手写Spring高级源码（五）： Spring IOC源码深度剖析

第五部分 Spring IOC源码深度剖析

 

1. 好处：提⾼培养代码架构思维、深⼊理解框架

2. 原则

• 定焦原则：抓主线
• 宏观原则：站在上帝视⻆，关注源码结构和业务流程（淡化具体某⾏代码的编写细节）

3. 读源码的⽅法和技巧

• 断点（观察调⽤栈）
• 反调（Find Usages）
• 经验（spring框架中doXXX，做具体处理的地⽅）

4. Spring 源码构建

• 下载源码（github）
• 安装gradle 5.6.3（类似于maven） Idea 2019.1 Jdk 11.0.5
• 导⼊（耗费⼀定时间）
• 编译⼯程（顺序：core-oxm-context-beans-aspects-aop）⼯程—>tasks—>compileTestJava

第1节 Spring IoC容器初始化主体流程

1.1 Spring IoC的容器体系

IoC 容器是 Spring 的核⼼模块，是抽象了对象管理、依赖关系管理的框架解决⽅案。 Spring 提供了很多的容器，其中 BeanFactory 是顶层容器（根容器），不能被实例化，它定义了所有 IoC 容器 必须遵从 的⼀套原则，具体的容器实现可以增加额外的功能，⽐如我们常⽤到的ApplicationContext ，其下更具 体的实现如 ClassPathXmlApplicationContext 包含了解析 xml 等⼀系列的内容，AnnotationConfifigApplicationContext 则是包含了注解解析等⼀系列的内容。 Spring IoC 容器继承体系⾮常聪明，需要使⽤哪个层次⽤哪个层次即可，不必使⽤功能⼤⽽全的。

 

BeanFactory 顶级接⼝⽅法栈如下

 

 

BeanFactory 容器继承体系

 

 

通过其接⼝设计，我们可以看到我们⼀贯使⽤的 ApplicationContext 除了继承 BeanFactory 的⼦接⼝， 还继承了ResourceLoader 、 MessageSource 等接⼝，因此其提供的功能也就更丰富了。下⾯我们以 ClasspathXmlApplicationContext 为例，深⼊源码说明 IoC 容器的初始化流程。

 

 

1.2 Bean⽣命周期关键时机点

思路： 创建⼀个类 LagouBean ，让其实现⼏个特殊的接⼝，并分别在接⼝实现的构造器、接⼝⽅法中断点，观察线程调⽤栈，分析出 Bean 对象创建和管理关键点的触发时机

 

LagouBean类

 

package com.lagou;
import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.beans.factory.DisposableBean;
import org.springframework.beans.factory.InitializingBean;
import org.springframework.beans.factory.config.BeanFactoryPostProcessor;
import org.springframework.beans.factory.config.BeanPostProcessor;
import
org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableListableBeanFactory;
import org.springframework.stereotype.Component;
/**
* @Author 应癫
* @create 2019/12/3 11:46
*/
public class LagouBean implements InitializingBean{
 /**
 * 构造函数
 */
 public LagouBean(){
 System.out.println("LagouBean 构造器...");
 }
 /**
 * InitializingBean 接⼝实现
 */
 public void afterPropertiesSet() throws Exception {
 System.out.println("LagouBean afterPropertiesSet...");
 } }

BeanPostProcessor 接⼝实现类

 

 

package com.lagou;
import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.beans.factory.config.BeanPostProcessor;
import org.springframework.stereotype.Component;
/**
* @Author 应癫
* @create 2019/12/3 16:59
*/
public class MyBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {
 public MyBeanPostProcessor() {
 System.out.println("BeanPostProcessor 实现类构造函数...");
 }
 @Override
 public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName)
throws BeansException {
 if("lagouBean".equals(beanName)) {
 System.out.println("BeanPostProcessor 实现类
postProcessBeforeInitialization ⽅法被调⽤中......");
 }
 return bean;
 }
 @Override
 public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName)
throws BeansException {
 if("lagouBean".equals(beanName)) {
 System.out.println("BeanPostProcessor 实现类
postProcessAfterInitialization ⽅法被调⽤中......");
 }
 return bean;
 } }

