IOC底层实现原理介绍，手动实现IOC容器

比眉伴天荒 2023-10-10 15:59 113阅读 0赞

面试官特别爱问SpringIOC底层实现，Spring源码晦涩难懂怎么办呢? 跟着老师手动实现一个mini ioc容器吧，实现后再回头看Spring源码事半功倍哦，就算直接和面试官讲也完全可以哦，类名完全按照源码设计，话不多说开干~!

手动实现IOC容器的设计

需要实现的IOC功能：

·可以通过xml配置bean信息

·可以通过容器getBean获取对象

·能够根据Bean的依赖属性实现依赖注入

·可以配置Bean的单例多例

实现简易IOC设计的类
































类/接口

说明

BeanFactory

IOC容器的基础接口，提供IOC容器的基本功能

DefaultListableBeanFactory

IOC容器的核心实现类，提供多个map集合用来存储bean的定义对象，提供getBean方法的核心实现

XmlBeanFactory

IOC容器的实现类，基于xml构建bean信息

XmlBeanDefinitionReader

用于解析xml信息，并提供解析Document文档的方法，并将解析到的BeanDefinition对象注册到核心容器中

BeanDefinition

封装Bean的定义对象，如: bean的id class,scope ..等等

Property

封装Bean所关联依赖的属性

类之间关系模型

1fc3dfe10c51dd2c88238e27075c8072.jpeg

前期准备

创建maven项目引入依赖

  1. <dependencies><!-- 解析xml --><dependency><groupId>dom4j</groupId><artifactId>dom4j</artifactId><version>1.1</version></dependency><!-- BeanUtils    --><dependency><groupId>commons-beanutils</groupId><artifactId>commons-beanutils</artifactId><version>1.9.3</version></dependency></dependencies>

准备3个bean的实体类

  1. /**
  2.  * 学生类  
  3.  * 学生类依赖班级对象
  4.  * 并提供 sayHello() 方法
  5.  * @作者 itcast
  6.  * @创建日期 2020/3/7 19:46
  7.  **/publicclassStudent{privateString name;privateTClass tClass;publicvoidsayHello(){System.out.println("大家好,我是"+this.name+" 我的班级是==>"+tClass.getCname()+" 我的老师是"+tClass.getTeacher().getTname());}publicStringgetName(){return name;}publicvoidsetName(String name){this.name = name;}publicTClassgettClass(){return tClass;}publicvoidsettClass(TClass tClass){this.tClass = tClass;}}
  9. /**
  10.  * 班级类
  11.  * 班级类依赖教师对象
  12.  * @作者 itcast
  13.  * @创建日期 2020/3/7 19:45
  14.  **/publicclassTClass{privateString cname;// 班级名称privateTeacher teacher;// 老师publicStringgetCname(){return cname;}publicvoidsetCname(String cname){this.cname = cname;}public com.itcast.ioc.bean.TeachergetTeacher(){return teacher;}publicvoidsetTeacher(com.itcast.ioc.bean.Teacher teacher){this.teacher = teacher;}}
  16. /**
  17.  * 教师类
  18.  * @作者 itcast
  19.  * @创建日期 2020/3/7 19:44
  20.  **/publicclassTeacher{privateString tname;// 老师名称publicStringgetTname(){return tname;}publicvoidsetTname(String tname){this.tname = tname;}}

xml配置对象

配置学生对象: 小明

依赖班级对象: 3年2班

依赖教师对象: 陈老师

  1. <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><beans><!-- 配置IOC容器要管理的对象   bean作用域: 单例  原型 --><bean id="student"class="com.itcast.ioc.bean.Student" scope="singleton" lazy-init="true"><!-- 依赖注入:   属性注入    构造器注入   注解注入--><property name="name" value="小明"></property><property name="tClass" ref="tclass"></property></bean><bean id="tclass"class="com.itcast.ioc.bean.TClass"><property name="cname" value="3年2班"></property><property name="teacher" ref="teacher"></property></bean><bean id="teacher"class="com.itcast.ioc.bean.Teacher"><property name="tname" value="陈老师"></property></bean></beans>

mini-IOC容器-定义类

定义BeanFactory

  1. /**
  2.  * 容器的基础接口
  3.  * 提供容器最基本的功能
  4.  */publicinterfaceBeanFactory{// 核心方法 获取对象ObjectgetBean(String beanName);}

