所有的BeanDefinition
    		//这个类只提供了定义，由子类提供实现，包括xml、注解2种方式的实现
    		//bean的加载、注册、创建、管理这些容器基础功能都是由BeanFactory提供，自然是注册到beanFactory中
    		loadBeanDefinitions(beanFactory);
    		//赋给成员变量
    		this.beanFactory = beanFactory;
    	}
    	catch (IOException ex) { 
    		throw new ApplicationContextException("I/O error parsing bean definition source for " + getDisplayName(), ex);
    	}
    }

刷新低级容器这一步，完成了BeanDefinition的加载、解析、注册，十分重要，注意此时只是完成了BeanDefinition的注册，bean尚未初始化。

高级容器的基类是 ApplicationContext，ApplicationContext 继承自 BeanFactory，但实际上高级容器并未直接实现低级容器 BeanFactory 的功能，而是内置了一个低级容器实例来提供低级容器的功能，以成员变量的方式与低级容器进行交互，二者更接近组合，而非继承。

在 BeanFactory 的实现类中，DefaultListableBeanFactory 功能最为齐全，所以选择它作为低级容器的实现。DefaultListableBeanFactory 内置了一个map作为BeanDefinition注册表，存储所有bean的定义

//BeanDefinition的注册表，存储所有的BeanDefinition，key是beanName
    private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(256);

#### prepareBeanFactory() 准备beanFactory ####

主要是对上一步创建的beanFactory实例进行标准化配置，配置 beanFactory的标准上下文特征

/** * Configure the factory's standard context characteristics, * such as the context's ClassLoader and post-processors. */
    protected void prepareBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) { 
    	// Tell the internal bean factory to use the context's class loader etc.
    	beanFactory.setBeanClassLoader(getClassLoader());
    	if (!shouldIgnoreSpel) { 
    		beanFactory.setBeanExpressionResolver(new StandardBeanExpressionResolver(beanFactory.getBeanClassLoader()));
    	}
    	beanFactory.addPropertyEditorRegistrar(new ResourceEditorRegistrar(this, getEnvironment()));
    
    	// Configure the bean factory with context callbacks.
    	beanFactory.addBeanPostProcessor(new ApplicationContextAwareProcessor(this));
    	beanFactory.ignoreDependencyInterface(EnvironmentAware.class);
    	beanFactory.ignoreDependencyInterface(EmbeddedValueResolverAware.class);
    	beanFactory.ignoreDependencyInterface(ResourceLoaderAware.class);
    	beanFactory.ignoreDependencyInterface(ApplicationEventPublisherAware.class);
    	beanFactory.ignoreDependencyInterface(MessageSourceAware.class);
    	beanFactory.ignoreDependencyInterface(ApplicationContextAware.class);
    	beanFactory.ignoreDependencyInterface(ApplicationStartupAware.class);
    
    	// BeanFactory interface not registered as resolvable type in a plain factory.
    	// MessageSource registered (and found for autowiring) as a bean.
    	beanFactory.registerResolvableDependency(BeanFactory.class, beanFactory);
    	beanFactory.registerResolvableDependency(ResourceLoader.class, this);
    	beanFactory.registerResolvableDependency(ApplicationEventPublisher.class, this);
    	beanFactory.registerResolvableDependency(ApplicationContext.class, this);
    
    	// Register early post-processor for detecting inner beans as ApplicationListeners.
    	beanFactory.addBeanPostProcessor(new ApplicationListenerDetector(this));
    
    	// Detect a LoadTimeWeaver and prepare for weaving, if found.
    	if (!NativeDetector.inNativeImage() && beanFactory.containsBean(LOAD_TIME_WEAVER_BEAN_NAME)) { 
    		beanFactory.addBeanPostProcessor(new LoadTimeWeaverAwareProcessor(beanFactory));
    		// Set a temporary ClassLoader for type matching.
    		beanFactory.setTempClassLoader(new ContextTypeMatchClassLoader(beanFactory.getBeanClassLoader()));
    	}
    
    	// Register default environment beans.
    	if (!beanFactory.containsLocalBean(ENVIRONMENT_BEAN_NAME)) { 
    		beanFactory.registerSingleton(ENVIRONMENT_BEAN_NAME, getEnvironment());
    	}
    	if (!beanFactory.containsLocalBean(SYSTEM_PROPERTIES_BEAN_NAME)) { 
    		beanFactory.registerSingleton(SYSTEM_PROPERTIES_BEAN_NAME, getEnvironment().getSystemProperties());
    	}
    	if (!beanFactory.containsLocalBean(SYSTEM_ENVIRONMENT_BEAN_NAME)) { 
    		beanFactory.registerSingleton(SYSTEM_ENVIRONMENT_BEAN_NAME, getEnvironment().getSystemEnvironment());
    	}
    	if (!beanFactory.containsLocalBean(APPLICATION_STARTUP_BEAN_NAME)) { 
    		beanFactory.registerSingleton(APPLICATION_STARTUP_BEAN_NAME, getApplicationStartup());
    	}
    }

