对Spring IoC容器实现的结构分析.docx

对Spring IoC容器实现的结构分析本文的目标：从实现的角度来认识SpringIoC容器。观察的角度：从外部接口，内部实现，组成部分，执行过程四个方面来认识SpringIoC容器。本文的风格：首先列出SpringIoC的外部接口及内部实现所涉及到的组件列表；其次介绍组件之间的相互关系以对整个执行过程有所把握；然后针对每一个组件的简单介绍，包括组件的类结构图，核心功能描述，重要接口的重要方法描述；接下来看SpringIoC容器实现对面向对象基本设计原则的遵守；最后是后记部分。术语约定：组件：本文中的组件是指在功能概念上具有相对独立性的功能单元，物理结构上的特征一般由一组接口、一组抽象类、一组具体实现类、异常类、工具类所组成； 这里的组件是一种相当狭义的描述，根据上下文的不同，组件可以有不同的表现形式，如：相对于Spring框架，SpringIoC容器就是Spring框架的一个组件， 相对于系统的整体框架设计，Spring框架就是整体框架的一个组件，这里组件与模块的概念基本等同。接口方法：一般定义在接口中，提供给外部调用的方法，接口方法最重要的在于接口提供者以清晰、简洁的定义提供了接口使用者所必需的功能特征；基础方法：首先基础方法也是一个接口方法，但和接口方法的差别在于接口方法的直接实现依赖于基础方法(参见BeanDefintionReader接口中的方法定义)；钩子方法：超类留给子类需要实现或重写的方法，默认实现钩子方法：超类提供默认实现，子类可以选择是否有必要重写，默认空实现钩子方法：超类提供一个空实现方法，子类可以选择是否有必要重写，抽象钩子方法：超类留给子类必须实现的方法，内部实现方法：对某一相对独立的处理逻辑的封装，以便增强代码的可读性、可修改性、可重用性，达到代码的清晰性、简洁性。注：本文的源代码基于Spring2.x。Spring的源代码也处于演变中，但对基础代码的影响并不大。正文：Spring IoC容器的外部接口:ApplicationContextBeanFactoryWebApplicationContextBeanFactory是IoC容器的核心组件，其它组件都是在为BeanFactory提供服务.ConfigurableBeanFactoryAutowireCapableBeanFactoryListableBeanFactoryHierarchicalBeanFactoryAbstractBeanFactoryAbstractAutowireCapableBeanFactoryDefaultListableBeanFactorySingletonBeanRegistry接口，BeanDefintionRegistry接口，Resource组件，ResourceLoader组件，BeanDefintion组件，BeanDefintionReader组件，XmlBeanDefinitionParser组件，BeanDefintionParser组件，NamespaceHandler组件，NamespaceHandlerResolver组件，BeanWrapper组件，-ApplicationContextConfigurableApplicationContextAbstractApplicationContextAbstractRefreshApplicationContextAbstractXmlApplicationContextClassPathXmlApplicationContextFileSystemXmlApplicationContextLifecycle接口ApplicationEventPublisher接口ApplicationEventMulticaster组件MessageSource组件MessageSourceResolvable组件-WebApplicationContextConfigurableWebApplicationContextAbstractRefreshWebApplicationContextXmlWebApplicationContextContextLoader组件ContextLoaderListenerContextLoaderServlet-FactoryBean一组回调接口，InitializingBeanDisposableBeanBeanPostProcessorBeanFactoryPostProcessorBeanNameAwareBeanFactoryAwareResourceLoaderAwareApplicationContextPublisherAwareMessageSourceAwareApplicationContextAwareApplicationContextAwareProcessorServletContextAwareServletConfigAwareServletContextAwareProcessor-对这三个接口(ApplicationContext、BeanFactory、WebApplicationContext)的讨论：ApplicationContext接口是IoC容器概念的直接对应物，包括容器自身生命周期的管理(容器的启动，容器的初始化，容器的销毁)一些便利功能的提供如：资源文件的读取，容器级事件的发布。BeanFactory接口是IoC容器的核心，其它组件都为此组件提供支持，如Resource组件，ResourceLoader组件，BeanDefintionReader组件，BeanDefintion组件，BeanWrapper组件等。BeanFactory接口相对于容器的概念太过低级，以至于直接使用需要应对较复杂的API。WebApplicationContext接口提供IoC容器对Web环境的支持，与ServletAPI的集成工作。普通Java应用程序选择IoC容器使用ApplicationContext，Web环境下的IoC容器使用WebApplicationContext。下面来关注这两行代码的执行都发生了那些事情，以了解容器的整个执行过程。ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");Foo foo = (Foo)applicationContext.getBean("foo");1.首先实例化一个容器对象，2.然后由ResourceLoader组件对参数"applicationContext.xml"进行解析，将此路径上指定的文件解析为Resource对象。3.BeanDefinitionReader将Resource资源对象内的bean元素数据封装到BeanDefintion组件中，并通过BeanDefintionRegistry将BeanDefintion注册到 BeanFactory中，4.