【spring源码系列-04】注解方式启动spring时refresh的前置工作

Spring源码系列整体栏目

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内容	链接地址
【一】spring源码整体概述	https://blog.csdn.net/zhenghuishengq/article/details/130940885
【二】通过refresh方法剖析IOC的整体流程	https://blog.csdn.net/zhenghuishengq/article/details/131003428
【三】xml配置文件启动spring时refresh的前置工作	https://blog.csdn.net/zhenghuishengq/article/details/131066637
【四】注解方式启动spring时refresh的前置工作	https://blog.csdn.net/zhenghuishengq/article/details/131113249

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一，注解的方式启动spring时refresh的前置工作

上一篇中提到了xml的方式启动spring，接下来通过注解方式来剖析spring内部的启动流程。

通过注解获取上下文的方式如下，随后定义一个AnnotationConfig的配置类，通过@Bean的方式构建实例。这里依旧推荐使用debug的方式，从上往下看。

ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AnnotationConfig.class);

随后会进入AnnotationConfigApplicationContext 的构造方法，并且可以发现支持传多个参数。由于这里也是剖析refresh的前置工作，因此这里重点主要是查看this() 和 register 这两个方法。

public AnnotationConfigApplicationContext(Class<?>... annotatedClasses) {
    
    
	this();      //调用构造函数
	register(annotatedClasses);   //注册我们的配置类
	refresh();   //IOC容器刷新接口
}

1，this()

首先会调用 AnnotationConfigApplicationContext 自身的构造方法，也可以通过上图的执行流程进行对照。

public AnnotationConfigApplicationContext() {
    
    
    //创建一个读取注解的Bean定义读取器
    this.reader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(this);
    //创建类路径下的BeanDefinition扫描器
    this.scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(this);
}

在分析这个AnnotationConfigApplicationContext类之前，先来看一下这个类的类图，发现也是众多接口的具体的子类，同时也说明该类的功能非常的齐全和强大

1，在实例化AnnotationConfigApplicationContext类之前，需要先实例化其父类。由于这个ResourceLoader 是一个接口，没有对应的构造方法，根据断点也能发现，会要优先加载DefaultResourceLoader的构造器。在这个构造方法中，可以发现里面会调用一个getDefaultClassLoader方法

public class DefaultResourceLoader implements ResourceLoader {
    
    
    ...
	public DefaultResourceLoader() {
    
    
		this.classLoader = ClassUtils.getDefaultClassLoader();
	}
}

getDefaultClassLoader 顾名思义，就是获取默认的类加载器。在jvm中，类加载器主要有引导类加载器、扩展类加载起、系统类加载器和自定义类加载器。获取已有的类加载器，如果获取的类加载器为空，则设置默认的类加载器为系统类加载器

public static ClassLoader getDefaultClassLoader() {
    
    
    ClassLoader cl = null;
	//获取当前线程的类加载器
    cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
    if (cl == null) {
    
    
        //如果获取到的值为空，则将类加载器设置为系统类加载器
        cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();
    }
}

2，获取到类加载器之后，根据debug的断点继续往下走，可以发现下一步是去获取一个 LogFactory ，

public static Log getLog(Class<?> clazz) {
   return getLog(clazz.getName());
}

随后进入具体获取日志的方法，创建具体的日志，其内部流程也非常复杂

public static Log getLog(String name) {
    
    
	switch (logApi) {
    
    
		case LOG4J:
			return Log4jDelegate.createLog(name);
		case SLF4J_LAL:
			return Slf4jDelegate.createLocationAwareLog(name);
		case SLF4J:
			return Slf4jDelegate.createLog(name);
		default:
			return JavaUtilDelegate.createLog(name);
	}
}

系统默认使用的是 LOG4J ，接下来进入这个 Log4jDelegate.createLog 这个方法，里面会创建并返回一个Log4jLog 对象

return new Log4jLog(name);

而在这个Log4jLog 类中，其构造方法如下，即会调用这个 getLogger 方法

//获取日志上下文
public Log4jLog(String name) {
    
    
	this.logger = loggerContext.getLogger(name);
}

随后进入真正的获取日志的方法

public ExtendedLogger getLogger(final String name, final MessageFactory messageFactory) {
    
    
    //获取日志工厂，无则创建，有则获取
	final ExtendedLogger extendedLogger = loggerRegistry.getLogger(name, messageFactory);
	if (extendedLogger != null) {
    
