Spring-IOC容器深度剖析详解

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🍉本篇简介:🍉 本篇由表及里分析Spring-IOC容器始末，如有出入还望指正。

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上一篇我们讲到了IOC容器，其实就是我们常说的Spring容器，IOC容器是具有依赖注入功能（也就是DI）的容器，负责对象的实例化、对象的初始化，对象和对象之间依赖关系配置、对象的销毁、对使用者提供对象的查找等操作，可以说IOC容器控制了整个对象的生命周期。我们需要使用的对象都由IOC容器进行创建并管理，不需要我们再去手动通过new的方式去创建对象，而是由IOC容器直接帮我们组装好，当我们需要使用的时候直接从IOC容器中直接获取就可以了，这是上一篇我们讲过的内容，这里再回顾一下。

上一篇 Spring中的核心概念

那么spring ioc容器是如何知道需要管理哪些对象呢？

上文说到我们需要给IOC容器提供一个配置清单，这个配置清单支持xml格式和java注解的方式，在配置文件中列出需要让IOC容器管理的对象，以及指定好让IOC容器如何构建某些对象，比如A对象依赖B对象、C对象等对象与对象之间的依赖关系。当spring容器启动的时候，就会去加载这个配置文件，然后将这些对象给组装好以供外部访问者使用。

IOC容器初始化细节

当然，到了springboot的时候有了自动注入的功能，在启动时并不第一时间去直接加载所有Bean的配置文件，而是采用了懒加载的方式。这意味着在应用程序启动后，只有当实际需要使用到配置信息时，才会去加载对应的配置文件。通过加载META-INF/spring.factories文件来实现自动配置。这是一个特殊的配置文件，它包含了各种自动配置类的全限定类名。Spring Boot在启动时会扫描这个文件，并根据pom文件中的配置信息创建和配置应用程序所需的组件。其实本质上还是读取配置文件，只是加载的方式变了。后续到springboot章节咱细聊。

那么说具体一点，IOC容器到底是怎样实现的呢？用了哪种结构？怎么存储？从哪看？

IOC容器其实就是一个Map，本身就是一个CurrentHashMap,这里就涉及到三级缓存，后面我们会详细拿出一篇文章进行讲解，这个Map里面存放的是各种对象，包括在Xml里面配置的Bean节点和我们采用注解的方式进行标注的类，在项目启动的时候会读取配置文件里面的Bean节点，根据全限定类名使用反射机制创建对象放到Map里。扫描到带注解的类也是通过反射机制创建对象并存放到Map中，比如一些注解、xml中的bean节点内的ref属性，项目启动的时候会读取xml节点ref属性，并根据ID进行注入，同时对于注解形式，根据类型或者id进行注入，id也就是对象名称且默认按照驼峰首字母小写的形式进行注入。

定义类

整个IOC容器的启动入口在ClassPathXmlApplicationContext的构造方法中的refresh()方法里，其实在每一个容器接口类里都会存在refresh方法，比如AnnotationConfigApplicationContext、ClassPathXmlApplicationContext、FileSystemXmlApplicationContext你都会发现refresh()方法的身影。该方法调用的是父类AbstractApplicationContext的refresh()方法。BeanDefinitionParserDelegate是 BeanDefinition解析委托类，就是专门解析由xml 转成Document的类，Document里面是以 beans 为根节点的Spring配置文件的全部内容。也就是下面这一区域。

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BeanDefinition在Spring框架中用于定义Bean的配置元信息。它包含了Bean的类名、设置父bean名称、是否为primary、Bean行为配置信息（如作用域、自动绑定模式、生命周期回调等）、依赖设置、构造参数、属性设置等内容。BeanDefinition可以被看作是对Bean属性和配置信息的抽象，这些信息被存储在Spring容器中，以便在需要的时候创建和管理Bean。通过这样的设计，Spring将Bean的创建和管理逻辑与具体的实现解耦，使得用户可以更加灵活地配置Bean。