对Resource的解析工作主要包括三个主要部分, a:对xml文档的schema验证, b:对默认命名空间元素的解析,这部分委托给XmlBeanDefintionParser组件完成， c:对客户化命名空间元素的解析,这部分工作委托给BeanDefintionParser完成,NamespaceHadler组件和NamespaceHandlerResolver组件对BeanDefintionParser提供支持工作。 这里需要提到的是一些特殊元素的解析如:import元素的解析；另外一点是对applicationContext.xml文件中的bean元素的实际解析工作是委托给 XmlBeanDefintionParserHelper类完成的；上面提到的组件接口列表中与BeanDefinition相关的组件有BeanDefinition组件，BeanDefintionRegistry接口， 除了这两个最重要的，还有如：BeanDefintionBuilder，BeanDefintionDecorator，BeanDefinitionValueResolver，BeanDefinitionRegistryBuilder等其它与BeanDefintion相关组件, 都对BeanDefintion的操作提供支持。 至此，已经完成了阶段性工作，就是已经将类型信息从applicationContext.xml配置文件bean元素中读取到内存对象的BeanDefinition组件中，接下来的工作就是如何将 BeanDefintion组件中所保存的类型信息实例化为最终的对象。5.接下来是容器的初始化工作： 调用BeanFactoryPostProcessor接口， 注册BeanPostProcessor接口， 初始化MessageSource组件， 初始化ApplicationEventMulticaster， 注册容器级监听器， 发布容器已刷新的事件， ApplicationContext接口对bean对象的初始化采取一种积极初始化策略，这样做容器初始化过程虽然比较慢，但后续的每一次bean访问相对较快，因为可以从singletonCache缓存中直接获取，6. 至此下面这行代码的执行过程已结束， ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml"); 接下来看这行代码的执行过程， Foo foo = (Foo)applicationContext.getBean("foo");7.getBean(String)的目标很明确，就是根据bean的名称得到一个bean对象，对bean对象的不同角度的分类，首先可以分为普通的非FactoryBean类型的bean对象和FactoryBean类型的bean对象，其次可以分为singleton类型的bean对象和非singleton类型的bean对象，但是这些分类是建立在一个已创建的bean对象基础之上。8.下面来看创建一个bean对象的过程， createBean(); 首先容器对BeanDefintion进行整理，根据依赖、继承关系进行合并以得到最终的BeanDefintion， 然后进行bean对象的实例化、初始化、对需要销毁操作的bean对象进行注册。 在这一过程中涉及到一组回调接口的调用，包括实例化前后的处理逻辑，初始化前后的处理逻辑，初始化过程的回调逻辑，销毁操作执行逻辑， 主要的回调接口有 InitializingBean DisposableBean BeanPostProcessor XXXXXXAware 配置风格的回调机制(init-method，destroy-method) 对bean对象的初始化工作依赖于BeanWrapper组件，BeanWrapper组件以反射的方式将BeanDefintion组件中保存的属性信息设置到bean对象中。组件描述：Resource组件与ResourceLoader组件一起工作，将字符串格式指示的资源解析为Resource对象。事实上ResourceLoader是Resource的工厂类，Java代码1. publicinterfaceResourceLoader2. publicResourcegetResource(Stringlocation);3. ResourceLoader的核心工作就是解析location，location示例：classpath:applicationContext.xml，classpath*:applicationContext-*.xml，file:/some/resource/path/myTemplate.txt，/resource/path/myTemplate.txtResourceLoader根据所指示的前缀返回特定的Resource对象。BeanDefintionReader组件，Java代码1. /将Resource中的内容通过BeanDefintionRegistry注册到BeanFactory中。2. publicinterfaceBeanDefintionReader3. BeanDefinitionRegistrygetBeanFactory();4. ResourceLoadergetResourceLoader();5. intloadBeanDefinitions(Resourceresources)throwsBeanDefinitionStoreException;6. intloadBeanDefinitions(Stringlocation)throwsBeanDefinitionStoreException;7. intloadBeanDefinitions(Stringlocations)throwsBeanDefinitionStoreException;8. /*9. *这是一个基础方法，从Resource中加载BeanDefinition；10. *这三个方法loadBeanDefintions(Resources),loadBeanDefintions(String),loadBeanDefintion(String)的实现11. *依赖于此方法的实现；12. *上面三个方法的实现在AbstractBeanDefinitionReader骨架类中完成，此方法的实现在XmlBeanDefintionReader中完成。13. */14. intloadBeanDefinitions(Resourceresource)throwsBeanDefinitionStoreException;15. Java代码1. /XmlBeanDefinitionParser组件处理配置文件中默认命名空间的元素解析，2. publicinterfaceXmlBeanDefinitionParser3. /对Document文档的解析，将解析出的内容封装到BeanDefintion中。