#### finishBeanFactoryInitialization() 初始化所有剩余单例 ####

实际是调用 DefaultListableBeanFactory 的 preInstantiateSingletons() 方法

@Override
    public void preInstantiateSingletons() throws BeansException { 
    	if (logger.isTraceEnabled()) { 
    		logger.trace("Pre-instantiating singletons in " + this);
    	}
    
    	List<String> beanNames = new ArrayList<>(this.beanDefinitionNames);
    
    	//遍历所有的 BeanDefinition
    	for (String beanName : beanNames) { 
    		RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
    		//如果bean不是抽象的、是单例、不是懒加载的，则进行实例化
    		if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton() && !bd.isLazyInit()) { 
    			//不管是FactoryBean方式创建的单例，还是普通的单例，都是通过getBean()方法获取的实例
    			if (isFactoryBean(beanName)) { 
    				Object bean = getBean(FACTORY_BEAN_PREFIX + beanName);
    				if (bean instanceof FactoryBean) { 
    					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) { 
    						//获取实例
    						getBean(beanName);
    					}
    				}
    			}
    			else { 
    				//获取实例
    				getBean(beanName);
    			}
    		}
    	}
    
    	// Trigger post-initialization callback for all applicable beans...
    	for (String beanName : beanNames) { 
    		Object singletonInstance = getSingleton(beanName);
    		if (singletonInstance instanceof SmartInitializingSingleton) { 
    			StartupStep smartInitialize = this.getApplicationStartup().start("spring.beans.smart-initialize")
    					.tag("beanName", beanName);
    			SmartInitializingSingleton smartSingleton = (SmartInitializingSingleton) singletonInstance;
    			if (System.getSecurityManager() != null) { 
    				AccessController.doPrivileged((PrivilegedAction<Object>) () -> { 
    					smartSingleton.afterSingletonsInstantiated();
    					return null;
    				}, getAccessControlContext());
    			}
    			else { 
    				smartSingleton.afterSingletonsInstantiated();
    			}
    			smartInitialize.end();
    		}
    	}
    }

实质是通过 beanFactory的getBean() 创建所有剩余单例（懒加载的除外）的实例，FactoryBean方式的单例也会在这一步创建。

#### finishRefresh() 完成刷新的最后操作 ####

protected void finishRefresh() { 
    		//清除缓存的类加载器加载的资源
    		clearResourceCaches();
    
    		//创建生命周期管理器 LifecycleProcessor 实例，放到容器中
    		//如果beanFactory中有对应的bean定义，则执行 this.xxx = beanFactory.getBean(); getBean()创建实例放到容器中，并赋给高级容器对应的成员变量
    		//否则直接new一个实例，beanFactory.registerSingleton() 注册到容器中
    		initLifecycleProcessor();
    
    		//给容器中的所有单例添加生命周期管理
    		getLifecycleProcessor().onRefresh();
    
    		//广播上下文已刷新事件 ContextRefreshedEvent
    		publishEvent(new ContextRefreshedEvent(this));
    
    		//注册应用上下文
    		LiveBeansView.registerApplicationContext(this);
    	}

### BeanFactoryPostProcessor、BeanPostProcessor的区别 ###

都是后置处理器（PostProcessor），用于后续的加工处理，区别如下

*  加工对象不同：BeanFactoryPostProcessor用于对BeanFactory实例进行加工处理，BeanPostProcessor用于对Bean实例进行加工处理
 *  作用时机不同：BeanFactoryPostProcessor作用于spring容器加载bean定义之后、bean实例化之前，BeanPostProcessor作用于bean的初始化阶段。

### spring容器的扩展点 ###

spring容器（AbstractApplicationContext）给子类预留了2个扩展点，都是protected修饰的空方法，留给子类重写

*  postProcessBeanFactory() ：可在容器创建、标准配置后做一些额外处理，比如注册一些特殊的BeanPostProcessor
 *  onRefresh()：在创建bean实例阶段调用，用于初始化一些特殊的bean

### spring容器的生命周期 ###

高级容器集成了 Lifecycle 生命周期管理，本身也会作为bean放到容器中，会处于生命周期管理器的管理下。

spring容器的生命周期与上下文的4个事件息息相关。

1、应用启动时调用高级容器的 refresh() 方法创建、刷新容器

*  在 refresh() 的 finishRefresh() 阶段会创建生命周期管理器，调用容器的start()方法开启容器，添加生命周期管理，发布上下文开始事件 ContextStartedEvent
 *  在refresh() 刷新上下文完成后，会发布上下文已刷新事件 ContextRefreshedEvent

2、容器刷新完成后一直处于运行（running）阶段，或者说上下文一直处于激活（active）阶段

3、终止jvm或调用高级容器的close()方法时，容器关闭

*  关闭容器时会调用容器的stop()方法，终止生命周期管理，发布上下文已停止事件 ContextStoppedEvent
 *  容器关闭完成后会发布上下文已关闭事件 ContextClosedEvent

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