BeanFactoryPostProcessor 接⼝实现类

package com.lagou;
import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.beans.factory.config.BeanFactoryPostProcessor;
import
org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableListableBeanFactory;
import org.springframework.stereotype.Component;
/**
* @Author 应癫
* @create 2019/12/3 16:56
*/
public class MyBeanFactoryPostProcessor implements BeanFactoryPostProcessor {
 public MyBeanFactoryPostProcessor() {
 System.out.println("BeanFactoryPostProcessor的实现类构造函数...");
 }
 @Override
 public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory
beanFactory) throws BeansException {
 System.out.println("BeanFactoryPostProcessor的实现⽅法调⽤中......");
 } }

IoC 容器源码分析⽤例

/**
* Ioc 容器源码分析基础案例
*/
@Test
public void testIoC() {
 ApplicationContext applicationContext = new 
ClassPathXmlApplicationContext("classpath:applicationContext.xml");
 LagouBean lagouBean = applicationContext.getBean(LagouBean.class);
 System.out.println(lagouBean);
}

（ 1 ）分析 Bean 的创建是在容器初始化时还是在 getBean 时

根据断点调试，我们发现，在未设置延迟加载的前提下， Bean 的创建是在容器初始化过程中完成的。

 

（ 2 ）分析构造函数调⽤情况

通过如上观察，我们发现构造函数的调⽤时机在 AbstractApplicationContext 类 refresh ⽅法的fifinishBeanFactoryInitialization(beanFactory)处 ;

（ 3 ）分析 InitializingBean 之 afterPropertiesSet 初始化⽅法调⽤情况

观察调⽤栈

通过如上观察，我们发现 InitializingBean 中 afterPropertiesSet ⽅法的调⽤时机也是在 AbstractApplicationContext类 refresh ⽅法的 fifinishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

（ 4 ）分析 BeanFactoryPostProcessor 初始化和调⽤情况

分别在构造函数、 postProcessBeanFactory ⽅法处打断点，观察调⽤栈，发现 BeanFactoryPostProcessor 初始化 在 AbstractApplicationContext 类 refresh ⽅法的invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

postProcessBeanFactory 调⽤ 在 AbstractApplicationContext 类 refresh ⽅法的

invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

（ 5 ）分析 BeanPostProcessor 初始化和调⽤情况

分别在构造函数、 postProcessBeanFactory ⽅法处打断点，观察调⽤栈，发现 BeanPostProcessor 初始化 在 AbstractApplicationContext 类 refresh ⽅法的 registerBeanPostProcessors(beanFactory);

postProcessBeforeInitialization 调⽤ 在 AbstractApplicationContext 类 refresh ⽅法的 fifinishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

postProcessAfterInitialization 调⽤ 在 AbstractApplicationContext 类 refresh ⽅法的

fifinishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

（ 6 ）总结

根据上⾯的调试分析，我们发现 Bean 对象创建的⼏个关键时机点代码层级的调⽤都在

AbstractApplicationContext 类 的 refresh ⽅法中，可⻅这个⽅法对于 Spring IoC 容器初始化来说相当

关键，汇总如下：

1.3 Spring IoC 容器初始化主流程

由上分析可知， Spring IoC 容器初始化的关键环节就在 AbstractApplicationContext#refresh() ⽅法中 ，我们查看 refresh ⽅法来俯瞰容器创建的主体流程，主体流程下的具体⼦流程我们后⾯再来讨论。