    
        //检查创建的日志工厂个给定的消息工厂是否一致
		AbstractLogger.checkMessageFactory(extendedLogger, messageFactory);
		return extendedLogger;
	}
    //如果获取的工厂为空，
	final SimpleLogger simpleLogger = new SimpleLogger(name, defaultLevel, showLogName, showShortName, showDateTime,
		showContextMap, dateTimeFormat, messageFactory, props, stream);
	loggerRegistry.putIfAbsent(name, messageFactory, simpleLogger);
	return loggerRegistry.getLogger(name, messageFactory);
}

如果获取到的日志工厂为空，则会调用这这个 SimpleLogger 方法

随后调用这个super父类方法，会判断当前的消息工厂是否为空，为空则创建一个默认的消息工厂

//初始化父类
public AbstractLogger(final String name, final MessageFactory messageFactory) {
    
    
	this.name = name;
    //不为空则获取，为空则创建一个默认的
	this.messageFactory = messageFactory == null ? createDefaultMessageFactory() : narrow(messageFactory);
	this.flowMessageFactory = createDefaultFlowMessageFactory();
}

其创建方式如下，通过构造器的反射的方式创建一个消息的日志

private static MessageFactory2 createDefaultMessageFactory() {
    
    
    try {
    
    
        final MessageFactory result = DEFAULT_MESSAGE_FACTORY_CLASS.newInstance();
        return narrow(result);
    } catch (final InstantiationException | IllegalAccessException e) {
    
    
        throw new IllegalStateException(e);
    }
}

3，在调完super之后，随后就是一个获取系统属性的一个方法

final String lvl = props.getStringProperty(SimpleLoggerContext.SYSTEM_PREFIX + name + ".level");

接下来继续往下走，可以发现是一个PropertiesUtil工具类里面的这个getStringProperty方法，而里面的重点就是这个environment 对象的由来

public String getStringProperty(final String name) {
    
    
    return environment.get(name);
}

可以发现这个event环境对象，是通过这个实例化Environment对象而来

public PropertiesUtil(final Properties props) {
    
    
    this.environment = new Environment(new PropertiesPropertySource(props));
}

public PropertiesUtil(final String name) {
    
    
	this.environment = new Environment(new PropertyFilePropertySource(name));
}

再进入到这个Environment 的构造方法中，可以发现在这一步，就开始获取系统的变量和实现

private Environment(final PropertySource propertySource) {
    
    
	sources.add(propertySource);
	for (final ClassLoader classLoader: LoaderUtil.getClassLoaders()) {
    
    
		try {
    
    
			for (final PropertySource source: ServiceLoader.load(PropertySource.class, classLoader)) {
    
    
				sources.add(source);
			}
		} catch (final Throwable ex) {
    
    
		}
	}

	reload();
}

并且在这个类中，有着四个属性，literal存储集合存储系统的属性，tokenized存储系统的环境变量，normalized存储日志相关的参数。继续往下走可以看到这些参数对应的值

Set<PropertySource> sources = new TreeSet<>(new PropertySource.Comparator());
Map<CharSequence, String> literal = new ConcurrentHashMap<>();
Map<CharSequence, String> normalized = new ConcurrentHashMap<>();
Map<List<CharSequence>, String> tokenized = new ConcurrentHashMap<>();

环境变量

系统属性

日志属性

在获取到这些属性之后，会对刚刚设置的值进行判断，看设置的值是包含在系统参数中，如果包含，就将这些参数加入到缓存中。

public static List < CharSequence > tokenize(final CharSequence value) {
    
    
	if (CACHE.containsKey(value)) {
    
    
		return CACHE.get(value);
	}
	final List < CharSequence > tokens = new ArrayList < > ();
	final Matcher matcher = PROPERTY_TOKENIZER.matcher(value);
	while (matcher.find()) {
    
    
		tokens.add(matcher.group(1).toLowerCase());
	}
    //存入缓存
	CACHE.put(value, tokens);
	return tokens;
}

4，在获取完系统环境和属性之后，通过打断点继续走，再次回到了这个AbstractApplicationContext 类中，获取当前对象的hashcode对应的value

private String id = ObjectUtils.identityToString(this);

identityToString方法中可以发现，就是一字符串的形式返回对象的标识，就是通过对象的全路径名称的类名加上一个@一个该类对应的hashcode

public static String identityToString(@Nullable Object obj) {
    
    
	if (obj == null) {
    
    
		return EMPTY_STRING;
	}
    //对象名称 + @ + 获取到的hashcode对应的十六进制的值
	return obj.getClass().getName() + "@" + getIdentityHexString(obj);
}

