Spring_IOC_02——原理解析

如果对IOC的概念还不是很清楚，可以先阅读上一篇文章：Spring_IOC_01——概念讲解

Spring IOC 体系结构

Spring提供了 IoC容器 来管理和容纳我们所开发出的各种各样的Bean，并且我们可以从中获取各种发布在Spring IoC 容器里的Bean，并且通过描述可以得到它。

Spring IoC 容器设计

Spring IoC 容器主要基于以下两个接口：

  • BeanFactory
  • ApplicationContext

其中，Spring IoC 容器所定义的最底层接口是BeanFactory。它有很多实现类，ApplicationContext就是Spring IOC容器最高级接口之一，它是BeanFactory的其中一个子接口，并且对BeanFactory功能做了很多扩展，所以绝大部分情况下我们都推荐使用 ApplicationContext 作为 Spring IoC 容器。

继承关系

BeanFactory

从上图我们可以看到，BeanFactory位于设计的最底层，它定义了IoC容器的基本规范。我们先看它提供了哪些方法：


BeanFactory

在BeanFactory里，只对IOC容器的基本行为做了定义，而不关系bean是如何定义怎样加载的，正如我们只关系工厂里得到声明的产品对像，而不关心工厂的具体生产操作，从名字也可以看出，这是一个典型的工厂模式。
由于这个接口的重要性，有必要对其中关键接口定义做一下简要说明：

  • getBean：
    对应了多个方法来获取配置给 Spring IoC 容器的Bean。
    1）按照类型获取Bean：
    bean = (Bean) factory.getBean(Bean.class);
    注意：要求在Spring中只配置了一个这种类型的实例，否则会报错。
    2）按照bean的ID获取bean：
    bean = (Bean) factory.getBean("beanName");
    注意：这种方式并不安全，IDE不会检查其安全性（关联性）
    3）根据类型和ID获取bean：（推荐）
    bean = (Bean) factory.getBean("beanName", Bean.class);
    这种方式通过ID获取Bean，获取的同时也可以对Bean进行类型检查。

  • isSingleton 和 isPrototype：
    用于判断该Bean的类型，是单例的还是原型的。如果是单例的，则该Bean在容器中是作为唯一一个单例而存在的。如果是原型的，则每次从容器中获取Bean都会生成一个新的实例。默认情况下Spring容器中的Bean都是单例的。（具体bean的作用域接下来会讲）

  • getAliases：
    用于获取别名的方法。

ApplicationContext

根据ApplicationContext 的类继承关系图，可以看到 ApplicationContext 接口扩展了许多接口，因此它的功能十分强大，所以在实际应用中常用到的事 ApplicationContext 接口。

BeanFactory和ApplicationContext的区别：

  • BeanFactory：
    是Spring中最底层的接口，只提供了最简单的IoC功能，负责配置，创建和管理Bean。

  • ApplicationContext：
    实际应用中一般推荐使用该接口，它继承自BeanFactory，拥有最基本的IoC功能。
    除此之外，还提供了以下扩展功能：
    1）支持信息源，可以实现国际化。（实现了 MessagsSource 接口）
    2）支持统一的资源加载。（实现了 ResourcePatternResolver 接口）
    3）支持消息机制/应用事件。（实现了 ApplicationEventPublisher 接口）
    4）支持AOP功能。


Spring IoC 容器的初始化

Bean的定义和初始化，在Spring IoC 容器中是两个步骤：先定义（BeanDefinition），然后初始化和依赖注入。

  • Bean的定义分为以下3步：

1）Resouce定位：
Spring IoC 容器根据开发者的配置，扫描资源，进行定位。在 Spring 的开发中，通过XML配置或者注解都是常见的方式，定位的内容是由开发者提供的。

2）BeanDefinition载入：
当Resoure定位到信息后，保存到Bean定义（BeanDefinition）中，此时并不会创建Bean的实例。

3）BeanDefinition注册：
这个过程，就是将 BeanDefinition 的信息发布到 Spring IoC 容器中。注意：此时依然没有Bean对应的实例。

完成了以上三个步骤，Bean 就在 Spring IoC 容器中被定义了（创建了 Bean 对象的定义类 BeanDefinition，将 Bean 元素的信息设置到 BeanDefinition 中作为记录），而 没有被初始化，更没有完成依赖注入，也就是没有注入到其配置的资源给Bean，此时，它还不能完全被使用。当依赖注入时，才利用这些记录信息，创建和实例化具体的Bean对象。


Spring IoC 容器的依赖注入

依赖注入发生的时间

当 Spring IoC 容器完成了Bean定义资源的定位，载入和解析注册以后。IoC容器已经管理了Bean定义的相关数据，但是此时IoC容器还没有对所管理的Bean进行依赖注入，依赖注入在以下两种情况发生：