@Override
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
 synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
 // 第⼀步：刷新前的预处理
 prepareRefresh();
 /*
 第⼆步：
 获取BeanFactory；默认实现是DefaultListableBeanFactory
 加载BeanDefition 并注册到 BeanDefitionRegistry
 */
 ConfigurableListableBeanFactory beanFactory =
obtainFreshBeanFactory();
 // 第三步：BeanFactory的预准备⼯作（BeanFactory进⾏⼀些设置，⽐如context的类加
载器等）
 prepareBeanFactory(beanFactory);
 try {
 // 第四步：BeanFactory准备⼯作完成后进⾏的后置处理⼯作
 postProcessBeanFactory(beanFactory);
 // 第五步：实例化并调⽤实现了BeanFactoryPostProcessor接⼝的Bean
 invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
 // 第六步：注册BeanPostProcessor（Bean的后置处理器），在创建bean的前后等执
⾏
 registerBeanPostProcessors(beanFactory);
 // 第七步：初始化MessageSource组件（做国际化功能；消息绑定，消息解析）；
 initMessageSource();
 // 第⼋步：初始化事件派发器
 initApplicationEventMulticaster();
 // 第九步：⼦类重写这个⽅法，在容器刷新的时候可以⾃定义逻辑
 onRefresh();
 // 第⼗步：注册应⽤的监听器。就是注册实现了ApplicationListener接⼝的监听器
bean
 registerListeners();
 /*
 第⼗⼀步：
 初始化所有剩下的⾮懒加载的单例bean
 初始化创建⾮懒加载⽅式的单例Bean实例（未设置属性）
 填充属性
 初始化⽅法调⽤（⽐如调⽤afterPropertiesSet⽅法、init-method⽅法）
 调⽤BeanPostProcessor（后置处理器）对实例bean进⾏后置处
 */
 finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
 /*
 第⼗⼆步：
 完成context的刷新。主要是调⽤LifecycleProcessor的onRefresh()⽅法，并且发布事
件 （ContextRefreshedEvent）
 */
 finishRefresh();
 }
第2节 BeanFactory创建流程
2.1 获取BeanFactory⼦流程
时序图如下
2.2 BeanDefinition加载解析及注册⼦流程
（1）该⼦流程涉及到如下⼏个关键步骤
Resource定位：指对BeanDefinition的资源定位过程。通俗讲就是找到定义Javabean信息的XML⽂
件，并将其封装成Resource对象。
BeanDefinition载⼊ ：把⽤户定义好的Javabean表示为IoC容器内部的数据结构，这个容器内部的数
据结构就是BeanDefinition。
注册BeanDefinition到 IoC 容器
（2）过程分析
 ......
 }
}

第2节 BeanFactory创建流程

2.1 获取BeanFactory⼦流程

时序图如下

2.2 BeanDefifinition加载解析及注册⼦流程

（ 1 ）该⼦流程涉及到如下⼏个关键步骤

Resource 定位： 指对 BeanDefifinition 的资源定位过程。通俗讲就是找到定义 Javabean 信息的 XML ⽂件，并将其封装成Resource 对象。

BeanDefifinition 载⼊ ：把⽤户定义好的 Javabean 表示为 IoC 容器内部的数据结构，这个容器内部的数据结构就是BeanDefifinition 。

注册 BeanDefifinition 到 IoC 容器

（ 2 ）过程分析

Step 1 ： ⼦流程⼊⼝在 AbstractRefreshableApplicationContext#refreshBeanFactory ⽅法中

Step 2 ： 依次调⽤多个类的 loadBeanDefifinitions ⽅法 —> AbstractXmlApplicationContext —> AbstractBeanDefifinitionReader —> XmlBeanDefifinitionReader ⼀直执⾏到XmlBeanDefifinitionReader 的 doLoadBeanDefifinitions ⽅法

Step 3 ： 我们重点观察 XmlBeanDefifinitionReader 类的 registerBeanDefifinitions ⽅法，期间产⽣了多次重载调⽤，我们定位到最后⼀个

此处我们关注两个地⽅：⼀个 createRederContext ⽅法，⼀个是DefaultBeanDefifinitionDocumentReader类的 registerBeanDefifinitions ⽅法，先进⼊createRederContext ⽅法看看

我们可以看到，此处 Spring ⾸先完成了 NamespaceHandlerResolver 的初始化。

我们再进⼊ registerBeanDefifinitions ⽅法中追踪，调⽤了

DefaultBeanDefifinitionDocumentReader#registerBeanDefifinitions ⽅法

进⼊ parseBeanDefifinitions ⽅法

进⼊ parseDefaultElement ⽅法

 

