零基础带你看Spring源码——IOC控制反转

本章开始来学习下Spring的源码,看看Spring框架最核心、最常用的功能是怎么实现的。
网上介绍Spring,说源码的文章,大多数都是生搬硬推,都是直接看来的观点换个描述就放出来。这并不能说有问题,但没有从一个很好的、容易切入的角度去了解学习。博主来尝试抛弃一些所知,从使用上入手,步步回溯源码去了解学习。
很多人会混乱IOC和DI的两个概念,其实这两者是层面的不同。
具体的区别的区别:IOC是DI的原理。依赖注入是向某个类或方法注入一个值,其中所用到的原理就是控制反转。
所以说到操作层面的时候用DI,原理层的是说IOC,下文亦同。
对于DI最新使用方法,现在都是建议用Java注解去标识。但是相信笔者,不要用这种方式去看源码。笔者本来是想从Java注解入手去一步步看源码,debug看看发生什么了。但发现更多时间是在调SpringBoot和AOP的源码。在看了一天后,还是换一种思路吧,因为AOP是打算在下一章再讲的。
所以我用XML的方式,搭了一个最简单的Spring项目来学习其中IOC的源码。建议大家把代码拉下来,跟着笔者思路来一起看。
源码在此:https://github.com/Zack-Ku/spring-ioc-demo

搭建内容

maven的依赖,只添加了spring-context模板,用的是4.3.11版本(部分代码)
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<dependencies>
   <dependency>
       <groupId>org.springframework</groupId>
       <artifactId>spring-context</artifactId>
       <version>4.3.11.RELEASE</version>
   </dependency>
</dependencies>
作为Bean的Service(部分代码)
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public class TestBeanServiceImpl implements TestBeanService {
   public String getBean() {
       return “a test bean”;
   }
}
配置XML(部分代码)
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<bean id=”testBeanService” class=”com.zack.demo.TestBeanServiceImpl”/>
启动类。只是加载了下spring的xml配置,然后从context中拿出Bean,这就是完整IOC的过程了。(部分代码)
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public class Application {
   public static void main(String[] args) {
       // 加载xml配置
       ApplicationContext context =
           new ClassPathXmlApplicationContext(“classpath:application.xml”);

       // IOC获取Bean
       TestBeanService testBeanService = context.getBean(TestBeanService.class);

       System.out.println(testBeanService.getBean());
   }
}
最后启动就能获取这个bean,看到getMessage()打印的内容了。
这样就是一个比较纯粹的Spring-IOC的项目了。我们直接从启动类开始看起

Bean的含义

前置先解释下这个Bean的含义,因为会贯穿整个流程。
通俗地讲,Bean就是IOC的容器。如上面的例子,将TestBeanService注册到Spring里,那么TestBeanService就是Spring的里面的一个Bean。Demo里面context.getBean()就是从Spring中取出这个Bean,完成控制反转的。
所以我们的重点就是要看看Spring到底是怎么生成管理这些Bean的。

ClassPathXmlApplicationContext

启动类中,加载配置的ClassPathXmlApplicationContext肯定就是完成IOC的核心。不知道它到底是怎么做的,怎么入手呢?
先来看看它的类

先分析下这个类图,
  1. ClassPathXmlApplicationContext类是AbstractApplicationContext抽象类的子类
  2. AbstractApplicationContext类是ApplicaionContext接口的实现。
  3. ApplicaionContext接口集合了非常多的内容,其中和IOC比较相关的就是ListableBeanFactory接口和HierarchicalBeanFactory接口
  4. ListableBeanFactory接口和HierarchicalBeanFactory接口是继承BeanFactory
从此分析可以看出,ClassPathXmlApplicationContext是什么,了解下ApplicaionContext;它怎么和IOC有关,要了解BeanFactory
所以后面我们先来看看ApplicaionContextBeanFactory

ApplicationContext

从该接口的注解描述可知,ApplicationContext是整个项目的配置,Spring项目在启动或运行的时候都需要依赖到它。
其中Bean管理相关的则是ListableBeanFactoryHierarchicalBeanFactory

BeanFactory

ListableBeanFactoryHierarchicalBeanFactory都是继承BeanFactory的。
先看看BeanFactory的文件注解
从上图可知,BeanFactory就是获取Bean容器的地方。而且他可以提供单例的对象或者是独立的对象

从这段可以得知,HierarchicalBeanFactory是一个分层的Bean,如果实现了这个接口,所有方法都会经过父类的工厂。所以这个是个拓展的类,暂时先不看它。

