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Spring：IOC原理总结

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IOC容器介绍

Spring 通过一个配置文件描述 Bean 及 Bean 之间的依赖关系，利用 Java 语言的反射功能实例化 Bean 并建立 Bean 之间的依赖关系。 Spring 的 IoC 容器在完成这些底层工作的基础上，还提供了 Bean 实例缓存、生命周期管理、 Bean 实例代理、事件发布、资源装载等高级服务。

  • BeanFactory 是 Spring 框架的基础设施，面向 Spring 本身.
  • ApplicationContext 面向使用 Spring 框架的开发者，几乎所有的应用场合我们都直接使用 ApplicationContext 而非底层的 BeanFactory。

Spring IoC结构

Spring 启动时读取应用程序提供的Bean配置信息，并在Spring容器中生成一份相应的Bean配置注册表，然后根据这张注册表实例化Bean，装配好Bean之间的依赖关系，为上层应用提供准备就绪的运行环境。
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BeanFactory继承体系

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  • BeanDefinitionRegistry： Spring 配置文件中每一个节点元素在 Spring 容器里都通过一个 BeanDefinition 对象表示，它描述了 Bean 的配置信息。而 BeanDefinitionRegistry 接口提供了向容器手工注册 BeanDefinition 对象的方法。

  • BeanFactory 接口位于类结构树的顶端 ，它最主要的方法就是 getBean(String beanName)，该方法从容器中返回特定名称的 Bean，BeanFactory 的功能通过其他的接口得到不断扩展：

  • ListableBeanFactory：该接口定义了访问容器中 Bean 基本信息的若干方法，如查看Bean 的个数、获取某一类型 Bean 的配置名、查看容器中是否包括某一 Bean 等方法；

  • HierarchicalBeanFactory：父子级联 IoC 容器的接口，子容器可以通过接口方法访问父容器； 通过 HierarchicalBeanFactory 接口， Spring 的 IoC 容器可以建立父子层级关联的容器体系，子容器可以访问父容器中的 Bean，但父容器不能访问子容器的 Bean。Spring 使用父子容器实现了很多功能，比如在 Spring MVC 中，展现层 Bean 位于一个子容器中，而业务层和持久层的 Bean 位于父容器中。这样，展现层 Bean 就可以引用业务层和持久层的 Bean，而业务层和持久层的 Bean 则看不到展现层的 Bean。

  • ConfigurableBeanFactory：是一个重要的接口，增强了 IoC 容器的可定制性，它定义了设置类装载器、属性编辑器、容器初始化后置处理器等方法；

  • AutowireCapableBeanFactory：定义了将容器中的 Bean 按某种规则（如按名字匹配、按类型匹配等）进行自动装配的方法；

  • SingletonBeanRegistry：定义了允许在运行期间向容器注册单实例 Bean 的方法；

对于单实例（ singleton）的 Bean 来说，BeanFactory会缓存 Bean 实例，所以第二次使用 getBean() 获取 Bean 时将直接从 IoC 容器的缓存中获取 Bean 实例。Spring 在 DefaultSingletonBeanRegistry 类中提供了一个用于缓存单实例 Bean 的缓存器，它是一个用HashMap 实现的缓存器，单实例的 Bean 以 beanName 为键保存在这个HashMap 中。

ApplicationContext的继承体系

ApplicationContext 继承了 HierarchicalBeanFactory 和 ListableBeanFactory 等接口，在此基础上，还通过多个其他的接口扩展了 BeanFactory 的功能：
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ApplicationContext 容器建立BeanFactory之上，拥有BeanFactory的所有功能，但在实现上会有所差别。我认为差别主要体现在两个方面：1.bean的生成方式；2.扩展了BeanFactory的功能，提供了更多企业级功能的支持。1.bean的加载方式BeanFactory提供BeanReader来从配置文件中读取bean配置。相应的ApplicationContext也提供几个读取配置文件的方式：