将对象的hashcode的值先进行一个十六进制的转换，后面将值给返回

//将对象的hashcode转换成十六进制，并将值返回
public static String getIdentityHexString(Object obj) {
    
    
	return Integer.toHexString(System.identityHashCode(obj));
}

如下图，这个id的值就是当前对象的唯一标识，就是当前对象对应的唯一值hashcode哈希码，这样对象的哈希code对应的哈希value的值就有了，即这一步的主要作用是给当前对象的hashcode生成一个hash值

获取完这个唯一标识哈希值后，会接着获取一个名称，该名称和上面的id值一模一样

private String displayName = ObjectUtils.identityToString(this);

5，跟着断点继续往下走，接下来就是实例化这个构造方法，到了这一步和解析xml启动流程的一样，也是有一个默认的AntPathMatcher进行路径匹配

protected ResourcePatternResolver getResourcePatternResolver() {
    
    
	return new PathMatchingResourcePatternResolver(this);
}

这里主要是为了获取资源处理器和加载器，用于加载一些资源和加载一些类加载器等

private PathMatcher pathMatcher = new AntPathMatcher();
//获取资源加载器
public PathMatchingResourcePatternResolver(ResourceLoader resourceLoader) {
    
    
	Assert.notNull(resourceLoader, "ResourceLoader must not be null");
	this.resourceLoader = resourceLoader;
}

6，接下来继续往下debug，可以发现会进入 GenericApplicationContext 这个构造方法，从这里开始，就构建了这默认的bean工厂DefaultListableBeanFactory

public GenericApplicationContext() {
    
    
    //构建默认的Bean工程
	this.beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
}

其类图如下，可以发现其功能是有多么的强大

这个默认的BeanFactory的构造方法如下，只是初始化了父类的构造方法

public DefaultListableBeanFactory() {
    
    
	super();
}

接下来查看其父类的构造方法，除了忽略一些依赖接口之外，也是只初始化了父类

public AbstractAutowireCapableBeanFactory() {
    
    
	super();
    //忽略的依赖接口
	ignoreDependencyInterface(BeanNameAware.class);
	ignoreDependencyInterface(BeanFactoryAware.class);
	ignoreDependencyInterface(BeanClassLoaderAware.class);
}

随后调用的父类的构造方法如下，该类是一个抽象类

public AbstractBeanFactory() {
    
    
}

随后再次根据断点进入 DefaultSingletonBeanRegistry 这个类里面，里面包含存储对象缓存池

//一级缓存 这个就是我们大名鼎鼎的单例缓存池 用于保存我们所有的单实例bean
private final Map < String, Object > singletonObjects = new ConcurrentHashMap < > (256);
//三级缓存 该map用户缓存 key为 beanName  value 为ObjectFactory(包装为早期对象)
private final Map < String, ObjectFactory << ? >> singletonFactories = new HashMap < > (16);
//二级缓存 ，用户缓存我们的key为beanName value是我们的早期对象(对象属性还没有来得及进行赋值) 
private final Map < String, Object > earlySingletonObjects = new HashMap < > (16);
//已注册的单例名称set
private final Set < String > registeredSingletons = new LinkedHashSet < > (256);
//该集合用户缓存当前正在创建bean的名称
	private final Set<String> singletonsCurrentlyInCreation = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(16));
//排除当前创建检查的
	private final Set<String> inCreationCheckExclusions = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(16));
...

至此，bean工厂就初始化完成

7，AnnotationConfigApplicationContext 的父类构造器全部执行完成之后，就会再次回到当前类的构造器

public AnnotationConfigApplicationContext() {
    
    
    //创建一个读取注解的Bean定义读取器
    //完成了spring内部BeanDefinition的注册（主要是后置处理器）
	this.reader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(this);
	//创建BeanDefinition扫描器
	this.scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(this);
}

8，先看这个AnnotatedBeanDefinitionReader ，见名知意就知道这是创建一个bean定义的读取器

public AnnotatedBeanDefinitionReader(BeanDefinitionRegistry registry) {
    
    
	this(registry, getOrCreateEnvironment(registry));
}

接下来进入这个this方法，熟悉获取环境环节又出现了，在上面就已经获取到了系统的全部环境个属性，所以这里获取返回即可。

private static Environment getOrCreateEnvironment(BeanDefinitionRegistry registry) {
    