定义DefaultListableBeanFactory

  1. packagecom.itcast.ioc.core;importjava.util.Map;importjava.util.concurrent.ConcurrentHashMap;/**
  2.  * 基础容器的核心实现
  3.  * 提供 beanDefinitionMap 存储bean的定义
  4.  * 提供 singletonObjects 存储bean的对象实例
  5.  * @作者 itcast
  6.  * @创建日期 2020/7/8 15:37
  7.  **/publicclassDefaultListableBeanFactoryimplementsBeanFactory{// 提供 beanDefinitionMap 存储bean的定义privateMap<String,BeanDefinition> beanDefinitionMap =newConcurrentHashMap<>();// 提供 singletonObjects 存储bean的对象实例 (scope为singleton的)privateMap<String,Object> singletonObjects =newConcurrentHashMap<>();/**
  8.      * 实现getBean方法
  9.      * @parambeanName
  10.      * @return
  11.      */@OverridepublicObjectgetBean(String beanName){returnnull;}/**
  12.      * 将bean注册到容器中
  13.      * @parambeanDefinition
  14.      */publicvoidregisterBeanDefinition(BeanDefinition beanDefinition){
  15.         beanDefinitionMap.put(beanDefinition.getBeanName(),beanDefinition);}}

定义BeanDefnition

  1. /**
  2.  * 用于描述Bean的定义
  3.  * @作者 itcast
  4.  * @创建日期 2020/7/8 15:41
  5.  **/publicclassBeanDefinition{privateString beanName;// bean标签的ID 作为bean的唯一标识privateString className;// bean的所属classprivateString scope ="singleton";// bean的scope作用域privateList<Property> propertyList =newArrayList<>();publicStringgetBeanName(){return beanName;}publicvoidsetBeanName(String beanName){this.beanName = beanName;}publicStringgetClassName(){return className;}publicvoidsetClassName(String className){this.className = className;}publicStringgetScope(){return scope;}publicvoidsetScope(String scope){this.scope = scope;}publicList<Property>getPropertyList(){return propertyList;}publicvoidsetPropertyList(List<Property> propertyList){this.propertyList = propertyList;}}

定义Property

  1. /**
  2.  * 用于封装一个property标签
  3.  * 属性数据
  4.  * @作者 itcast
  5.  * @创建日期 2020/7/8 15:44
  6.  **/publicclassProperty{privateString name;// 属性名称privateString value;// 属性的值privateString ref;// 属性的引用publicStringgetName(){return name;}publicvoidsetName(String name){this.name = name;}publicStringgetValue(){return value;}publicvoidsetValue(String value){this.value = value;}publicStringgetRef(){return ref;}publicvoidsetRef(String ref){this.ref = ref;}}

定义XmlBeanFactory

  1. /**
  2.  * 继承核心实现类
  3.  * 基于xml配置bean的实现类
  4.  * @作者 itcast
  5.  * @创建日期 2020/7/8 15:47
  6.  **/publicclassXmlBeanFactoryextendsDefaultListableBeanFactory{/**
  7.      * 将解析配置文件 注册bean的所有工作交给reader对象
  8.      */finalXmlBeanDefinitionReader xmlBeanDefinitionReader =newXmlBeanDefinitionReader(this);/**
  9.      * 构造器需要传入xml配置文件
  10.      * @paramconfigPath
  11.      */publicXmlBeanFactory(String configPath){// 使用reader对象 解析配置  注册Beanthis.xmlBeanDefinitionReader.loadBeanDefinitions(configPath);}}

定义XmlBeanDefinitionReader

  1. /**
  2.  * 解析配置
  3.  * 注册到容器中
  4.  * @作者 itcast
  5.  * @创建日期 2020/7/8 15:51
  6.  **/publicclassXmlBeanDefinitionReader{// 核心beanfactory对象 用于将解析后的bean注册到beanfactory中finalDefaultListableBeanFactory beanFactory;publicXmlBeanDefinitionReader(DefaultListableBeanFactory beanFactory){this.beanFactory = beanFactory;}/**
  7.      * 根据传递的配置文件
  8.      * 解析配置
  9.      * 注册bean
  10.      * @paramconfigPath
  11.      */voidloadBeanDefinitions(String configPath){}}

