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零基础带你看Spring源码——IOC控制反转

IP云
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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） 

     <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） 

    public class TestBeanServiceImpl implements TestBeanService {

        public String getBean() {

            return "a test bean";

        }

    }

配置XML（部分代码） 

    <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） 

    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？

先来看看它的类图



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 ApplicaionContext 与 BeanFactory 。

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 ListableBeanFactory 和 HierarchicalBeanFactory 。

BeanFactory

ListableBeanFactory 和 HierarchicalBeanFactory 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

从 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。 

    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。 

    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。 

    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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