Spring实战 | Spring IOC不能说的秘密？

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Spring IOC（Inversion of Control，控制反转）是 Spring 框架的核心特性之一，它通过解耦和依赖注入的方式简化了应用的组件开发和维护。在 Spring 框架中，有两个主要的 IOC 容器实现：一个是基于 XML 配置文件的 BeanFactory，另一个是基于 Java 类的 ApplicationContext。

在这里插入图片描述

一、工作原理

这里我们以一个简单的案例来分析 Spring IOC 的工作原理。假设我们有一个简单的 Java 程序，需要用到一个数据持久层（DataAccess）和一个业务层（Service）。
首先，我们需要创建一个 Spring 配置文件（如：applicationContext.xml），在这个文件中，我们将 DataAccess 和 Service 作为 Bean 定义：

<bean id="dataAccess" class="com.example.DataAccessImpl"/>  
<bean id="service" class="com.example.ServiceImpl" property="dataAccess">  
   <property name="dataAccess" ref="dataAccess"/>  
</bean>

在这个配置文件中，我们定义了两个 Bean：一个是 DataAccess 类型的 Bean，另一个是 Service 类型的 Bean。Service Bean 中的 dataAccess 属性通过 ref 属性指定为 DataAccess Bean。
接下来，我们需要在 Java 程序中创建一个 Spring 的 IOC 容器，并从中获取 DataAccess 和 Service Bean：

import com.example.DataAccess;  
import com.example.Service;  
import org.springframework.context.ApplicationContext;  
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;
public class Main {  
   public static void main(String[] args) {  
       ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");  
       DataAccess dataAccess = (DataAccess) context.getBean("dataAccess");  
       Service service = (Service) context.getBean("service");
       // 使用 Service 进行业务操作  
       service.doSomething();  
   }  
}

在这个 Java 程序中，我们首先创建了一个 Spring 的 IOC 容器（ApplicationContext），然后通过 getBean 方法获取了 DataAccess 和 Service Bean。注意，由于 Service Bean 的 dataAccess 属性是通过 ref 属性指定为 DataAccess Bean，所以在获取 Service Bean 时，Spring 会自动将 DataAccess Bean 注入到 Service Bean 中。
现在，我们可以通过 Service 类的 doSomething 方法来调用 DataAccess 类的相关方法进行数据持久操作。这个过程就是 Spring IOC 的工作原理。Spring IOC 容器负责管理 Bean 的创建和管理，以及 Bean 之间的依赖关系，我们只需要关注业务逻辑的实现即可。
总结一下，Spring IOC 的核心思想是：不再由对象自己创建和管理它所依赖的对象，而是由外部（如 Spring 容器）负责注入依赖对象。这样可以大大简化对象的创建和管理，提高代码的可维护性和可扩展性。

二、具体分析

资源加载：Spring IOC 容器中的资源加载主要采用了模板设计模式和抽象工厂设计模式。在创建实例的托管和创建过程中，Spring 根据 XML 配置文件创建 Resource 对象，该对象中包含了 BeanDefinition 的信息。

// Resource 加载  
public Resource getResourceByPath(String path) {  
   if (path.startsWith("/")) {  
       path = path.substring(1);  
   }  
   Resource[] resources = getResources();  
   for (Resource resource : resources) {  
       if (resource.getPath().equals(path)) {  
           return resource;  
       }  
   }  
   return null;  
}

BeanDefinition 的管理：Spring IOC 容器中的 BeanDefinition 是一个重要的组成部分，它用于描述 Bean 的定义，包括 Bean 的名称、类名、属性等信息。BeanDefinition 的管理主要通过 BeanDefinitionRegistry 和 BeanDefinitionReader 两个类实现。

// BeanDefinitionReader 读取 BeanDefinition  
public void readBeanDefinitions(Resource resource) throws BeansException, IOException {  
   if (!resource.exists()) {  
       return;  
   }  
   try (InputStream reader = resource.getInputStream()) {  
       while (reader.markSupported()) {  
           int marker = reader.mark();  
           if (marker == XMLBeanDefinitionReader.ROOT_ELEMENT_START_MARKER) {  
               // 创建 BeanDefinitionReader 对象  
               BeanDefinitionReader beanDefinitionReader = new BeanDefinitionReader(this);  
               // 开始解析 XML 文件中的 BeanDefinition  
               beanDefinitionReader.parse(reader);  
           } else if (marker == XMLBeanDefinitionReader.ROOT_ELEMENT_END_MARKER) {  
               // 解析结束  
               break;  
           }  
       }  
   }  
}

Bean 的创建和管理：Spring IOC 容器中的 Bean 创建和管理主要通过 BeanFactory 类实现。BeanFactory 类包含了创建 Bean、获取 Bean、删除 Bean 等方法，它是 Spring IOC 容器的核心部分。

// BeanFactory 创建 Bean  
public Object getBean(String name) throws BeansException {  
   // 根据 Bean 名称获取 BeanDefinition  
   BeanDefinition beanDefinition = getBeanDefinition(name);  
   // 如果 BeanDefinition 不存在，抛出异常  
   if (beanDefinition == null) {  
       throw new NoSuchBeanDefinitionException(name);  
   }  
   // 创建 Bean  
   Object bean = createBean(name, beanDefinition);  
   // 返回 Bean  
   return bean;  
}

依赖注入：Spring IOC 容器中的依赖注入主要通过 DependencyAutowire 和 PropertyAutowire 两个类实现。DependencyAutowire 类用于自动注入依赖，而 PropertyAutowire 类用于自动注入属性。