mini-IOC容器—解析注册

实现步骤

  1. 通过dom4j解析xml得到Document文档

  2. 遍历文档所有Bean标签

  3. 解析每一个Bean标签 封装一个BeanDefinition对象

  4. 解析每一个Bean标签下的所有Property标签 封装一个Property对象

  5. 将BeanDefinition和Property对象注册到容器

实现xml解析及bean注册

  1. /**
  2.  * 解析配置
  3.  * 注册到容器中
  4.  * @作者 itcast
  5.  * @创建日期 2020/7/8 15:51
  6.  **/publicclassXmlBeanDefinitionReader{// 核心beanfactory对象 用于将解析后的bean注册到beanfactory中finalDefaultListableBeanFactory beanFactory;publicXmlBeanDefinitionReader(DefaultListableBeanFactory beanFactory){this.beanFactory = beanFactory;}/**
  7.      * 根据传递的配置文件
  8.      * 解析配置
  9.      * 注册bean
  10.      * @paramconfigPath
  11.      */voidloadBeanDefinitions(String configPath){// 1. 通过dom4j解析xml得到Document文档Document document =doLoadDocument(configPath);// 2. 遍历文档所有Bean标签Element rootElement = document.getRootElement();List<Element> list = rootElement.selectNodes("//bean");for(Element element : list){// 3. 解析每一个Bean标签 封装一个BeanDefinition对象BeanDefinition beanDefinition =parseBeanDefinition(element);// 5. 将BeanDefinition和Property对象注册到容器
  12.             beanFactory.registerBeanDefinition(beanDefinition);}}/**
  13.      * 3. 解析每一个Bean标签 封装一个BeanDefinition对象
  14.      * 4. 解析每一个Bean标签下的所有Property标签 封装一个Property对象
  15.      */BeanDefinitionparseBeanDefinition(Element element){BeanDefinition beanDefinition =newBeanDefinition();String beanName = element.attributeValue("id");String className = element.attributeValue("class");String scope = element.attributeValue("scope");
  16.         beanDefinition.setBeanName(beanName);
  17.         beanDefinition.setClassName(className);if(scope!=null&&!"".equals(scope)){
  18.             beanDefinition.setScope(scope);}List<Element> propertyList = element.elements("property");for(Element propertyEle : propertyList){Property property =newProperty();
  19.             property.setName(propertyEle.attributeValue("name"));
  20.             property.setValue(propertyEle.attributeValue("value"));
  21.             property.setRef(propertyEle.attributeValue("ref"));
  22.             beanDefinition.getPropertyList().add(property);}return beanDefinition;}/**
  23.      * 解析Document文档
  24.      * @paramconfigPath
  25.      * @return
  26.      */DocumentdoLoadDocument(String configPath){InputStream inputStream =this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(configPath);SAXReader saxReader =newSAXReader();try{return saxReader.read(inputStream);}catch(DocumentException e){
  27.             e.printStackTrace();System.out.println("解析xml出现异常==>"+e.getMessage());thrownewRuntimeException(e.getMessage());}}}

准备测试类

  1. /**
  2.  * 测试类
  3.  * @作者 itcast
  4.  * @创建日期 2020/7/8 16:19
  5.  **/publicclassIocTest{publicstaticvoidmain(String[] args){// 创建IOC容器BeanFactory beanFactory =newXmlBeanFactory("applicationContext.xml");// 通过容器获取对象Student student =(Student)beanFactory.getBean("student");// 调用对象sayHello方法
  6.         student.sayHello();}}