接下来看看ListableBeanFactory注解说明
这个接口是要实现预先加载Bean的配置,生成好实例,直接管理Bean的实例,而不是来一个请求,生成一个。
好了,以上就是基本的概念和认知,现在带着这些概念,我们回头看看ClassPathXmlApplicationContext的执行流程,看看它到底怎么的生成管理Bean的。

初始化IOC容器

ClassPathXmlApplicationContext的构造函数看,最核心的就是refresh()函数,其他只是设一些值。
而这个refresh()是调用父类AbstractApplicationContext中的refresh()
根据它的注解可知它是加载刷新了整个context,并且加载所有Bean定义和创建对应的单例。
看下这个方法做了什么
里面有许多步骤,重点看下obtainFreshBeanFactory()(重新获取一个BeanFactory)。

它里面有个核心的方法refreshBeanFactory()
如果已有BeanFactory,先删除所有Bean,然后关闭BeanFactory。
然后创建一个新的ListableBeanFactory,上面说到这个工厂里会预先加载所有的Bean。
最后核心的就是loadBeanDefinitions(beanFactory),它是加载Bean的定义。实现交给了子类。
用的是XmlBeanDefinitionReader直接读配置文件加载Bean Definition(Bean定义)到BeanFactory。它里面一步步把xml的配置文件拆解读取,把一个个Bean Definition加载到BeanFactory里。

至此,已经有用一个加载好Bean Definition的BeanFactory了。
其他方法也是围绕BeanFactory后置处理和Context的配置准备。内容太多,想更深入了解的话建议顺着以上思路,找到对应代码阅读以下。

依赖注入

回到启动类中,看看怎么从context中获取bean的。
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context.getBean(TestBeanService.class)
是根据类去拿bean的,当然也可以根据id。
其对应的源码实现,在DefaultListableBeanFactory中,上文有说到对应的BeanFactory选型。
NamedBeanHolder是里面包含一个实例化的对象,和bean的名字。resolveNamedBean()是怎么拿出Bean的关键。
一步步Debug,可以看到,它是遍历BeanFactory里面维护的beanDefinitionNames和manualSingletonNames成员变量,找出命中的beanName返回。
然后拿着这个beanName去找具体的bean实例。这里的代码比较长,在AbstractBeanFactory里面的doGetBean()中实现。
大意是先尝试去找手动添加bean的单例工厂里找有没有对应的实例,没有的话就往父类beanFactory里面找,最后没有的话就生成一个。
spring中一个bean是如何加载和如何注入大致如此,更细节的内容,可以自己debug看看源码。

控制反转的优点

最后来以我个人观点谈谈控制反转的优点吧。
举个例子,我要装修房子,需要门、浴具、厨具、油漆、玻璃等材料。
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decorateHouse(Door,BathThing,CookThing,….)
但是我作为一个装修工人,我需要去制造门、制造浴具,合成玻璃油漆吗?
不需要,也不关心其建造的过程,对应的会有人去做这些东西。
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door = buildDoor();
glass = buildGlass();
所有材料放到建材商城里面,装修工人需要什么材料就去建材商城里面取。
对应Spring的IOC,门、玻璃等材料就是Bean,建材商城就是IOC容器,把材料放到建材商城就是Bean加载,去商城拿材料就是依赖注入的过程。
程序开发发展至今,一个简答的项目或许也要分几个模板,几个人去开发。划分好职责,设计好接口,面向接口编程。每个人只需要完成好自己那部分的工作,依赖调用就可以了。这样做同时有助于降低项目的耦合度,让项目有更好的延伸性。由此Spring的IOC就是基于以上的需求所诞生的。

总结

回顾下全文的内容
  1. ApplicationContext是Spring项目的核心配置,项目运行依赖于它,其中包含许多方面的内容。
  2. BeanFactory是Context包含的内容之一,它负责管理Bean的加载,生成,注入等内容。
  3. Spring控制反转为了降低项目耦合,提高延伸性。
本文讲Spring IOC还比较浅显,仅仅讲了如何加载的重点和注入的重点,关于生命周期,BeanFactory的处理由于篇幅问题并没有细讲。有兴趣的读者可以用Demo跑起来,一步步Debug看看。因为Demo基本是最小化的Spring IOC了,所以这个Debug不会太难,很容易就能看清楚整个流程做了什么。
Demo:https://github.com/Zack-Ku/spring-ioc-demo

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