    
	Assert.notNull(registry, "BeanDefinitionRegistry must not be null");
    //如果Environment存在，则获取直接返回
	if (registry instanceof EnvironmentCapable) {
    
    
		return ((EnvironmentCapable) registry).getEnvironment();
	}
    //不存在则创建一个标准的环境
	return new StandardEnvironment();
}

如何创建一个标准环境，获取全部的系统环境和系统属性，在xml分析流程的时候详细的讲过。获取完标准环境之后，会将这个获取到的上下文的对象，赋值给read读取器，并处理一些条件注解，以及一些后置处理器等

public AnnotatedBeanDefinitionReader(BeanDefinitionRegistry registry, Environment environment) {
    
    
	Assert.notNull(registry, "BeanDefinitionRegistry must not be null");
	Assert.notNull(environment, "Environment must not be null");
	//把ApplicationContext对象赋值给AnnotatedBeanDefinitionReader
	this.registry = registry;
	//用户处理条件注解 @Conditional os.name
	this.conditionEvaluator = new ConditionEvaluator(registry, environment, null);
	//注册一些内置的后置处理器
	AnnotationConfigUtils.registerAnnotationConfigProcessors(this.registry);
}

条件处理，如一些条件判断等，判断一些环境设置，资源加载对象，类加载器对象等

public ConditionContextImpl(@Nullable BeanDefinitionRegistry registry,
	@Nullable Environment environment, @Nullable ResourceLoader resourceLoader) {
	//ioc 容器applicationContext对象
	this.registry = registry;
	//bean工厂对象
	this.beanFactory = deduceBeanFactory(registry);
	//设置环境对象
	this.environment = (environment != null ? environment : deduceEnvironment(registry));
	//资源加载对象
	this.resourceLoader = (resourceLoader != null ? resourceLoader : deduceResourceLoader(registry));
	//类加载器对象
	this.classLoader = deduceClassLoader(resourceLoader, this.beanFactory);
}

这里就是去注册一些后置处理器

public static void registerAnnotationConfigProcessors(BeanDefinitionRegistry registry) {
    
    
	registerAnnotationConfigProcessors(registry, null);
}

如注册实现Order接口，加了@Lazy的注解，加了@Autowired注解，@Required属性，JSR规范的注解等等。会将实现了这些注解的接口，或者有这些属性的参数等，会注册成一个 BeanDefinition 先存在Set集合中

10，再看这个 ClassPathBeanDefinitionScanner 对象，首先会调用他的构造方法实例化对象

public ClassPathBeanDefinitionScanner(BeanDefinitionRegistry registry) {
    
    
	this(registry, true);
}

一直到调用四个参数的构造方法

public ClassPathBeanDefinitionScanner(BeanDefinitionRegistry registry, boolean useDefaultFilters,
	Environment environment, @Nullable ResourceLoader resourceLoader) {
    
    
	this.registry = registry;
	if (useDefaultFilters) {
    
    
		registerDefaultFilters();
	}
	//设置环境对象
	setEnvironment(environment);
	//设置资源加载器
	setResourceLoader(resourceLoader);
}

首先会注册一个默认的过滤器registerDefaultFilters 如下

在这个类中，会定义两个集合，这个就和springboot的主启动器那里的一样，可以排除哪些类不被扫描

//包含的集合
private final List<TypeFilter> includeFilters = new LinkedList<>();
//排除的集合
private final List<TypeFilter> excludeFilters = new LinkedList<>();

在这个 registerDefaultFilters 方法中，第一句就是将有Component注解的类加进来，所以在这一步全部加了这个注解的都会被扫描，并生成bean定义，其他的就是一些JSR规范等

//加入扫描我们的@Component的
this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(Component.class));

注册完默认的过滤器之后，接下来就是设置环境对象，设置加载资源等，这些前面都已经拿到。至此整个扫描阶段完成。除了这个@Component这个注解会被扫描，@Service @Respository @Controller等这些注解在这个类下面都会被扫描

至此，第一阶段super阶段结束，这个阶段主要做的事情总结如下：获取整个系统的类加载器，注册factoryLog日志工厂，获取整个系统的环境和属性，创建对象的哈希码，构建默认的bean工厂，将一些条件注解、后置处理器等读取成beanDefinition，将一些常用的注解扫描成bean定义

2，register(annotatedClasses)

上面通过这个reader读取器和scan扫描器将一些注解都转换成了beanDefinition，接下来要做的事情就是将这些bean定义注册。

//定义读取器
private final AnnotatedBeanDefinitionReader reader;
public void register(Class<?>... annotatedClasses) {
    