断点查看注册情况

可以看到我们配置的xml内容 已经解析成了BeanDefinition对象，注册到了核心容器的map中

5789319782b3f57e2f48a75d5a18b8ab.jpeg

mini-IOC容器-getBean

实现步骤

  1. 先从单例的map集合中获取 是否有指定beanName的对象

·有直接返回

·没有下一步

  1. 从注册集合中获取bean的定义对象

·有下一步

·没有抛异常NoSuchBeanDefinition

  1. 判断bean的scope作用域

singleton单例

· createBean对象

·存入单例集合

·返回对象

prototype多例

·createBean对象

·返回对象

  1. createBean方法

获取BeanDefinition中的className

通过反射API得到Class对象

通过反射API得到bean实例

获取BeanDefinition中依赖的属性列表

实现属性的依赖注入

实现getBean及createBean方法

  1. /**
  2.  * 基础容器的核心实现
  3.  * 提供 beanDefinitionMap 存储bean的定义
  4.  * 提供 singletonObjects 存储bean的对象实例
  5.  * @作者 itcast
  6.  * @创建日期 2020/7/8 15:37
  7.  **/publicclassDefaultListableBeanFactoryimplementsBeanFactory{// 提供 beanDefinitionMap 存储bean的定义privateMap<String,BeanDefinition> beanDefinitionMap =newConcurrentHashMap<>();// 提供 singletonObjects 存储bean的对象实例 (scope为singleton的)privateMap<String,Object> singletonObjects =newConcurrentHashMap<>();/**
  8.      * 实现getBean方法
  9.      * @parambeanName
  10.      * @return
  11.      */@OverridepublicObjectgetBean(String beanName){//        1. 先从单例的map集合中获取 是否有指定beanName的对象Object singletonObj = singletonObjects.get(beanName);//                有直接返回if(singletonObj!=null){return singletonObj;}//                没有下一步//        2. 从注册集合中获取bean的定义对象BeanDefinition beanDefinition = beanDefinitionMap.get(beanName);//                有下一步//        没有抛异常NoSuchBeanDefinitionif(beanDefinition==null){thrownewRuntimeException("NoSuchBeanDefinition : 你找的 "+beanName+" 对象 不存在");}//        3. 判断bean的scope作用域String scope = beanDefinition.getScope();//                singleton单例if("singleton".equals(scope)){//        createBean对象Object obj =createBean(beanDefinition);//        存入单例集合
  12.             singletonObjects.put(beanName,obj);//        返回对象return obj;}else{//        prototype多例//        createBean对象returncreateBean(beanDefinition);//        返回对象}}/**
  13.      * //4. createBean方法
  14.      * //获取BeanDefinition中的className
  15.      * //通过反射API得到Class对象
  16.      * //通过反射API得到bean实例
  17.      * //获取BeanDefinition中依赖的属性列表
  18.      * //实现属性的依赖注入
  19.      * 创建对象
  20.      * @parambeanDefinition
  21.      * @return
  22.      */ObjectcreateBean(BeanDefinition beanDefinition){String className = beanDefinition.getClassName();Class<?> aClass;try{
  23.             aClass =Class.forName(className);}catch(ClassNotFoundException e){
  24.             e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("类未找到"+e.getMessage());}// 创建对象:Object obj;try{
  25.             obj = aClass.newInstance();}catch(InstantiationException e){
  26.             e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("创建对象失败"+e.getMessage());}catch(IllegalAccessException e){
  27.             e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("非法访问"+e.getMessage());}// 依赖注入List<Property> propertyList = beanDefinition.getPropertyList();for(Property property : propertyList){String name = property.getName();String value = property.getValue();String ref = property.getRef();// 属性名不为空 进行注入if(name!=null&&!"".equals(name)){// 如果配置的是value值 直接注入if(value!=null&&!"".equals(value)){Map<String,String> params =newHashMap<>();
  28.                     params.put(name,value);try{BeanUtils.populate(obj,params);}catch(IllegalAccessException e){
  29.                         e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("非法访问"+e.getMessage());}catch(InvocationTargetException e){
  30.                         e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("调用目标对象失败"+e.getMessage());}}// 如果配置的是ref需要获取其它对象注入if(ref!=null&&!"".equals(ref)){try{BeanUtils.setProperty(obj,name,getBean(ref));}catch(IllegalAccessException e){
  31.                         e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("非法访问"+e.getMessage());}catch(InvocationTargetException e){
  32.                         e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("调用目标对象失败"+e.getMessage());}}}}return obj;}/**
  33.      * 将bean注册到容器中
  34.      * @parambeanDefinition
  35.      */publicvoidregisterBeanDefinition(BeanDefinition beanDefinition){
  36.         beanDefinitionMap.put(beanDefinition.getBeanName(),beanDefinition);}}

mini-IOC容器-单例对象初始化

DefaultListableBeanFactory增加初始化方法

  1. publicvoidpreInstaniceSingletons(){
  2.         beanDefinitionMap.forEach((beanName,beanDefinition)->{String scope = beanDefinition.getScope();// 判断单例  非抽象   不懒加载if("singleton".equals(scope)){this.getBean(beanName);}});}