4. voidregisterBeanDefinitions(Documentdoc,ReaderContextreaderContext)throwsBeanDefinitionStoreException;5. 这三个组件(BeanDefintionParser组件，NamespaceHandler组件，NamespaceHandlerResolver组件)处理客户化的命名空间元素的解析，此机制使用配置文件易于书写，具有可扩展性。如spring提供的实现：，第三方组件提供的实现：，等其它实现。Java代码1. /对客户化命名空间的bean元素进行解析操作。2. publicinterfaceBeanDefintionParser3. /对Element的解析。4. BeanDefinitionparse(Elementelement,ParserContextparserContext);5. 6. /根据元素命名空间得到此元素的BeanDefinitionParser处理程序；此类是BeanDefintionParser的工厂类。7. publicinterfaceNamespaceHandler8. voidinit();9. BeanDefinitionParserfindParserForElement(Elementelement);10. BeanDefinitionDecoratorfindDecoratorForElement(Elementelement);11. 12. /解析META-INF/spring.handlers中的配置信息；此类是NamespaceHandler的工厂，13. publicinterfaceNamespaceHandlerResolver14. /根据命名空间指示符得到指定的命名空间处理器。15. NamespaceHandlerresolve(StringnamespaceUri);16. BeanWrapper组件，对java bean对象提供设置属性值、获取属性值操作，并能够将字符串类型值转换为正确的类型，这个工作依赖于PropertyEditor。操作示例：beanWrapper.setPropertyValue(name,foo);beanWrapper.setPropertyValue(address.country,China);beanWrapper.setPropertyValue(array2,arrayValue);Java代码1. /PropertyEditor注册器；提供注册、获取PropertyEditor操用。2. publicinterfacePropertyEditorRegistry3. voidregisterCustomEditor(ClassrequiredType,PropertyEditorpropertyEditor);4. voidregisterCustomEditor(ClassrequiredType,StringpropertyPath,PropertyEditorpropertyEditor);5. PropertyEditorfindCustomEditor(ClassrequiredType,StringpropertyPath);6. 7. /bean对象的属性访问器。8. publicinterfacePropertyAccessor9. publicbooleanisReadableProperty(Stringname);10. publicbooleanisWritableProperty(Stringname);11. publicClassgetPropertyType(Stringname);12. publicObjectgetPropertyValue(Stringname);13. publicvoidsetPropertyValues(PropertyValuespvs);14. publicvoidsetPropertyValues(Mappvs);15. publicvoidsetPropertyValue(PropertyValuepv);16. publicvoidsetPropertyValue(Stringname,Objectvalue);17. 18. /对PropertyEditor增加管理功能。19. publicinterfaceConfigurablePropertyAccessorextendsPropertyEditorRegistry,PropertyAccessor20. voidsetExtractOldValueForEditor(booleanextractOldValueForEditor);21. booleanisExtractOldValueForEditor();22. 23. /对bean对象进行管理。24. publicinterfaceBeanWrapperextendsConfigurablePropertyAccessor25. /设置所在包装的object26. voidsetWrappedInstance(Objectobj);27. /返回包装对象.28. ObjectgetWrappedInstance();29. /返回包装对象类型30. ClassgetWrappedClass();31. /返回包装对象属性描述.32. PropertyDescriptorgetPropertyDescriptors()throwsBeansException;33. /根据属性名返回特定的属性描述对象.34. PropertyDescriptorgetPropertyDescriptor(StringpropertyName)throwsBeansException;35. Java代码1. /IoC容器的核心接口，提供访问IoC容器的基本操作。2. publicinterfaceBeanFactory3. /根据bean名称获取相应的bean对象.此方法在AbstractBeanFactory骨架类中实现，4. publicObjectgetBean(Stringname)throwsBeansException;5. 6. /定义分层的BeanFactory容器结构。7. publicinterfaceHierarchicalBeanFactoryextendsBeanFactory8. 9. 