然后将Document类进行解析，载入到BeanDefinition，这个过程非常复杂，在这里就不细细展开。其实BeanDefinition说白了就是引入了一个第三方来统一Bean的格式，因为创建Bean我们可能有多种方式，配置文件、注解、配置类等等，他都会转换成同一种格式文件，到这步只是一个定义类，只是将BeanDefinition信息发布到IOC容器中，此时依旧没有对应的Bean实例创建，没有被初始化，更没有完成依赖注入，也就是没有注入其配置的资源给Bean，那么它还不能完全使用。

初始化

对于初始化和依赖注入，Spring Bean还有一个配置选项lazy-init属性，其含义就是是否初始化SpringBean，在没有任何配置的情况下，它的默认值为default，实际值为false，也就是IOC默认全自动初始化Ben，如果将其设置为tue，那么只有当我们使用SpringIoC容器的getBean方法获取它时，它才会进行Bean的初始化，完成依赖注入。

DI依赖注入

当我们用到这个对象的时候，再通过DI注入。DI注入采用三种方式：

构造函数注入：这是在对象创建时通过构造函数参数进行的依赖注入。当Spring容器创建一个新的bean实例时，会调用相应的构造函数，将所需的依赖作为参数传递给该构造函数。
Setter方法注入：在这种方式下，依赖注入发生在bean的初始化阶段。首先，Spring容器会调用bean的无参数构造函数创建一个bean实例，然后通过反射调用bean的setter方法，将依赖注入到bean中。
注解注入：这是通过在字段上使用@Autowired注解进行的依赖注入。这种方式的注入也发生在bean的初始化阶段，与setter方法注入类似。但需要注意的是，字段注入通常不推荐使用，因为它违反了封装的原则，而且可能会导致不可预见的副作用。

需要注意的是，以上的时机都是相对于Spring容器的生命周期来说的。在Spring容器启动并初始化bean时，依赖注入就会发生。具体的时机取决于选择的依赖注入方式（构造函数、setter、字段）以及配置。构造函数注入能够保证所有的依赖在对象创建后就立即可用，并且它们是final的，不会被修改。而setter方法注入则提供了更大的灵活性，可以在运行时动态更改依赖，但它也带来了更大的复杂性。到这终于把IOC容器的流程大致说了一遍。

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Bean的概念

为啥叫Bean不叫其他呢，大家可以自行百度哈。由spring容器管理的对象统称为Bean对象。Bean就是普通的java对象，他和我们自己new的对象其实是一样的，只是这些对象是由spring去创建和管理的，我们需要在配置文件中告诉spring容器需要创建哪些bean对象，这就是我们之前说配置文件和注解两种方式，如果采用配置文件，需要先在配置文件中定义好需要创建的bean对象，这些配置统称为bean的元数据配置信息，spring容器通过读取这些bean配置元数据信息来构建和组装我们需要的对象。如果是采用注解的形式，那么spring会扫描指定包下所有带有相关注解的类，并通过AnnotationConfigApplicationContext上下文获取到指定的Bean对象。这里要注意，当我们通过注解的形式进行Bean定义的时候，如果没有指定BeanId，系统会默认通过类名驼峰的形式定义BeanId。这就是Bean的两种加载方式。

@Service
public class KeWeiService {
    public KeWeiService() {
        System.out.println("基于注解形式创建正在创建KeWeiService---   " + this);
    }
}

AnnotationConfigApplicationContext annotationConfigApplicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(KeWeiService.class);
KeWeiService kw = (KeWeiService) annotationConfigApplicationContext.getBean("keWeiService");
System.out.println(kw);

基于XML的SpringIOC容器初始化步骤

1、引入spring相关的maven配置

<dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-context</artifactId>
            <version>5.2.6.RELEASE</version>
        </dependency>
</dependencies>

2、创建bean配置文件，比如test.xml配置文件

3、在test.xml文件中定义好需要spring容器管理的bean对象

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
        https://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
        ">
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<!--构造方法中增加妻子对象-->    <bean class="org.kewei.pojo.Person" id="person">
        <constructor-arg type="org.kewei.pojo.Wife" ref="wife"/>
    </bean>
    <bean class="org.kewei.pojo.Wife" id="wife" autowire-candidate="true">
        <property name="age" value="18"/>
        <property name="name" value="可为"/>
    </bean>
</beans>

