Java開發大型互聯網-深入理解Spring IOC容器的神秘之旅

引言

Spring是一個開放源代碼的設計層面框架，他解決的是業務邏輯層和其他各層的松耦合問題，因此它將面向介面的編程思想貫穿整個系統應用。Spring是於2003 年興起的一個輕量級的Java 開發框架，由Rod Johnson創建。簡單來說，Spring是一個分層的JavaSE/EEfull-stack(一站式)輕量級開源框架。

IOC就是控制反轉（Inversion of Control，英文縮寫為IoC）是框架的重要特徵，並非面向對象編程的專用術語。它包括依賴注入（Dependency Injection，簡稱DI）和依賴查找（Dependency Lookup）。

Spring IoC容器

可以把Spring IoC容器比作一間餐館，當你來到餐館，通常會直接招呼服務員：點菜！至於菜的原料是什麼？如何用原料把菜做出來？可能你根本就不關心。IoC容器也是一樣，你只需要告訴它需要某個bean，它就把對應的實例（instance）扔給你，至於這個bean是否依賴其他組件，怎樣完成它的初始化，根本就不需要你關心。

作為餐館，想要做出菜肴，得知道菜的原料和菜譜，同樣地，IoC容器想要管理各個業務對象以及它們之間的依賴關係，需要通過某種途徑來記錄和管理這些信息。

BeanDefinition

對象就承擔了這個責任：容器中的每一個bean都會有一個對應的BeanDefinition實例，該實例負責保存bean對象的所有必要信息，包括bean對象的class類型、是否是抽象類、構造方法和參數、其它屬性等等。當客戶端向容器請求相應對象時，容器就會通過這些信息為客戶端返回一個完整可用的bean實例。

原材料已經準備好（把BeanDefinition看著原料），開始做菜吧，等等，你還需要一份菜譜，

BeanDefinitionRegistry

和

BeanFactory

就是這份菜譜，BeanDefinitionRegistry抽象出bean的註冊邏輯，而BeanFactory則抽象出了bean的管理邏輯，而各個BeanFactory的實現類就具體承擔了bean的註冊以及管理工作。它們之間的關係就如下圖：

BeanFactory、BeanDefinitionRegistry關係圖

DefaultListableBeanFactory

作為一個比較通用的BeanFactory實現，它同時也實現了BeanDefinitionRegistry介面，因此它就承擔了Bean的註冊管理工作。從圖中也可以看出，BeanFactory介面中主要包含getBean、containBean、getType、getAliases等管理bean的方法，而BeanDefinitionRegistry介面則包含registerBeanDefinition、removeBeanDefinition、getBeanDefinition等註冊管理BeanDefinition的方法。

下面通過一段簡單的代碼來模擬BeanFactory底層是如何工作的：

// 默認容器實現

DefaultListableBeanFactory beanRegistry = new DefaultListableBeanFactory();

// 根據業務對象構造相應的BeanDefinition

AbstractBeanDefinition definition = new RootBeanDefinition(Business.class,true);

// 將bean定義註冊到容器中

beanRegistry.registerBeanDefinition("beanName",definition);

// 如果有多個bean，還可以指定各個bean之間的依賴關係

// ........

// 然後可以從容器中獲取這個bean的實例

// 注意：這裡的beanRegistry其實實現了BeanFactory介面，所以可以強轉，

// 單純的BeanDefinitionRegistry是無法強制轉換到BeanFactory類型的

BeanFactory container = (BeanFactory)beanRegistry;

Business business = (Business)container.getBean("beanName");

這段代碼僅為了說明BeanFactory底層的大致工作流程，實際情況會更加複雜，比如bean之間的依賴關係可能定義在外部配置文件(XML/Properties)中、也可能是註解方式。Spring IoC容器的整個工作流程大致可以分為兩個階段：

①、容器啟動階段

容器啟動時，會通過某種途徑載入

Configuration MetaData

。除了代碼方式比較直接外，在大部分情況下，容器需要依賴某些工具類，比如：

BeanDefinitionReader

，BeanDefinitionReader會對載入的

Configuration MetaData

進行解析和分析，並將分析后的信息組裝為相應的BeanDefinition，最後把這些保存了bean定義的BeanDefinition，註冊到相應的BeanDefinitionRegistry，這樣容器的啟動工作就完成了。這個階段主要完成一些準備性工作，更側重於bean對象管理信息的收集，當然一些驗證性或者輔助性的工作也在這一階段完成。

來看一個簡單的例子吧，過往，所有的bean都定義在XML配置文件中，下面的代碼將模擬BeanFactory如何從配置文件中載入bean的定義以及依賴關係：

// 通常為BeanDefinitionRegistry的實現類，這裡以DeFaultListabeBeanFactory為例

BeanDefinitionRegistry beanRegistry = new DefaultListableBeanFactory();

// XmlBeanDefinitionReader實現了BeanDefinitionReader介面，用於解析XML文件

XmlBeanDefinitionReader beanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReaderImpl(beanRegistry);

// 載入配置文件

beanDefinitionReader.loadBeanDefinitions("classpath:spring-bean.xml");

// 從容器中獲取bean實例

BeanFactory container = (BeanFactory)beanRegistry;

Business business = (Business)container.getBean("beanName");

