Spring之Bean创建过程

1. 前言

Spring提供了xml、注解、JavaConfig多种方式来配置bean，不论何种方式，Spring最终都会将bean封装成BeanDefinition对象，Spring创建bean的依据也是通过BeanDefinition来完成的。
当我们调用getBean()方法获取bean实例时，不管是单例bean还是原型bean，首次调用时容器内都不存在可用的bean实例，这时就不得不去创建bean了，我们分析下Spring创建bean的过程。

2. Bean创建概览

Bean生命周期.jpg
Spring Bean的创建过程是非常复杂的，但是整体流程又是清晰的。创建bean的入口函数在AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBean()，Spring首先会触发一个扩展点InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessBeforeInstantiation()，如果扩展点返回了可用的bean，这里会进行短路操作，Spring将不再去实例化目标bean，这样做的好处是，扩展点可以在这里返回一个代理对象去避免目标bean被实例化。
如果扩展点没有返回可用的bean对象，Spring会自己去实例化bean，实例化bean的方式有三种，取决于BeanDefinition的配置。Bean实例化完了之后，Spring会通过扩展点的方式来收集Bean的注解属性和方法，比如：@Autowired、@Value、init-method等等，信息收集完毕会通过populateBean()方法对bean进行属性填充，其实就是注入依赖。属性填充完毕，紧接着会对bean进行初始化，触发bean实现的各种Aware接口，生命周期方法，以及BeanPostProcessor扩展点。
以上执行完毕后，此时的bean就已经是一个可用的bean了，可以直接返回了。但是，bean可能还会有destroy-method方法，需要在bean销毁时被调用，所以最后还需要把这一类bean暂存到Map容器中，以便销毁时触发。

3. InstantiationAwareBeanPostProcessor

根据beanName创建bean，首先需要知道bean对应的class。解析class有2种方式，如果mbd存在BeanClass就直接用，否则根据BeanClassName加载class。

/**
* 解析BeanClass
* 1.存在BeanClass
* 2.根据BeanClassName加载Class
*/
Class<?> resolvedClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);

紧接着准备MethodOverrides，因为Spring支持lookup-method和replace-method功能，针对这两类方法Spring统一保存在MethodOverrides里面，如果bean存在MethodOverrides，则需要创建代理对象来增强。
这里的准备阶段，其实是解析MethodOverride是否存在重载方法，如果不存在重载方法，会将overloaded设为false，增强调用时就不用再根据参数类型去判断该调用哪个重载方法了。

/**
 * 准备重写方法，解析是否有重载方法
 * 1.lookup-method
 * 2.replace-method
 * 如果存在MethodOverride，则创建代理对象
 */
try {
    mbdToUse.prepareMethodOverrides();
} catch (BeanDefinitionValidationException ex) {
    throw new BeanDefinitionStoreException(mbdToUse.getResourceDescription(),
            beanName, "Validation of method overrides failed", ex);
}

然后Spring触发扩展点InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessBeforeInstantiation()，如果扩展点返回了可用的bean，Spring将不再对目标bean进行实例化。这里你可以返回一个代理对象，然后自己决定什么时候实例化目标bean。

try {
    /**
     * 触发InstantiationAwareBeanPostProcessor扩展
     * 允许它返回代理对象，来避免目标Bean实例化
     * @see InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessBeforeInstantiation(java.lang.Class, java.lang.String)
     */
    Object bean = resolveBeforeInstantiation(beanName, mbdToUse);
    if (bean != null) {
        /**
         * 如果InstantiationAwareBeanPostProcessor返回了代理对象，则不再实例化目标Bean，短路操作
         */
        return bean;
    }
} catch (Throwable ex) {
    throw new BeanCreationException(mbdToUse.getResourceDescription(), beanName,
            "BeanPostProcessor before instantiation of bean failed", ex);
}

resolveBeforeInstantiation()其实就是从容器中取出所有的InstantiationAwareBeanPostProcessor实现类，然后依次调用postProcessBeforeInstantiation()方法。如果扩展点返回了bean对象，紧接着会马上触发postProcessAfterInitialization()方法，跳过目标bean的实例化。