    
	Assert.notEmpty(annotatedClasses, "At least one annotated class must be specified");
	this.reader.register(annotatedClasses);
}

其注册方式如下，会遍历所有的这个注解类

public void register(Class<?>... annotatedClasses) {
    
    
	for (Class<?> annotatedClass : annotatedClasses) {
    
    
		registerBean(annotatedClass);
	}
}

public void registerBean(Class<?> annotatedClass) {
    
    
	doRegisterBean(annotatedClass, null, null, null);
}

接下来进入真正的注册方法 doRegisterBean

首先第一步会创建一个 AnnotatedGenericBeanDefinition 的类，用于存储@Configuration注解的类

public AnnotatedGenericBeanDefinition(Class<?> beanClass) {
    
    
	setBeanClass(beanClass);
	this.metadata = new StandardAnnotationMetadata(beanClass, true);
}

随后会判断是否要跳过注解，如一些不满足条件的，@Condition注解

//判断是否需要跳过注解，spring中有一个@Condition注解，当不满足条件，这个bean就不会被解析
if (this.conditionEvaluator.shouldSkip(abd.getMetadata())) {
    
    
	return;
}

随后设置Bean的作用域，默认为单例

//解析bean的作用域，如果没有设置的话，默认为单例
ScopeMetadata scopeMetadata = this.scopeMetadataResolver.resolveScopeMetadata(abd);
abd.setScope(scopeMetadata.getScopeName());

随后解析一些通用注解，将这些注解填充到原先生成的bean定义当中

//解析通用注解，填充到AnnotatedGenericBeanDefinition，
//解析的注解为Lazy，Primary，DependsOn，Role，Description
AnnotationConfigUtils.processCommonDefinitionAnnotations(abd);

最后一步进行注册操作，

BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition(definitionHolder, this.registry);

其注册成bean定义的方式如下，

//将bean定义注册到bean工厂中
public static void registerBeanDefinition(
	BeanDefinitionHolder definitionHolder, BeanDefinitionRegistry registry)
throws BeanDefinitionStoreException {
    
    

	// 在主名称中注册bean定义
	String beanName = definitionHolder.getBeanName();
	registry.registerBeanDefinition(beanName, definitionHolder.getBeanDefinition());

	// 通过别名注册成bean定义
	String[] aliases = definitionHolder.getAliases();
	if (aliases != null) {
    
    
		for (String alias: aliases) {
    
    
			registry.registerAlias(beanName, alias);
		}
	}
}

注册bean定义的registerBeanDefinition方法如下

@Override
public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)
    throws BeanDefinitionStoreException {
    
    
    ...
}

如果这个bean定义已经存在，其内部又大量的条件判断，如bean定义的名称不能相同，权限大的优先存在不能被覆盖等等

如果bean定义不存在，会将这个beanDefinition加入到 beanDefinitionMap 集合中

this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);

如果当前map集合中没有这个bean定义，且这个bean定义是单例的，则会将之前的reset，就是将之前的bean定义给删除，如下，会现将以前的单例bean定义删除，随后再将这个最新的单例bean定义加入到map集合中

protected void resetBeanDefinition(String beanName) {
    
    
	clearMergedBeanDefinition(beanName);
	destroySingleton(beanName);

	// Reset all bean definitions that have the given bean as parent (recursively).
	for (String bdName : this.beanDefinitionNames) {
    
    
		if (!beanName.equals(bdName)) {
    
    
			BeanDefinition bd = this.beanDefinitionMap.get(bdName);
			if (beanName.equals(bd.getParentName())) {
    
    
				resetBeanDefinition(bdName);
			}
		}
	}
}

至此，beanDefinition的注册阶段完成。注册阶段的总结如下：就是将一些beanDefinition进行一些解析，设置一些属性和作用域，对一些bean定义进行验证是否需要注册，注册时需要验证会不会覆盖问题，注册后将beanDefinition存储到beanDefinitionMap中

3，总结

通过上面两步可以发现，用注解的方式来作为获取上下文并且启动spring，其复杂度远远超过使用xml的方式，并且xml方式里面有的步骤这里面全有。

这两部总结到一起如下：获取整个系统的类加载器，注册factoryLog日志工厂，获取整个系统的环境和属性，构建默认的bean工厂，将一些条件注解、后置处理器等读取成beanDefinition，将一些常用的注解扫描成beanDefinition，随后将这些beanDefinition进行解析，设置属性和作用域，验证是否需要注册，注册时需要验证会不会覆盖问题等操作，注册后将beanDefinition存储到beanDefinitionMap中