②、Bean的實例化階段

經過第一階段，所有bean定義都通過BeanDefinition的方式註冊到BeanDefinitionRegistry中，當某個請求通過容器的getBean方法請求某個對象，或者因為依賴關係容器需要隱式的調用getBean時，就會觸發第二階段的活動：容器會首先檢查所請求的對象之前是否已經實例化完成。如果沒有，則會根據註冊的BeanDefinition所提供的信息實例化被請求對象，並為其注入依賴。當該對象裝配完畢后，容器會立即將其返回給請求方法使用。

BeanFactory只是Spring IoC容器的一種實現，如果沒有特殊指定，它採用採用延遲初始化策略：只有當訪問容器中的某個對象時，才對該對象進行初始化和依賴注入操作。而在實際場景下，我們更多的使用另外一種類型的容器：

ApplicationContext

，它構建在BeanFactory之上，屬於更高級的容器，除了具有BeanFactory的所有能力之外，還提供對事件監聽機制以及國際化的支持等。它管理的bean，在容器啟動時全部完成初始化和依賴注入操作。

Spring容器擴展機制

IoC容器負責管理容器中所有bean的生命周期，而在bean生命周期的不同階段，Spring提供了不同的擴展點來改變bean的命運。在容器的啟動階段，

BeanFactoryPostProcessor

允許我們在容器實例化相應對象之前，對註冊到容器的BeanDefinition所保存的信息做一些額外的操作，比如修改bean定義的某些屬性或者增加其他信息等。

如果要自定義擴展類，通常需要實現

org.springframework.beans.factory.config.BeanFactoryPostProcessor

介面，與此同時，因為容器中可能有多個BeanFactoryPostProcessor，可能還需要實現

org.springframework.core.Ordered

介面，以保證BeanFactoryPostProcessor按照順序執行。Spring提供了為數不多的BeanFactoryPostProcessor實現，我們以

PropertyPlaceholderConfigurer

來說明其大致的工作流程。

在Spring項目的XML配置文件中，經常可以看到許多配置項的值使用佔位符，而將佔位符所代表的值單獨配置到獨立的properties文件，這樣可以將散落在不同XML文件中的配置集中管理，而且也方便運維根據不同的環境進行配置不同的值。這個非常實用的功能就是由PropertyPlaceholderConfigurer負責實現的。

根據前文，當BeanFactory在第一階段載入完所有配置信息時，BeanFactory中保存的對象的屬性還是以佔位符方式存在的，比如

${jdbc.mysql.url}

。當PropertyPlaceholderConfigurer作為BeanFactoryPostProcessor被應用時，它會使用properties配置文件中的值來替換相應的BeanDefinition中佔位符所表示的屬性值。當需要實例化bean時，bean定義中的屬性值就已經被替換成我們配置的值。當然其實現比上面描述的要複雜一些，這裡僅說明其大致工作原理，更詳細的實現可以參考其源碼。

與之相似的，還有

BeanPostProcessor

，其存在於對象實例化階段。跟BeanFactoryPostProcessor類似，它會處理容器內所有符合條件並且已經實例化后的對象。簡單的對比，BeanFactoryPostProcessor處理bean的定義，而BeanPostProcessor則處理bean完成實例化后的對象。BeanPostProcessor定義了兩個介面：

public interface BeanPostProcessor {

// 前置處理

Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;

// 後置處理

Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;

}

為了理解這兩個方法執行的時機，簡單的了解下bean的整個生命周期：

Bean的實例化過程（來自：Spring揭秘）

postProcessBeforeInitialization()

方法與

postProcessAfterInitialization()

分別對應圖中前置處理和後置處理兩個步驟將執行的方法。這兩個方法中都傳入了bean對象實例的引用，為擴展容器的對象實例化過程提供了很大便利，在這兒幾乎可以對傳入的實例執行任何操作。註解、AOP等功能的實現均大量使用了

BeanPostProcessor

，比如有一個自定義註解，你完全可以實現BeanPostProcessor的介面，在其中判斷bean對象的腦袋上是否有該註解，如果有，你可以對這個bean實例執行任何操作，想想是不是非常的簡單？

再來看一個更常見的例子，在Spring中經常能夠看到各種各樣的Aware介面，其作用就是在對象實例化完成以後將Aware介面定義中規定的依賴注入到當前實例中。比如最常見的

ApplicationContextAware

介面，實現了這個介面的類都可以獲取到一個ApplicationContext對象。當容器中每個對象的實例化過程走到BeanPostProcessor前置處理這一步時，容器會檢測到之前註冊到容器的ApplicationContextAwareProcessor，然後就會調用其postProcessBeforeInitialization()方法，檢查並設置Aware相關依賴。看看代碼吧，是不是很簡單：

// 代碼來自：org.springframework.context.support.ApplicationContextAwareProcessor

// 其postProcessBeforeInitialization方法調用了invokeAwareInterfaces方法

private void invokeAwareInterfaces(Object bean) {

if (bean instanceof EnvironmentAware) {

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

}

if (bean instanceof ApplicationContextAware) {

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

}

// ......

}

總結

以 上就是我對Java開發大型互聯網-深入理解Spring IOC容器的神秘之旅問題及其優化總結，分享給大家，希望大家知道什麼是Java開發大型互聯網-深入理解Spring IOC容器的神秘之旅問題及其優化。覺得收穫的話可以點個關注收藏轉發一波喔，謝謝大佬們支持！

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