XmlBeanFactory增加单例对象初始化

  1. publicXmlBeanFactory(String configPath){// 使用reader对象 解析配置  注册Beanthis.xmlBeanDefinitionReader.loadBeanDefinitions(configPath);// 初始化单例对象this.preInstaniceSingletons();}

mini-IOC容器-测试和小结

测试对象能否获取

b6b381c531b7da8960fcbeb66b32f2e7.jpeg

查看bean的注册及单例集合信息

可以通过变更scope的值查看对应的变化

c0a18a62ac0f3d3d6c24781f6c2a59c6.jpeg

IOC容器源码及其它面试细节

扩展: 容器如何创建对象

IOC容器在准备创建对象时， 会判断是否有配置 factory-method方法

如果有配置 会调用factory-method所指向的方法构建对象.

如果没配置，会检查是否有配置构造参数

无构造参数: 调用默认构造器创建对象

有构造参数: 根据参数情况匹配对应的构造器

扩展: bean的生命周期

spring 容器中的bean的完整生命周期一共分为十一步完成。

1.bean对象的实例化

2.封装属性，也就是设置properties中的属性值

3.如果bean实现了BeanNameAware，则执行setBeanName方法,也就是bean中的id值

4.如果实现BeanFactoryAware或者ApplicationContextAware ，需要设置setBeanFactory或者上下文对象setApplicationContext

5.如果存在类实现BeanPostProcessor后处理bean，执行postProcessBeforeInitialization，可以在初始化之前执行一些方法

6.如果bean实现了InitializingBean，则执行afterPropertiesSet，执行属性设置之后的操作

7.调用执行指定的初始化方法

8.如果存在类实现BeanPostProcessor则执行postProcessAfterInitialization，执行初始化之后的操作

9.执行自身的业务方法

10.如果bean实现了DisposableBean，则执行spring的的销毁方法

11.调用执行自定义的销毁方法。

扩展: bean的循环依赖问题

A 依赖 B B 依赖 A 产生闭环，称为循环依赖

·Spring 默认允许单例对象的属性注入 所产生的循环依赖

单例对象的循环依赖 Spring通过3级缓存来解决

比如一个类A中有一个属性是B类，B类中有一个属性是A类，这时看Spring是怎么解决他们的相互依赖的。Spring注入一个类的大体步骤分为两部分，一是先完成对类的构造工作，二是会对类的属性进行设置和填充。首先Spring构造A类，通过AbstractAutowireCapableBeanFactory的doCreateBean方法中调用addSingletonFactory方法将A类曝光到singletonFactories中。这时完成A的构造后，需要填充B属性，继续第二步，发现B还没有构造，于是开始B流程的构造过程，构造的时候发现需要填充A，从第三层缓存singletonFactories中找到A(此时的A还没有完全构造完成，但是可以拿到A的一个引用)，B拿到A的引用后，完成B自己的填充属性工作，完成初始化工作，把自己放到第一层缓存singletonObjects中。这时回到A的这边，在拿到B对象后，完成自己的填充属性工作。
























源码

级别

描述

singletonObjects

一级缓存

用于存放完全初始化好的 bean，从该缓存中取出的 bean 可以直接使用

earlySingletonObjects

二级缓存

存放原始的 bean 对象（尚未填充属性），用于解决循环依赖

singletonFactories

三级缓存

存放 bean 工厂对象，用于解决循环依赖

·如果是构造器依赖属性 会报循环依赖异常

·如果对象都是多例对象 会报循环依赖异常

·如果设置allowCircularReferences为false 会报循环依赖异常

  1. protectedvoidcustomizeBeanFactory(DefaultListableBeanFactory beanFactory){if(this.allowBeanDefinitionOverriding !=null){
  2.       beanFactory.setAllowBeanDefinitionOverriding(this.allowBeanDefinitionOverriding);}if(this.allowCircularReferences !=null){
  3.       beanFactory.setAllowCircularReferences(this.allowCircularReferences);}}

扩展: bean的覆盖问题

默认情况:

同一个配置文件中出现id相同的bean会报错，不同的配置文件出现id相同的bean后加，载的bean会将先加载的bean覆盖掉称为bean的覆盖，bean的覆盖不会报错，但可能影响我们的项目，可以通过属性设置不允许bean的覆盖，allowBeanDefinitionOverriding设置为false。

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