protected Object resolveBeforeInstantiation(String beanName, RootBeanDefinition mbd) {
    Object bean = null;
    if (!Boolean.FALSE.equals(mbd.beforeInstantiationResolved)) {
        if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
            Class<?> targetType = determineTargetType(beanName, mbd);
            if (targetType != null) {
                // 应用InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessBeforeInstantiation处理器
                bean = applyBeanPostProcessorsBeforeInstantiation(targetType, beanName);
                if (bean != null) {
                    /**
                     * 如果扩展点返回了可用bean，不再实例化目标bean，紧接着应用after处理器
                     * 应用InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessBeforeInstantiation处理器
                     */
                    bean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(bean, beanName);
                }
            }
        }
        mbd.beforeInstantiationResolved = (bean != null);
    }
    return bean;
}

4. createBeanInstance

如果InstantiationAwareBeanPostProcessor扩展点没有返回可用bean，Spring会对目标bean实例化，紧接着调用doCreateBean()方法。
实例化bean的方法是AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBeanInstance()，实例化bean的方式有三种：

如果RootBeanDefinition提供了instanceSupplier方法，则直接调用instanceSupplier方法来生成bean对象，避免反射实例化bean的性能消耗。
如果是@Bean方法声明的bean，Spring会从容器中找到factoryBeanName对应的工厂bean，然后反射调用factoryMethodName来创建bean。
通过构造函数实例化。

protected BeanWrapper createBeanInstance(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args) {
    Class<?> beanClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);
    if (beanClass != null && !Modifier.isPublic(beanClass.getModifiers()) && !mbd.isNonPublicAccessAllowed()) {
        throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
                "Bean class isn't public, and non-public access not allowed: " + beanClass.getName());
    }
    Supplier<?> instanceSupplier = mbd.getInstanceSupplier();
    if (instanceSupplier != null) {
        return obtainFromSupplier(instanceSupplier, beanName);
    }
    /**
     * 如果是@Bean方法声明的bean，则调用工厂方法来生成bean
     * 从容器中取出factoryBean，反射调用@Bean方法生成bean
     */
    if (mbd.getFactoryMethodName() != null) {
        return instantiateUsingFactoryMethod(beanName, mbd, args);
    }

    boolean resolved = false;
    boolean autowireNecessary = false;
    if (args == null) {
        synchronized (mbd.constructorArgumentLock) {
            /*
                一个类有多个构造函数，每个构造函数都有不同的参数，
                所以需要根据参数锁定构造函数并进行初始化
             */
            if (mbd.resolvedConstructorOrFactoryMethod != null) {
                resolved = true;
                autowireNecessary = mbd.constructorArgumentsResolved;
            }
        }
    }
    // 如果已经解析过则使用解析好的构造函数 ， 不需要再次锁定
    if (resolved) {
        if (autowireNecessary) {
            // 构造函数注入
            return autowireConstructor(beanName, mbd, null, null);
        } else {
            // 无参构造函数
            return instantiateBean(beanName, mbd);
        }
    }

    // 根据参数解析构造函数
    Constructor<?>[] ctors = determineConstructorsFromBeanPostProcessors(beanClass, beanName);
    if (ctors != null || mbd.getResolvedAutowireMode() == AUTOWIRE_CONSTRUCTOR ||
            mbd.hasConstructorArgumentValues() || !ObjectUtils.isEmpty(args)) {
        //构造函数自动注入
        return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, args);
    }

    // Preferred constructors for default construction?
    ctors = mbd.getPreferredConstructors();
    if (ctors != null) {
        return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, null);
    }

    // 无需特殊处理:只需使用无参构造函数。
    return instantiateBean(beanName, mbd);
}

5. MergedBeanDefinitionPostProcessor

通过**createBeanInstance()**方法实例化的bean只是一个不可用的bean对象，因为这个时候bean的属性还没有填充，依赖也没有注入，初始化方法也没有被调用，后置处理器也还没有执行。
紧接着，Spring会对bean做一些信息收集，收集的信息包括@Autowired、@Value、@Resource等注解，init-method、destroy-method方法等，将这些信息封装成Member对象，存放到RootBeanDefinition的externallyManagedConfigMembers属性里。
收集工作是通过扩展点MergedBeanDefinitionPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition()进行的，Spring内置了多个实现类来收集信息，通过名字基本就能看出来它们要收集哪些信息。