10. /对BeanFactory提供配置信息.11. publicinterfaceConfigurableBeanFactoryextendsHierarchicalBeanFactory12. voidsetParentBeanFactory(BeanFactoryparentBeanFactory);13. /注册客户化属性编辑器.14. voidregisterCustomEditor(ClassrequiredType,PropertyEditorpropertyEditor);15. /添加BeanPostProcessor.16. voidaddBeanPostProcessor(BeanPostProcessorbeanPostProcessor);17. /销毁所有singleton类型bean对象.18. voiddestroySingletons();19. 20. /主要逻辑有创建一个bean对象实例的过程，根据不同的WireMode(byName、byType)完成不同的操作。21. publicinterfaceAutowireCapableBeanFactoryextendsBeanFactory22. /创建一个bean对象.23. ObjectcreateBean(ClassbeanClass,intautowireMode,booleandependencyCheck)throwsBeansException;24. /配置一个bean对象.25. ObjectconfigureBean(ObjectexistingBean,StringbeanName)throwsBeansException;26. /初始化bean对象.27. ObjectinitializeBean(ObjectexistingBean,StringbeanName)throwsBeansException;28. ObjectapplyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(ObjectexistingBean,StringbeanName)throwsBeansException;29. ObjectapplyBeanPostProcessorsAfterInitialization(ObjectexistingBean,StringbeanName)throwsBeansException;30. 31. /*32. *提供对BeanDefintion对象的管理操作。33. *对通过BeanDefintionRegistry注册器注册到BeanFactory中的BeanDefintion对象进行管理，但注意此接口34. *并不依赖于BeanDefintion接口API；35. *此接口在操作上与BeanDefintionRegistry接口有重叠部分，但此接口的职责重在管理操作，而BeanDefintionRegistry重在注册操作，并且36. *BeanDefintionRegistry接口直接依赖于BeanDefintion接口API。37. */38. publicinterfaceListableBeanFactory39. booleancontainsBeanDefinition(StringbeanName);40. intgetBeanDefinitionCount();41. StringgetBeanDefinitionNames();42. StringgetBeanNamesForType(Classtype);43. StringgetBeanNamesForType(Classtype,booleanincludePrototypes,booleanincludeFactoryBeans);44. MapgetBeansOfType(Classtype)throwsBeansException;45. MapgetBeansOfType(Classtype,booleanincludePrototypes,booleanincludeFactoryBeans)throwsBeansException;46. 47. /48. publicinterfaceConfigurableListableBeanFactory49. extendsListableBeanFactory,AutowireCapableBeanFactory,ConfigurableBeanFactory,SingletonBeanRegistry50. voidignoreDependencyType(Classtype);51. voidignoreDependencyInterface(Classifc);52. BeanDefinitiongetBeanDefinition(StringbeanName)throwsNoSuchBeanDefinitionException;53. /在容器启动过程中实例化singleton类型bean对象。54. voidpreInstantiateSingletons()throwsBeansException;55. 56. /注册BeanDefintion对象，并进行管理操作。57. publicinterfaceBeanDefinitionRegistry58. intgetBeanDefinitionCount();59. StringgetBeanDefinitionNames();60. booleancontainsBeanDefinition(StringbeanName);61. BeanDefinitiongetBeanDefinition(StringbeanName)throwsNoSuchBeanDefinitionException;62. voidregisterBeanDefinition(StringbeanName,BeanDefinitionbeanDefinition)throwsBeansException;63. StringgetAliases(StringbeanName)throwsNoSuchBeanDefinitionException;64. voidregisterAlias(StringbeanName,Stringalias)throwsBeansException;65. 66. /*67. *注册singleton类型对象，并进行管理操作；BeanDefinitionRegistry接口将BeanDefinition注册到BeanFactory中，此接口将singleton类型68. *对象注册到BeanFactory中。69. */70. publicinterfaceSingletonBeanRegistry71. 