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Spring bean到底是如何創建的?(上)

2022-06-07 00:14:17 後端開發

前言

眾所周知,spring對于java程式員來說是一個及其重要的后端框架,幾乎所有的公司都會使用的框架,而且深受廣大面試官的青睞,所以本文就以常見的一個面試題"spring bean的生命周期"為切入點,從原始碼的角度帶領大家來看一看 spring bean到底是如何創建的 ,spring bean的生命周期非常重要 ,因為幾乎所有的跟spring整合的框架,比如說mybatis 、dubbo 等框架基本上都是通過bean的生命周期來實作跟spring的整合,

本文是基于spring原始碼的5.1版本

在討論spring創建bean的原始碼之前,我先大概介紹一下spring的ioc和aop的概念,

ioc(Inversion of Control,縮寫為IoC)就是控制翻轉的意思,簡單來說就是你按照spring提供的配置bean的方式將bean的創建流程交給spring來完成,比如以xml的方式宣告bean,以@Bean的注解宣告bean,以@Componet注解方式宣告bean,當你用這些方式來宣告bean的時候,spring在啟動的時候就知道要為這個類創建一個物件,接下來spring會按照自己的流程來一步一步完成bean的生成程序,也就是本文的主題,spring bean的創建流程,

aop(Aspect Oriented Programming)英文意思就是面向切面編程,說白了其實就是一個動態代理的程序,只不過spring將生成動態代理的程序給封裝到框架的內部,開發者其實只需要宣告一下對哪個物件的哪個方法進行代理(pointcut)和在被代理的方法該執行什么樣的代碼(advice),這樣就實作了aop,

有時大家可能會很好奇怎么實作動態代理的程序,怎么我配置了一下切面,就給我代理了呢?我給大家簡單解釋一下,aop的實作離不開ioc,當在spring bean創建的程序,在某個環節(后面會說到)spring框架會去判斷,你有沒有配置過給創建的物件進行代理,怎么判斷很簡單,就是根據你配置的切點運算式判斷一下,如果有就給你創建一個代理物件回傳給你,這樣你拿到的就是代理物件,接下來你對這個物件方法呼叫就會走你寫的那個advice所對應的代碼,如果判斷沒有,就會回傳給你原來的物件,就這么簡單,

大家不妨去了解一下靜態代理,這會有助于大家了解動態代理,動態代理其實跟靜態代理差不多,只不過靜態代理需要你手動寫物件的代理,屬于硬編碼的方式,有多少個類就得寫多少個類的代理類,很麻煩,而動態代理是動態生成代理類,但是本質都是加一些特殊的功能,這里就不再過多贅述了,

好了說完了spring ioc和aop的基本概念之后,接下來就來進入spring ioc中的bean的生命周期原始碼分析,

一、Spring Bean 元資訊(BeanDefinition)讀取階段

spring容器剛啟動的時候,spring會按照你的宣告bean的方式(以xml的方式宣告bean,以@Bean的注解宣告bean,以@Componet注解方式宣告bean等(其實也可以通過Properties資源配置))去讀取你宣告的資訊,然后封裝在一個叫BeanDefinition物件里面,BeanDefinition可以看成你配置資訊的一個封裝物件,就跟你平時new的User是一個概念,后面在創建物件的時候,spring拿出來BeanDefinition,基于你配置的資訊來創建物件,

二、 Spring Bean 注冊階段

Spring Bean 元資訊讀取階段結束后會為每一個bean生成一個BeanDefinition,你配置了那么多的bean就有那么多BeanDefinition吧,怎么都得有一個地方存吧,可以很好想到的,java中資料結構還是很多的,比如說list,map等,所以spring選擇通過map來存,只不過spring考慮的比較完善,封裝了一個類,叫BeanDefinitionRegistry,直接實作就是DefaultListableBeanFactory這個類(這個類是spring ioc核心類,是BeanFactory基本上算是唯一的實作,非常非常的重要),通過registerBeanDefinition方法進行注冊

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 在此為止,你通過xml或者各種方式宣告的bean已經注冊到ioc容器中了,所謂的注冊,就是表明,這些物件需要spring來幫你創建,雖然你只配置了一下,但是spring得去做很多的事來讀取配置,所以接下來就是通過spring 來獲取到你注冊bean,就會進入spring bean的創建階段

三、Bean的獲取階段

為什么先講獲取,因為spring原始碼中是先從ioc容器中獲取物件,獲取不到再創建的,所以這里先從DefaultListableBeanFactory的doGetBean方法入手,它會委派給它的父類來處理

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 先根據getSingleton方法去獲取物件 ,這里就牽扯出三級快取解決回圈依賴的問題.,

spring是如何解決回圈依賴的?

我之前寫過一篇關于三級快取是如何解決回圈依賴的,文章通過畫圖的方式,一步一步來講解三級快取在Bean創建程序中是如何發揮作用的,以及三級快取不能解決回圈依賴的場景,如果有需要的話可以關注微信公眾號 三友的java日記 ,回復 回圈依賴 即可獲取文章鏈接,

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 四、Bean的實體化階段

從這個階段開始,bean就會一步一步被創建出來父容器也沒有,就要自己去創建這個物件,在創建之前合并BeanDefinition 和 注冊依賴的bean,@DependsOn注解就是在這個階段發揮作用的

 

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 接下來就是對bean的作用回傳進行判斷,從這里可以看出,其實spring對于bean的作用范圍中的單例和多例其實是采用硬編碼的方式來進行完成的,其余的bean的作用范圍,比如在web環境中的bean作用域session、springcloud環境中的@RefreshScope注解等都是通過擴展org.springframework.beans.factory.config.Scope的實作來完成的,大家有興趣可以看看SessionScope和RefreshScope這兩個實作類,