CommonAnnotationBeanPostProcessor
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor
InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor

synchronized (mbd.postProcessingLock) {
    if (!mbd.postProcessed) {
        try {
            /**
             * 触发扩展点
             * 解析bean的 @Autowired @Value @Resource注解
             * init destory-method方法
             * 存放到BD的externallyManagedConfigMembers中
             * @see MergedBeanDefinitionPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition(org.springframework.beans.factory.support.RootBeanDefinition, java.lang.Class, java.lang.String)
             */
            applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(mbd, beanType, beanName);
        } catch (Throwable ex) {
            throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
                    "Post-processing of merged bean definition failed", ex);
        }
        mbd.postProcessed = true;
    }
}

6. SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor

Bean的信息收集完毕，还有一个问题需要解决。Spring是允许Bean之间存在循环依赖的，比如BeanA有一个属性BeanB，BeanB也有一个属性BeanA，两者互相依赖对方。Spring创建BeanA时发现它依赖BeanB，就会去创建BeanB，创建BeanB时又发现它依赖BeanA，此时又会去创建BeanA，循环依赖就此产生。为了打破这个死循环，Spring的解决方案是，不等BeanA完全创建好，就提前暴露到缓存中，这样在创建BeanB时就可以直接依赖这个半成品BeanA了，循环就此打破。
如果允许提前暴露bean，那么Spring还会触发一个扩展点SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor#getEarlyBeanReference()来获得提前暴露bean的引用，默认是直接原样返回bean。

/**
 * 这个时候bean还没初始化，是否要提前暴露Bean？以便循环依赖
 * 条件：单例 & 允许循环依赖 & bean正在创建中
 */
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
        isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
    if (logger.isTraceEnabled()) {
        logger.trace("Eagerly caching bean '" + beanName +
                "' to allow for resolving potential circular references");
    }
    /**
     * 加入到singletonFactories
     */
    addSingletonFactory(beanName,
            /**
             * 获取提前暴露Bean的引用，默认原样返回bean
             * 触发扩展点，AOP在这里将advice织入bean中
             * @see SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor#getEarlyBeanReference(java.lang.Object, java.lang.String)
             */
            () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}

7. populateBean

bean实例生成了，bean的信息也收集完毕了，接下来就是对bean进行属性填充了，方法是populateBean()。
Spring此时又会触发一个扩展点InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessAfterInstantiation()，返回值代表是否要继续填充bean，默认返回true。

/**
 * 触发扩展点，返回值代表是否要继续填充bean
 * @see InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessAfterInstantiation(java.lang.Object, java.lang.String)
 */
boolean continueWithPropertyPopulation = true;
if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
    for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
        if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
            InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
            if (!ibp.postProcessAfterInstantiation(bw.getWrappedInstance(), beanName)) {
                continueWithPropertyPopulation = false;
                break;
            }
        }
    }
}
if (!continueWithPropertyPopulation) {
    return;
}

如果需要继续填充bean，则通过InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessProperties()扩展点来完成的bean的填充。执行完这一步，Bean的属性会完成填充，依赖也会被注入。

/**
 * 触发扩展点，这里会注入@Autowired、@Resource、@Value等属性
 * @see InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessProperties(org.springframework.beans.PropertyValues, java.lang.Object, java.lang.String) InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessProperties(org.springframework.beans.PropertyValues, java.lang.Object, java.lang.String)
 * @see InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessPropertyValues(org.springframework.beans.PropertyValues, java.beans.PropertyDescriptor[], java.lang.Object, java.lang.String)
 */
PropertyDescriptor[] filteredPds = null;
if (hasInstAwareBpps) {
    if (pvs == null) {
        pvs = mbd.getPropertyValues();
    }
    for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
        if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
            InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
            PropertyValues pvsToUse = ibp.postProcessProperties(pvs, bw.getWrappedInstance(), beanName);
            if (pvsToUse == null) {
                if (filteredPds == null) {
                    filteredPds = filterPropertyDescriptorsForDependencyCheck(bw, mbd.allowCaching);
                }
                // 对所有需要依赖检查的属性进行后处理
                pvsToUse = ibp.postProcessPropertyValues(pvs, filteredPds, bw.getWrappedInstance(), beanName);
                if (pvsToUse == null) {
                    return;
                }
            }
            pvs = pvsToUse;
        }
    }
}