72. ApplicationEventPublisher接口是容器事件发布接口,ApplicationEventPublisher接口的功能是委托给ApplicationEventMulticaster组件实现的，ApplicationEventMulticaster组件提供对监听器的完整操作，包括新增监听器、移除单个或全部监听器、通知监听器。Java代码1. /容器事件发布器。2. publicinterfaceApplicationEventPublisher3. voidpublishEvent(ApplicationEventevent);4. 5. /一个完整的事件模型实现。6. publicinterfaceApplicationEventMulticaster7. voidaddApplicationListener(ApplicationListenerlistener);8. voidremoveApplicationListener(ApplicationListenerlistener);9. voidremoveAllListeners();10. /*11. *事件发布方法，通知所有监听器；12. *ApplicationEventPublisher.publishEvent(ApplicationEvent)方法的实现委托给此方法完成。13. */14. voidmulticastEvent(ApplicationEventevent);15. 16. /监听器.17. publicinterfaceApplicationListenerextendsjava.util.EventListener18. 19. /事件对象.20. publicclassextendsApplicationEventextendsjava.util.EventObject21. MessageSource组件MessageSourceResolvable组件这是一个接口复用与组合复用协同工作的好例子，ApplicationContext接口继承了MessageSource接口，对外提供信息源处理操作，但内部实现委托给MessageSource组件完成。Java代码1. /SpringIoC容器的顶级接口.2. publicinterfaceApplicationContextextendsListableBeanFactory,HierarchicalBeanFactory,3. MessageSource,ApplicationEventPublisher,ResourcePatternResolver4. ApplicationContextgetParent();5. AutowireCapableBeanFactorygetAutowireCapableBeanFactory()throwsIllegalStateException;6. StringgetDisplayName();7. longgetStartupDate();8. 9. /对容器对象进行配置化、初始化工作.10. publicinterfaceConfigurableApplicationContextextendsApplicationContext,Lifecycle11. voidsetParent(ApplicationContextparent);12. voidaddBeanFactoryPostProcessor(BeanFactoryPostProcessorbeanFactoryPostProcessor);13. /此方法是核心方法，内部生成一个BeanFactory对象，并完成对BeanFactory对象的初始化和容器的初始化工作。14. voidrefresh()throwsBeansException,IllegalStateException;15. ConfigurableListableBeanFactorygetBeanFactory()throwsIllegalStateException;16. voidclose();17. 18. /生命周期管理接口.19. publicinterfaceLifecycle20. voidstart();21. voidstop();22. booleanisRunning();23. WebApplicationContextConfigurableWebApplicationContextAbstractRefreshWebApplicationContextXmlWebApplicationContextJava代码1. /提供SpringIoC容器对Web环境ServletAPI的集成。2. publicinterfaceWebApplicationContextextendsApplicationContext3. ServletContextgetServletContext();4. 5. /提供WebApplicationContext的配置工作。6. publicinterfaceConfigurableWebApplicationContextextendsWebApplicationContext,ConfigurableApplicationContext7. voidsetServletContext(ServletContextservletContext);8. voidsetServletConfig(ServletConfigservletConfig);9. voidsetNamespace(Stringnamespace);10. voidsetConfigLocations(StringconfigLocations);11. Java代码1. /ContextLoader组件从ServletContext初始化配置参数中获取Spring的配置文件路径信息，并进行IoC容器的实例化、初始化、销毁操作。2. publicclassContextLoader3. publicWebApplicationContextinitWebApplicationContext(ServletContextservletContext)4. /code.5. 6. publicvoidcloseWebApplicationContext(ServletContextservletContext)7. /code.8. 9. ContextLoaderListener和ContextLoaderServlet提供两种方式将IoC容器集成到ServletContext缓存中。从面向对象基本设计原则角度来看SpringIoC容器的设计：最基本的两条设计原则-编程到接口、首选组合复用：编程到接口， 在SpringIoC容器