  • FileSystemXmlApplicationContext：该容器从 XML 文件中加载已被定义的 bean。在这里，你需要提供给构造器 XML 文件的完整路径
  • ClassPathXmlApplicationContext：该容器从 XML 文件中加载已被定义的 bean。在这里，你不需要提供 XML 文件的完整路径，只需正确配置 CLASSPATH 环境变量即可，因为，容器会从 CLASSPATH 中搜索 bean 配置文件。
  • WebXmlApplicationContext：该容器会在一个 web 应用程序的范围内加载在 XML 文件中已被定义的 bean。
  • ConfigurableApplicationContext 扩展于 ApplicationContext，它新增加了两个主要的方法： refresh()和 close() 让ApplicationContext具有启动、刷新和关闭应用上下文的能力。在应用上下文关闭的情况下调用 refresh()即可启动应用上下文，在已经启动的状态下，调用 refresh()则清除缓存并重新装载配置信息，而调用close()则可关闭应用上下文。
  • 比较重要的是，ApplicationContext采用的非懒加载方式。它会在启动阶段完成所有的初始化，并不会等到getBean()才执行。所以，相对于BeanFactory来说，ApplicationContext要求更多的系统资源，同时，因为在启动时就完成所有初始化，容器启动时间较之BeanFactory也会长一些。在那些系统资源充足，并且要求更多功能的场景中， ApplicationContext类型的容器是比较合适的选择。

Bean的生命周期(初始化过程)

当某个bean 被 getBean()调用时bean需要完成初时化，以及其依赖对象的初始化 如果bean本身有回调，还需要调用其相应的回调函数从 上面我们也可以知道，beanDefinition（容器启动阶段）只完成bean的定义，并未完成初始化。初始是通过beanFactory的getBean()时才进行的.
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如果 BeanFactory 装配了org.springframework.beans.factory.config.BeanPostProcessor后处理器，将调用 BeanPostProcessor 的 Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName)接口方法对 Bean 进行加工操作。其中入参 bean 是当前正在处理的 Bean，而 beanName 是当前 Bean 的配置名，返回的对象为加工处理后的 Bean。用户可以使用该方法对某些 Bean 进行特殊的处理，甚至改变 Bean 的行为， BeanPostProcessor 在 Spring 框架中占有重要的地位，为容器提供对 Bean 进行后续加工处理的切入点， Spring 容器所提供的各种“神奇功能”（如 AOP，动态代理等）都通过 BeanPostProcessor 实施

BeanPostProcessor 后处理器定义了两个方法：其一是 postProcessBeforeInitialization() 先一步调用；其二是 Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName)方法，这个方法调用时，容器再次获得对 Bean 进行加工处理的机会

容器级生命周期接口方法：InstantiationAwareBeanPostProcessor 和 BeanPostProcessor 这两个接口实现一般称它们的实现类为“ 后处理器” 。 后处理器接口一般不由 Bean 本身实现，它们独立于 Bean，实现类以容器附加装置的形式注册到 Spring 容器中并通过接口反射为 Spring 容器预先识别。当Spring容器创建任何Bean的时候，这些后处理器都会发生作用，所以这些后处理器的影响是全局性的

如果你认为实例化的对象就是通过我们定义的类new 出来的，那就大错特错了，其实这里用到了AOP机制，生成了其代理对象（通过反射机制生成接口对象，或者是通过CGLIB生成子对象）

ApplicationContext 和 BeanFactory 另一个最大的不同之处在于：ApplicationContext会利用 Java 反射机制自动识别出配置文件中定义的 BeanPostProcessor、 InstantiationAwareBeanPostProcessor 和 BeanFactoryPostProcessor，并自动将它们注册到应用上下文中；而后者需要在代码中通过手工调用 addBeanPostProcessor()方法进行注册。这也是为什么在应用开发时，我们普遍使用 ApplicationContext 而很少使用 BeanFactory 的原因之一.

总结

  1. Spring IOC容器主要有继承体系底层的BeanFactory、高层的ApplicationContext和WebApplicationContext
  2. Bean有自己的生命周期
  3. 容器启动原理：Spring应用的IOC容器通过tomcat的Servlet或Listener监听启动加载；Spring MVC的容器由DispatchServlet作为入口加载；Spring容器是Spring MVC容器的父容器
  4. 容器加载Bean原理：
    • BeanDefinitionReader读取Resource所指向的配置文件资源，然后解析配置文件。配置文件中每一个解析成一个BeanDefinition对象，并保存到BeanDefinitionRegistry中；
    • 容器扫描BeanDefinitionRegistry中的BeanDefinition；调用InstantiationStrategy进行Bean实例化的工作；使用BeanWrapper完成Bean属性的设置工作；
    • 单例Bean缓存池：Spring 在 DefaultSingletonBeanRegistry 类中提供了一个用于缓存单实例 Bean 的缓存器，它是一个用 HashMap 实现的缓存器，单实例的 Bean 以 beanName 为键保存在这个HashMap 中。

参考

Spring IOC原理总结