8. initializeBean

属性填充，依赖注入完，接下来就是bean的初始化。
首先会调用invokeAwareMethods()方法来触发Bean实现的各类Aware接口。

private void invokeAwareMethods(final String beanName, final Object bean) {
    if (bean instanceof Aware) {
        if (bean instanceof BeanNameAware) {
            ((BeanNameAware) bean).setBeanName(beanName);
        }
        if (bean instanceof BeanClassLoaderAware) {
            ClassLoader bcl = getBeanClassLoader();
            if (bcl != null) {
                ((BeanClassLoaderAware) bean).setBeanClassLoader(bcl);
            }
        }
        if (bean instanceof BeanFactoryAware) {
            ((BeanFactoryAware) bean).setBeanFactory(AbstractAutowireCapableBeanFactory.this);
        }
    }
}

然后触发扩展点BeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization()。

Object wrappedBean = bean;
if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
    /**
     * 触发扩展点
     * @see BeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization(java.lang.Object, java.lang.String)
     */
    wrappedBean = applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(wrappedBean, beanName);
}

如果bean实现了InitializingBean接口，Spring紧接着会触发InitializingBean#afterPropertiesSet()扩展点，再执行init-method。

protected void invokeInitMethods(String beanName, final Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd)
            throws Throwable {
        //判断该bean 如果实现了InitializingBean接口，则调用bean的afterPropertiesSet方法
        boolean isInitializingBean = (bean instanceof InitializingBean);
        // 执行afterPropertiesSet方法
        if (isInitializingBean && (mbd == null || !mbd.isExternallyManagedInitMethod("afterPropertiesSet"))) {
            if (logger.isTraceEnabled()) {
                logger.trace("Invoking afterPropertiesSet() on bean with name '" + beanName + "'");
            }
            if (System.getSecurityManager() != null) {
                try {
                    AccessController.doPrivileged((PrivilegedExceptionAction<Object>) () -> {
                        ((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet();
                        return null;
                    }, getAccessControlContext());
                } catch (PrivilegedActionException pae) {
                    throw pae.getException();
                }
            } else {
                ((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet();
            }
        }
        // 执行initMethod方法
        if (mbd != null && bean.getClass() != NullBean.class) {
            String initMethodName = mbd.getInitMethodName();
            //判断是否指定了init-method方法，如果指定了init-method方法，则再调用制定的init-method
            if (StringUtils.hasLength(initMethodName) &&
                    !(isInitializingBean && "afterPropertiesSet".equals(initMethodName)) &&
                    !mbd.isExternallyManagedInitMethod(initMethodName)) {
                //调用init-method方法中指定的方法， 是通过反射实现
                invokeCustomInitMethod(beanName, bean, mbd);
            }
        }
    }

initMethods执行完毕，接着触发BeanPostProcessor#postProcessAfterInitialization()扩展点对bean做最后的扩展。

if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
    /**
     * 触发扩展点
     * @see BeanPostProcessor#postProcessAfterInitialization(java.lang.Object, java.lang.String)
     */
    wrappedBean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(wrappedBean, beanName);
}
return wrappedBean;

9. registerDisposableBean

到此为止，bean就创建完毕了，是一个完整的可用的bean了。最后一步，是判断bean是否存在destroy-method，如果有还需要把bean注册到Map容器中，以便bean销毁时调用。

protected void registerDisposableBeanIfNecessary(String beanName, Object bean, RootBeanDefinition mbd) {
    AccessControlContext acc = (System.getSecurityManager() != null ? getAccessControlContext() : null);
    if (!mbd.isPrototype() && requiresDestruction(bean, mbd)) {
        if (mbd.isSingleton()) {
            registerDisposableBean(beanName,
                    new DisposableBeanAdapter(bean, beanName, mbd, getBeanPostProcessors(), acc));
        } else {
            Scope scope = this.scopes.get(mbd.getScope());
            if (scope == null) {
                throw new IllegalStateException("No Scope registered for scope name '" + mbd.getScope() + "'");
            }
            scope.registerDestructionCallback(beanName,
                    new DisposableBeanAdapter(bean, beanName, mbd, getBeanPostProcessors(), acc));
        }
    }
}