IOC底层实现原理介绍，手动实现IOC容器

面试官特别爱问SpringIOC底层实现，Spring源码晦涩难懂怎么办呢? 跟着老师手动实现一个mini ioc容器吧，实现后再回头看Spring源码事半功倍哦，就算直接和面试官讲也完全可以哦，类名完全按照源码设计，话不多说开干~!

手动实现IOC容器的设计

需要实现的IOC功能：

·可以通过xml配置bean信息

·可以通过容器getBean获取对象

·能够根据Bean的依赖属性实现依赖注入

·可以配置Bean的单例多例

实现简易IOC设计的类

类/接口	说明
BeanFactory	IOC容器的基础接口，提供IOC容器的基本功能
DefaultListableBeanFactory	IOC容器的核心实现类，提供多个map集合用来存储bean的定义对象，提供getBean方法的核心实现
XmlBeanFactory	IOC容器的实现类，基于xml构建bean信息
XmlBeanDefinitionReader	用于解析xml信息，并提供解析Document文档的方法，并将解析到的BeanDefinition对象注册到核心容器中
BeanDefinition	封装Bean的定义对象，如: bean的id class,scope ..等等
Property	封装Bean所关联依赖的属性

类之间关系模型

前期准备

创建maven项目引入依赖

<dependencies><!-- 解析xml --><dependency><groupId>dom4j</groupId><artifactId>dom4j</artifactId><version>1.1</version></dependency><!-- BeanUtils    --><dependency><groupId>commons-beanutils</groupId><artifactId>commons-beanutils</artifactId><version>1.9.3</version></dependency></dependencies>

准备3个bean的实体类

/**
 * 学生类  
 * 学生类依赖班级对象
 * 并提供 sayHello() 方法
 * @作者 itcast
 * @创建日期 2020/3/7 19:46
 **/publicclassStudent{privateString name;privateTClass tClass;publicvoidsayHello(){System.out.println("大家好,我是"+this.name+" 我的班级是==>"+tClass.getCname()+" 我的老师是"+tClass.getTeacher().getTname());}publicStringgetName(){return name;}publicvoidsetName(String name){this.name = name;}publicTClassgettClass(){return tClass;}publicvoidsettClass(TClass tClass){this.tClass = tClass;}}

/**
 * 班级类
 * 班级类依赖教师对象
 * @作者 itcast
 * @创建日期 2020/3/7 19:45
 **/publicclassTClass{privateString cname;// 班级名称privateTeacher teacher;// 老师publicStringgetCname(){return cname;}publicvoidsetCname(String cname){this.cname = cname;}public com.itcast.ioc.bean.TeachergetTeacher(){return teacher;}publicvoidsetTeacher(com.itcast.ioc.bean.Teacher teacher){this.teacher = teacher;}}

/**
 * 教师类
 * @作者 itcast
 * @创建日期 2020/3/7 19:44
 **/publicclassTeacher{privateString tname;// 老师名称publicStringgetTname(){return tname;}publicvoidsetTname(String tname){this.tname = tname;}}

xml配置对象

配置学生对象: 小明

依赖班级对象: 3年2班

依赖教师对象: 陈老师

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><beans><!-- 配置IOC容器要管理的对象   bean作用域: 单例  原型 --><bean id="student"class="com.itcast.ioc.bean.Student" scope="singleton" lazy-init="true"><!-- 依赖注入:   属性注入    构造器注入   注解注入--><property name="name" value="小明"></property><property name="tClass" ref="tclass"></property></bean><bean id="tclass"class="com.itcast.ioc.bean.TClass"><property name="cname" value="3年2班"></property><property name="teacher" ref="teacher"></property></bean><bean id="teacher"class="com.itcast.ioc.bean.Teacher"><property name="tname" value="陈老师"></property></bean></beans>

mini-IOC容器-定义类

定义BeanFactory

/**
 * 容器的基础接口
 * 提供容器最基本的功能
 */publicinterfaceBeanFactory{// 核心方法 获取对象ObjectgetBean(String beanName);}

定义DefaultListableBeanFactory

packagecom.itcast.ioc.core;importjava.util.Map;importjava.util.concurrent.ConcurrentHashMap;/**
 * 基础容器的核心实现
 * 提供 beanDefinitionMap 存储bean的定义
 * 提供 singletonObjects 存储bean的对象实例
 * @作者 itcast
 * @创建日期 2020/7/8 15:37
 **/publicclassDefaultListableBeanFactoryimplementsBeanFactory{// 提供 beanDefinitionMap 存储bean的定义privateMap<String,BeanDefinition> beanDefinitionMap =newConcurrentHashMap<>();// 提供 singletonObjects 存储bean的对象实例 (scope为singleton的)privateMap<String,Object> singletonObjects =newConcurrentHashMap<>();/**
     * 实现getBean方法
     * @parambeanName
     * @return
     */@OverridepublicObjectgetBean(String beanName){returnnull;}/**
     * 将bean注册到容器中
     * @parambeanDefinition
     */publicvoidregisterBeanDefinition(BeanDefinition beanDefinition){
        beanDefinitionMap.put(beanDefinition.getBeanName(),beanDefinition);}}