进⼊ processBeanDefifinition ⽅法

 

 

 

⾄此，注册流程结束，我们发现，所谓的注册就是把封装的 XML 中定义的 Bean 信息封装为 BeanDefifinition 对象之后放⼊⼀个 Map 中， BeanFactory 是以 Map 的结构组织这些 BeanDefifinition 的。

 

 

可以在 DefaultListableBeanFactory 中看到此 Map 的定义

/** Map of bean definition objects, keyed by bean name. */
private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new
ConcurrentHashMap<>(256);

（ 3 ）时序图

 

 

第3节 Bean创建流程

• 通过最开始的关键时机点分析，我们知道Bean创建⼦流程⼊⼝在AbstractApplicationContext#refresh()⽅法的fifinishBeanFactoryInitialization(beanFactory) 处

• 进⼊fifinishBeanFactoryInitialization

 

 

继续进⼊ DefaultListableBeanFactory 类的 preInstantiateSingletons ⽅法，我们找到下⾯部分的代码，看到⼯⼚Bean 或者普通 Bean ，最终都是通过 getBean 的⽅法获取实例

 

 

 

• 继续跟踪下去，我们进⼊到了AbstractBeanFactory类的doGetBean⽅法，这个⽅法中的代码很多，我们直接找到核⼼部分

 

 

• 接着进⼊到AbstractAutowireCapableBeanFactory类的⽅法，找到以下代码部分

 

• 进⼊doCreateBean⽅法看看，该⽅法我们关注两块重点区域

创建 Bean 实例，此时尚未设置属性

 

 

 

 

第4节 lazy-init 延迟加载机制原理

• lazy-init 延迟加载机制分析

 

普通 Bean 的初始化是在容器启动初始化阶段执⾏的，⽽被 lazy-init=true 修饰的 bean 则是在从容器⾥第⼀次进⾏context.getBean() 时进⾏触发。 Spring 启动的时候会把所有 bean 信息 ( 包括 XML 和注解 ) 解 析转化成Spring 能够识别的 BeanDefifinition 并存到 Hashmap ⾥供下⾯的初始化时⽤，然后对每个 BeanDefifinition 进⾏处理，如果是懒加载的则在容器初始化阶段不处理，其他的则在容器初始化阶段进⾏初始化并依赖注⼊

public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
 // 所有beanDefinition集合
 List<String> beanNames = new ArrayList<String>(this.beanDefinitionNames);
 // 触发所有⾮懒加载单例bean的初始化
 for (String beanName : beanNames) {
 // 获取bean 定义
 RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
 // 判断是否是懒加载单例bean，如果是单例的并且不是懒加载的则在容器创建时初始化
 if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton() && !bd.isLazyInit()) {
 // 判断是否是 FactoryBean
 if (isFactoryBean(beanName)) {
 final FactoryBean<?> factory = (FactoryBean<?>)
getBean(FACTORY_BEAN_PREFIX + beanName);
 boolean isEagerInit;
 if (System.getSecurityManager() != null && factory instanceof
SmartFactoryBean) {
 isEagerInit = AccessController.doPrivileged(new
PrivilegedAction<Boolean>() {
 @Override
 public Boolean run() {
 return ((SmartFactoryBean<?>) factory).isEagerInit();
 }
 }, getAccessControlContext());
 }
 }else {
 /*
 如果是普通bean则进⾏初始化并依赖注⼊，此 getBean(beanName)接下来触发的逻辑
和
 懒加载时 context.getBean("beanName") 所触发的逻辑是⼀样的
 */
 getBean(beanName);
 }
 }
 }
}

• 总结
• 对于被修饰为lazy-init的bean Spring 容器初始化阶段不会进⾏ init 并且依赖注⼊，当第⼀次 进⾏getBean时候才进⾏初始化并依赖注⼊
• 对于⾮懒加载的bean，getBean的时候会从缓存⾥头获取，因为容器初始化阶段 Bean 已经 初始化完成并缓存了起来