1） 用户第一次通过 getBean 方法向IoC容器索要Bean时，IoC容器会触发依赖注入。

2） 用户在Spring的配置选项 <Bean> 元素配置了 lazy-init 的属性。其含义是：懒加载的方式初始化Bean。在没有配置的情况下，它的默认值为default，在default情况下就是false。也就是说 Spring IoC 默认会自动初始化Bean。即让容器在解析注册Bean定义时，进行预实例化，触发依赖注入。

依赖注入的策略

在 Spring 中，如果 Bean 的作用域定义的是单例模式（Singleton），则容器在创建之前会先从缓存中查找，以确保整个容器中只存在一个实例对象。如果Bean定义的事原型模式（Prototype），则容器每次都会创建一个新的实例对象。
此外，在Spring MVC 中，还可以指定作用域为 Request， Session 和 global Session。（此部分内容在下一期细讲）

实例化方式的选择

对使用工厂方法和自动装备特性的 Bean 的实例化，调用相应的工厂方法或者参数匹配的构造方法即可完成实例化工作，但是对于我们最常使用的默认无参构造方法，就需要使用相应的初始化策略（JDK反射或者CGLIB）来进行初始化。

具体来说，如果Bean的方法被覆盖了，则使用JDK反射机制进行实例化，否则。使用CGLIB进行实例化。（这是由JDK代理和CGLIB代理方式决定的，JDK代理是生成了接口的一个实现类，但是如果没有接口则无法使用）


Spring IoC 高级特性

1）lazy-init 延迟加载

在前面我们了解到，Spring容器的初始化和Bean的依赖注入是分开的。Spring容器在初始化的时候，会对Bean资源进行定位，载入，和注册。但是完成这三步以后，Spring并不会对Bean进行依赖注入。

但是Spring默认配置下，在Spring容器初始化完成以后，会对Bean资源依赖注入，这样可以及时发现Bean存在的问题，当然我们也推荐这样做。（虽然延迟加载可以减少服务器启动时间，但是这样就无法在开始时候就把问题暴露出来）

下面说一下延迟加载的设置：
Spring 根节点 <beans> 节点提供了一个配置参数 default-lazy-init 默认为false。也就是说，默认时候是不进行延迟加载的，这样的话，在 Spring 容器初始化的时候，就会对bean进行注入。如果设置为true，那整个<beans>下面的节点默认进行延迟加载。

<beans>下的<bean>节点也有一个配置参数lazy-init，默认情况下为default 也就是<beans>上面的设置的default-lazy-init。如果在这里设置了的话，优先级比default-lazy-init高，指定Bean延迟加载。


2）FactoryBean 的实现

FactoryBean 接口，以Bean结尾，表示它是一个Bean。注意要和BeanFactory区别。

我们根据Bean的ID，从BeanFactory中获取的对象，实际上是FactoryBean接口getObject()方法返回的对象。

源码如下：

//工厂Bean，用于产生其他对象  
public interface FactoryBean<T> {  
   //获取容器管理的对象实例  
    T getObject() throws Exception;  
    //获取Bean工厂创建的对象的类型  
    Class<?> getObjectType();  
    //Bean工厂创建的对象是否是单态模式，如果是单态模式，则整个容器中只有一个实例  
   //对象，每次请求都返回同一个实例对象  
    boolean isSingleton();  
}

FactoryBean接口的作用，就是让我们可以封装自己定制的实例化逻辑。（如果想用工厂模式来实例化）然后让Spring进行统一管理。

具体方式就是，我们写一个实现类，实现FactoryBean的方法，那么我们就可以在getObject()方法里实现我们的自定义实例化逻辑。


3）BeanPostProcessor 后置处理器

BeanPostProcessor 接口作用：
如果我们想在Spring容器中，完成Bean实例化，配置，以及其他初始化方法前后，加一些自定义处理逻辑。那就要自己定义BeanPostProcessor 实现类，然后注册到 Spring IoC 容器中。
此处注意：BeanPostProcessor的作用范围是整个Spring容器

Spring源码如下：

package org.springframework.beans.factory.config;  
import org.springframework.beans.BeansException;  
public interface BeanPostProcessor {  
        //实例化、依赖注入完毕，在调用显示的初始化之前完成一些定制的初始化任务
        Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;  
        //实例化、依赖注入、初始化完毕时执行  
        Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;  
}