 

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補充一點,肯定會有人好奇,我的代碼明明沒有動過,我的Controller一直在那,怎么做到的一個session一個Controller,其實原理很簡單,就是你看見的Controller其實是個代理物件,每次呼叫的時候都會根據session的不同去重新創建一個新的真正的Controller物件去呼叫,這里涉及到spring aop的知識,有機會我們再講,不過從這里可以看出,spring 的 ioc和aop是spring的核心功能,spring實作的其他機制,很多都是通過這兩個特性展開的,

接著我們順著創建單例bean繼續往下看,把創建單例bean的重要的每個環節都看一遍,從這我們就開始深入bean的生命周期原始碼階段,從createBean方法開始

1)bean class 的加載階段

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 因為可能是通過xml檔案來宣告bean的,所以要把bean class加載一下

2)bean實體化之前階段

這個階段主要是回呼所有的InstantiationAwareBeanPostProcessor物件的postProcessBeforeInstantiation方法,這個階段如果有回傳物件,直接不走下面的生命周期了(因為回傳值不為null,直接return了),所以一般沒有人這么玩,

BeanPostProcessor組件體系

InstantiationAwareBeanPostProcessor,這個介面是BeanPostProcessor的子類,BeanPostProcessor介面及其衍生的介面(接下來我稱為BeanPostProcessor組件)是bean生命周期中一個非常核心的類體系,因為spring bean在創建程序中不同的階段都會回呼BeanPostProcessor組件的方法,這樣就可以達到擴展的目的,因為只要你自己實作了BeanPostProcessor組件,就可以在生命周期的不同階段可以對你的bean進行不同的操作,達到自己的目的,比如說阿里開源的dubbo中@DubboReference注解(2.7.7版本推出的注解,取代@Reference注解,功能沒有什么變化)在整合spring的程序中主要是通過ReferenceAnnotationBeanPostProcessor來實作的,這個介面就是BeanPostProcessor的實作,說實話,bean的生命周期一大部分都是通過BeanPostProcessor組件來完成擴展的,

我們繼續往下看

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進入resolveBeforeInstantiation方法

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進入applyBeanPostProcessorsBeforeInstantiation方法

3)bean的實體化階段

這個階段是根據你的class物件,來創建一個實體物件出來,

進入doCreateBean方法

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進入createBeanInstance方法,物件就在這個方法創建的

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@Bean的構建方式、構造器注入創建物件的方式,這兩個創建的細節就不研究了

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通過帶構造引數的實體化構造方法來實體化我們就不看了,那么就進入instantiateBean方法

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從這里可以看出,不論怎么走,都是通過getInstantiationStrategy方法獲取實體化物件的策略然后呼叫instantiate來實體化物件,點進getInstantiationStrategy方法會發現其實是獲取的CglibSubclassingInstantiationStrategy,那么我們就進入instantiate方法

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這里我們可以看出,其實是獲得了class的默認構造器,然后呼叫BeanUtils.instantiateClass(constructorToUse)來實體化物件,這是這內部就是簡單的反射呼叫構造器創建物件,就不點進去了,

其實從這里我們可以看出,其實spring在創建物件實體的時候,最簡單的方式其實就是通過反射直接通過呼叫的構造方法進行實體化,其實spring物件的實體化還有其他的方式,比如我上面圖片標注的@Bean的構建方式、構造器注入創建物件的方式都不是走這,

在后面就是對創建創建出來的物件包裝成BeanWrapper物件,直接回傳,至此,bean的物件就被實體化出來了,

4) bean 的實體化之后階段

接著往下看,

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 這是一個很重要的一步,主要是為了解決回圈依賴的,跟文章最前面說的解決回圈依賴是能夠相呼應上的,

接下來看populateBean方法 

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 看看,這里就是繼續回呼BeanPostProcessor組件體系的方法,所以回呼完就表明spring bean的創建階段完成,至于這個階段為什么叫spring的bean的實體化之后階段,你可以看看回呼的方法的名字,翻譯過來就是后置處理在bean實體化之后,所以叫這個階段,

這個方法回呼完之后下面代碼就是bean生命周期中又一個核心的階段,那就是屬性賦值階段,什么@Autowired依賴注入之類的其實就是在下面代碼給你完成的,但是你有沒有發現,postProcessAfterInstantiation如果這個方法回傳false,下面的代碼就不會執行了,所以一般擴展也沒有回傳false的,沒人這么玩,其實你可以發現,spring在bean的創建程序中提供了非常多的可擴展點,你可以在每個階段改變bean的創建行為,雖然可能沒有人去這么做,但是spring依然提供了這些點,其實這也是讀原始碼的有趣的地方,你可以看見各種擴展點,自己就可以去使用擴展點,進行各種騷操作,

總結

我們把這篇文章總結一下,最開始根據配置bean的方式封裝到BeanDefinition中注冊到BeanDefinitionRegistry中,然后說講了bean的獲取,自己的容器獲取不到就會從父容器獲取,如果都沒獲取到就會自己創建,說創建之前,簡單的說明了spring是如何通過三級快取解決回圈依賴的問題,創建的時候會根據bean的作用域不同,進行了不同的創建,接下來我們選擇了深入單例bean的創建原始碼,進入了bean創建的生命周期創建階段,bean class 的加載,bean的實體化階段,詳細分為實體化之前階段、實體化階段、實體化之后階段,順便插入了對BeanPostProcessor組件體系的講解,至于spring bean的生命周期的其它階段,比如屬性賦值階段,可以看一下這篇文章 Spring Bean到底是如何創建的(下),

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