 

第5节 Spring IoC循环依赖问题

5.1 什么是循环依赖

循环依赖其实就是循环引⽤，也就是两个或者两个以上的 Bean 互相持有对⽅，最终形成闭环。⽐如 A 依赖于B ， B 依赖于 C ， C ⼜依赖于 A 。

 

 

 

注意，这⾥不是函数的循环调⽤，是对象的相互依赖关系。循环调⽤其实就是⼀个死循环，除⾮有终结条件。

Spring 中循环依赖场景有：

• 构造器的循环依赖（构造器注⼊）
• Field 属性的循环依赖（set注⼊）

其中，构造器的循环依赖问题⽆法解决，只能拋出 BeanCurrentlyInCreationException 异常，在解决属性循环依赖时，spring 采⽤的是提前暴露对象的⽅法。

 

 

5.2 循环依赖处理机制

• 单例 bean 构造器参数循环依赖（⽆法解决）
• prototype 原型 bean循环依赖（⽆法解决）

对于原型 bean 的初始化过程中不论是通过构造器参数循环依赖还是通过 setXxx ⽅法产⽣循环依赖，Spring 都 会直接报错处理。

 

AbstractBeanFactory.doGetBean() ⽅法：

 

if (isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)) {
 throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
}

protected boolean isPrototypeCurrentlyInCreation(String beanName) {
 Object curVal = this.prototypesCurrentlyInCreation.get();
 return (curVal != null &&
 (curVal.equals(beanName) || (curVal instanceof Set && ((Set<?>)
curVal).contains(beanName))));
}

在获取 bean 之前如果这个原型 bean 正在被创建则直接抛出异常。原型 bean 在创建之前会进⾏标记这个beanName 正在被创建，等创建结束之后会删除标记

 

try {
 //创建原型bean之前添加标记
 beforePrototypeCreation(beanName);
 //创建原型bean
 prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
}
finally {
 //创建原型bean之后删除标记
 afterPrototypeCreation(beanName);
}

总结： Spring 不⽀持原型 bean 的循环依赖。

 

• 单例bean通过setXxx或者@Autowired进⾏循环依赖

Spring 的循环依赖的理论依据基于 Java 的引⽤传递，当获得对象的引⽤时，对象的属性是可以延后设置的，但是构造器必须是在获取引⽤之前Spring通过 setXxx 或者 @Autowired ⽅法解决循环依赖其实是通过提前暴露⼀个 ObjectFactory 对象来完成的，简单来说ClassA 在调⽤构造器完成对象初始化之后，在调⽤ ClassA 的 setClassB ⽅法之前就把ClassA 实例化的对象通过 ObjectFactory 提前暴露到 Spring 容器中。

 

Spring 容器初始化 ClassA 通过构造器初始化对象后提前暴露到 Spring 容器。

boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() &&
this.allowCircularReferences &&
 isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
 if (earlySingletonExposure) {
 if (logger.isDebugEnabled()) {
 logger.debug("Eagerly caching bean '" + beanName +
 "' to allow for resolving potential circular references");
 }
 //将初始化后的对象提前已ObjectFactory对象注⼊到容器中
 addSingletonFactory(beanName, new ObjectFactory<Object>() {
 @Override
 public Object getObject() throws BeansException {
 return getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean);
 }
 });
 }

ClassA 调⽤ setClassB ⽅法， Spring ⾸先尝试从容器中获取 ClassB ，此时 ClassB 不存在 Spring 容器中。

Spring 容器初始化 ClassB ，同时也会将 ClassB 提前暴露到 Spring 容器中ClassB调⽤ setClassA ⽅法， Spring 从容器中获取 ClassA ，因为第⼀步中已经提前暴露了ClassA，因此可以获取到 ClassA 实例ClassA通过 spring 容器获取到 ClassB ，完成了对象初始化操作。

这样 ClassA 和 ClassB 都完成了对象初始化操作，解决了循环依赖问题。

 

 

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