这两个回调的入口都是和容器管理的Bean的生命周期事件紧密相关，可以为用户提供在 Spring IoC 容器初始化Bean过程中自定义的处理操作。
由API可以看出：
1）后置处理器的postProcessorBeforeInitailization方法，是在容器实例化Bean（实例化和初始化的区别：实例化是为Bean对象在内存中开辟空间，初始化是完成对依赖属性的注入，通过setter等方式），完成依赖的注入之后；显示的调用初始化方法之前调用（afterPropertiesSet和init-method之前）。
2）后置处理器的postProcessorAfterInitailization方法是在bean实例化、依赖注入及自定义初始化方法之后调用。

调用顺序简单示意如下：

--> Spring IOC容器实例化Bean
--> 调用BeanPostProcessor的postProcessBeforeInitialization方法
--> 调用bean实例的初始化方法
--> 调用BeanPostProcessor的postProcessAfterInitialization方法

具体使用方式：

//自定义后置处理器
public class MyPostProcessor implements BeanPostProcessor {
    //do something

    @Override
    Object postProcessBeforeInitialization(...){...}

    @Override
    Object postProcessAfterInitialization(...){...}
}

//然后将自定义的后置处理器配置到xml文件中
<!-- Spring后置处理器 -->
<bean id="myPostProcessor" class="com.test.spring.MyPostProcessor "/>

如果要定义多个BeanPostProcessor实现类，在xml中依次注册即可，默认情况下Spring会依据后置处理器的顺序依次调用。

<bean id="postProcessor" class="com.test.spring.PostProcessor"/>
<bean id="postProcessorB" class="com.test.spring.PostProcessorB"/>

Bean的构造方法，BeanPostProcessor 和 InitializingBean @PostConstruct @PreDestory 的执行关系。在Bean的生命周期中细讲。


4）IoC容器 @Autowired 自动装配

@Autowired 注解提供了 Spring IoC 容器的依赖自动装配功能，不需要对Bean属性的依赖关系在配置文件中显示声明。通过配置该注解，Spring容器会通过反射根据类型查找并注入。
（如果有相同类型，则需要加一个@Qualifier("beanName")根据beanName查找指定的Bean）

原理：Spring利用反射，获取到标记了@Autowired的方法或者参数，然后调用AutowiredAnnotationBeanPostProcessor中的方法，对参数进行注入。（具体源码就补贴了，可以去自行搜索，理解反射即可）

@Autowried 注解可以用于 字段或者 setter上。也可以用于构造方法和普通方法上（前提是方法至少有一个参数）。不过并不建议作用到普通方法上，因为Spring会在初始化该Bean时就调用该方法。

@Autowired 自动装配功能搭配其他注解使用 例如：@Component，@Controller、@Service、@Repository，等。
注意要在Spring配置文件里打开注解，配置扫描路径：

<!-- 支持注解配置 -->
<context:annotation-config/>

<!--自动扫描所有注解路径, 只扫描服务 排除Controller -->
<context:component-scan base-package="com.antony.springdemo">
        <context:exclude-filter type="regex" expression=".*Controller$" />
</context:component-scan>

<!-- 把标记了@Controller注解的类转换为bean，单独转换控制层 -->
<context:component-scan base-package="com.antony.springdemo" use-default-filters="false">
        <!-- 后缀匹配 -->
        <context:include-filter type="regex" expression=".*Controller$"/>
</context:component-scan>

@Autowired 和 @Resource 注解的相同和区别：

  • 两者都可以用来装配Bean，都可以用在字段上或者setter上。

  • @Autowired 默认按类型装配，这个注解属于Spring。
    默认情况下要求依赖对象必须存在。如果要允许null值，可以设置其属性required=false。例如：@Autowired(required=false)。如果想指定名称。
    可以配合@Qualifier注解来使用。用于相同类型注入了多个Bean时进行区分。@Qualifier("beanName")

  • @Resource 默认按名称装配，是JDK1.6支持的注解。名称可以根据name属性指定。
    如果没有指定name属性，默认取字段名按名称查找，当使用字段名找不到时，按类型查找。
    注意：如果显式指定了name属性@Resource(name="beanName")，那就只会按name指定的名称进行匹配。



（如果有什么错误或者建议，欢迎留言指出）
（本文内容是对各个知识点的转载整理，用于个人技术沉淀，以及大家学习交流用）

参考资料：
简书——Spring IOC详解
源码解读Spring IOC原理
Spring IoC的原理
Spring原理机制

Spring IoC容器高级特性
Spring BeanFactory和FactoryBean区别
Spring中后置处理器BeanPostProcessor详解
BeanPostProcessor与InitializingBean接口的关系和应用
@Autowired和@Resource注解的区别
基于Annotation的依赖注入实现

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