// DependencyAutowire 注入依赖  
public void setDependency(String propertyName, @Qualifier @Nullable String[] qualifiedClassNames) {  
   // 获取 BeanDefinition  
   BeanDefinition beanDefinition = getBeanDefinition(propertyName);  
   // 如果 BeanDefinition 不存在，抛出异常  
   if (beanDefinition == null) {  
       throw new NoSuchBeanDefinitionException(propertyName);  
   }  
   // 获取依赖的 Bean  
   @Qualifier("'" + beanDefinition.getBeanClassName() + "'")  
   @Autowired  
   Object dependency = getBeanFactory().getBean(propertyName, Object.class);  
   // 设置依赖  
   setter.setValue(this, dependency);  
}

生命周期管理：Spring IOC 容器中的生命周期管理主要通过 Lifecycle 和 LifecycleCallback 两个接口实现。Lifecycle 接口定义了 Bean 的生命周期方法，如 start、stop 等；LifecycleCallback 接口则是一个回调接口，用于在 Bean 的生命周期方法执行前后执行特定的逻辑。

// Lifecycle 接口  
public interface Lifecycle {  
   void start() throws BeansException;  
   void stop() throws BeansException;  
   boolean isStarted();  
   boolean isStopped();  
   void destroy() throws BeansException;  
}

三、核心功能分析

由于 Spring IOC 核心代码较长，无法在这里全部展示。但我可以简要介绍一下 Spring IOC 的核心部分，并提供部分关键代码示例。

BeanFactory 的创建：
BeanFactory 是 Spring IOC 容器的基本实现，它负责管理 Bean 的创建和管理。创建过程主要包括以下几个步骤：

读取 Spring 配置文件（如 applicationContext.xml），解析其中的 Bean 定义；
创建一个 BeanDefinitionRegistry，用于存储解析后的 BeanDefinition；
创建一个 BeanFactoryInstance，用于封装 BeanDefinitionRegistry 和其他 BeanFactory 的实例；
调用 BeanFactoryInstance 的 getObjectForBeanName 方法，根据 BeanName 获取对应的 Bean 定义；
通过 BeanDefinition 的 getBean 方法创建 Bean 实例；
将 Bean 实例添加到 BeanFactory 的 singletonObjects 中，以 BeanName 为键。
以下是创建 BeanFactory 的示例代码：

public class BeanFactoryImpl implements BeanFactory {  
   //... 省略其他代码...
   @Override  
   protected void createBeanFactory(String name, BeanDefinitionRegistry registry) throws BeansException {  
       // 创建并初始化一个 DefaultListableBeanFactory 实例  
       DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();  
       beanFactory.setBeanDefinitionRegistry(registry);  
       beanFactory.setResourceAccess(new ClassPathResource(name, getClassLoader()));  
       beanFactory.setEnvironment(this.environment);  
       beanFactory.setApplicationContextName(name);  
       beanFactory.setParentBeanFactory(this);  
       beanFactory.setSingletonObjects(new ConcurrentHashMap<String, Object>());  
       beanFactory.setDefaultSingletonBeanName(name);  
       beanFactory.registerBeanDefinition(new RootBeanDefinition(beanFactory, name));  
   }  
}

Bean 的生命周期：
Bean 的生命周期主要包括以下几个阶段：

实例化：根据 BeanDefinition 创建 Bean 实例；
属性填充：将 BeanDefinition 中的属性值设置到 Bean 实例上；
初始化：调用 Bean 的初始化方法，进行相关设置；
依赖注入：将 Bean 的依赖关系注入到 Bean 实例上；
销毁：当 Bean 没有引用时，调用 Bean 的 destroy 方法进行销毁。
以下是 Bean 生命周期的示例代码：

public class BeanFactoryImpl implements BeanFactory {  
   //... 省略其他代码...
   @Override  
   protected Object createBean(String name, BeanDefinition beanDefinition, Object[] args) throws BeansException {  
       // 根据 BeanDefinition 创建 Bean 实例  
       Object bean = beanDefinition.getBean();
       // 属性填充  
       for (PropertyValue propertyValue : beanDefinition.getPropertyValues()) {  
           bean = propertyValue.resolve(bean);  
       }
       // 初始化  
       bean = beanDefinition.initialize(bean);
       // 依赖注入  
       if (bean instanceof ConfigurableBeanFactory) {  
           ((ConfigurableBeanFactory) bean).mergeBeanDefinitions(beanDefinition.getResourceDescription());  
       }
       // 将 Bean 添加到 singletonObjects 中，以 BeanName 为键  
       synchronized (this.singletonObjects) {  
           this.singletonObjects.put(name, bean);  
       }
       return bean;  
   }  
}

依赖注入：
Spring IOC 容器通过依赖注入（Dependency Injection，DI）的方式将 Bean 的依赖关系注入到 Bean 实例上。依赖注入主要有两种方式：构造器注入和 setter 方法注入。
以下是依赖注入的示例代码：

public class BeanFactoryImpl implements BeanFactory {  
   //... 省略其他代码...
   @Override  
   protected Object createBean(String name, BeanDefinition beanDefinition, Object[] args) throws BeansException {  
       //... 省略其他代码...
       // 依赖注入  
       if (bean instanceof ConfigurableBeanFactory) {  
           ((ConfigurableBeanFactory) bean).mergeBeanDefinitions(beanDefinition.getResourceDescription());  
       }
       //... 省略其他代码...  
   }  
}