4、创建spring容器，并给容器指定需要装载的bean配置文件，当spring容器启动之后，会加载这些配置文件，然后创建好配置文件中定义好的bean对象，将这些对象放在容器中以供使用。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        ClassPathXmlApplicationContext classPathXmlApplicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("test.xml");
        Person person = (Person) classPathXmlApplicationContext.getBean("person");

        System.out.println(person.getWifeName() + person.getWifeAge());
}

5、通过容器提供的方法获取容器中的对象，然后调用Person中的方法获取Wife的年龄和名字。

IOC容器对象分析

Spring内部提供了很多表示Spring容器的接口和对象，比如BeanFactory接口，ApplicationContext接口，我们来看看比较常见的几个容器接口和具体的实现类。

BeanFactory接口

org.springframework.beans.factory.BeanFactory

spring容器中具有代表性的容器就是BeanFactory接口，这个是spring容器的顶层接口，提供了容器最基本的功能，其他实现类都是基于BeanFactory进行的功能扩展。

常用的几个方法

/按bean的id或者别名查找容器中的bean
Object getBean(String name) throws BeansException
//这个是一个泛型方法，按照bean的id或者别名查找指定类型的bean，返回指定类型的bean对象
<T> T getBean(String name, Class<T> requiredType) throws BeansException;
//返回IOC容器中指定类型的bean对象
<T> T getBean(Class<T> requiredType) throws BeansException;
//获取指定类型bean对象的获取器，这个方法比较特别，以后会专门来讲
<T> ObjectProvider<T> getBeanProvider(Class<T> requiredType);
//判断容器中是否有该Bean
boolean containsBean(String name);
//判断某个Bean对象是否为单例Bean
boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException
//判断某个Bean是否是原型Bean
boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;

ApplicationContext接口

org.springframework.context.ApplicationContext

这个接口继承了BeanFactory接口，所以内部包含了BeanFactory所有的功能，并且在其上进行了扩展，增加了很多企业级功能，比如AOP、国际化、事件支持等等。

BeanFactory与ApplicationContext有什么区别？

BeanFactory采用的是延迟加载形式来注入Bean，即只有在使用某个Bean的时候才调用getBean()方法，才对Bean进行加载和实例化。意味着Bean在需要时才进行初始化，而不是在应用启动时立即初始化。这样我们就不会发现一些存在的Spring的配置问题。如果Bean中的某一个属性没有进行注入，当BeanFactory加载后，直到第一次使用调用getBean方法的时候才会抛出异常。

要实现延迟加载，你可以通过在Bean的定义中使用lazy-init属性来配置。例如，在XML配置中，可以这样设置：

<bean id="myBean" class="com.example.MyBean" lazy-init="true"/>

通过设置lazy-init="true"，告诉Spring在第一次请求Bean时才初始化它，而不是在应用上下文启动时去加载。一开始我以为是设置了延迟时间吗？诚然不是，这里所说的延迟加载是BeanFactory本身没有默认的延迟时间，只是控制Bean的初始化时机，不涉及具体的延迟时间。

ApplicationContext是在容器启动的时候一次性创建了所有的Bean对象。先根据byType去找再通过byName去找，这样在容器启动的时候就能够发现Spring中存在的错误，这样有利于检查所依赖属性是否注入。ApplicationContext启动后预载入所有的单实例Bean，通过预载入单实例bean ,确保当你需要的时候，你就不用等待，因为它们已经创建好了。

相对于基本的BeanFactory，ApplicationContext唯一的不足是占用内存空间。当应用程序配置Bean较多时，程序启动较慢。BeanFactory通常以编程的方式被创建，ApplicationContext还能以声明的方式创建，如使用ContextLoader。

BeanFactory与ApplicationContext都支持BeanPostProcessor与BeanFactoryPostProcessor但两者之间的区别是BeanFactory要手动注册，而ApplicationContext则是自动注册。