定义BeanDefnition

/**
 * 用于描述Bean的定义
 * @作者 itcast
 * @创建日期 2020/7/8 15:41
 **/publicclassBeanDefinition{privateString beanName;// bean标签的ID 作为bean的唯一标识privateString className;// bean的所属classprivateString scope ="singleton";// bean的scope作用域privateList<Property> propertyList =newArrayList<>();publicStringgetBeanName(){return beanName;}publicvoidsetBeanName(String beanName){this.beanName = beanName;}publicStringgetClassName(){return className;}publicvoidsetClassName(String className){this.className = className;}publicStringgetScope(){return scope;}publicvoidsetScope(String scope){this.scope = scope;}publicList<Property>getPropertyList(){return propertyList;}publicvoidsetPropertyList(List<Property> propertyList){this.propertyList = propertyList;}}

定义Property

/**
 * 用于封装一个property标签
 * 属性数据
 * @作者 itcast
 * @创建日期 2020/7/8 15:44
 **/publicclassProperty{privateString name;// 属性名称privateString value;// 属性的值privateString ref;// 属性的引用publicStringgetName(){return name;}publicvoidsetName(String name){this.name = name;}publicStringgetValue(){return value;}publicvoidsetValue(String value){this.value = value;}publicStringgetRef(){return ref;}publicvoidsetRef(String ref){this.ref = ref;}}

定义XmlBeanFactory

/**
 * 继承核心实现类
 * 基于xml配置bean的实现类
 * @作者 itcast
 * @创建日期 2020/7/8 15:47
 **/publicclassXmlBeanFactoryextendsDefaultListableBeanFactory{/**
     * 将解析配置文件 注册bean的所有工作交给reader对象
     */finalXmlBeanDefinitionReader xmlBeanDefinitionReader =newXmlBeanDefinitionReader(this);/**
     * 构造器需要传入xml配置文件
     * @paramconfigPath
     */publicXmlBeanFactory(String configPath){// 使用reader对象 解析配置  注册Beanthis.xmlBeanDefinitionReader.loadBeanDefinitions(configPath);}}

定义XmlBeanDefinitionReader

/**
 * 解析配置
 * 注册到容器中
 * @作者 itcast
 * @创建日期 2020/7/8 15:51
 **/publicclassXmlBeanDefinitionReader{// 核心beanfactory对象 用于将解析后的bean注册到beanfactory中finalDefaultListableBeanFactory beanFactory;publicXmlBeanDefinitionReader(DefaultListableBeanFactory beanFactory){this.beanFactory = beanFactory;}/**
     * 根据传递的配置文件
     * 解析配置
     * 注册bean
     * @paramconfigPath
     */voidloadBeanDefinitions(String configPath){}}

mini-IOC容器--解析注册

实现步骤

1. 通过dom4j解析xml得到Document文档

2. 遍历文档所有Bean标签

3. 解析每一个Bean标签封装一个BeanDefinition对象

4. 解析每一个Bean标签下的所有Property标签封装一个Property对象

5. 将BeanDefinition和Property对象注册到容器

实现xml解析及bean注册

/**
 * 解析配置
 * 注册到容器中
 * @作者 itcast
 * @创建日期 2020/7/8 15:51
 **/publicclassXmlBeanDefinitionReader{// 核心beanfactory对象 用于将解析后的bean注册到beanfactory中finalDefaultListableBeanFactory beanFactory;publicXmlBeanDefinitionReader(DefaultListableBeanFactory beanFactory){this.beanFactory = beanFactory;}/**
     * 根据传递的配置文件
     * 解析配置
     * 注册bean
     * @paramconfigPath
     */voidloadBeanDefinitions(String configPath){// 1. 通过dom4j解析xml得到Document文档Document document =doLoadDocument(configPath);// 2. 遍历文档所有Bean标签Element rootElement = document.getRootElement();List<Element> list = rootElement.selectNodes("//bean");for(Element element : list){// 3. 解析每一个Bean标签 封装一个BeanDefinition对象BeanDefinition beanDefinition =parseBeanDefinition(element);// 5. 将BeanDefinition和Property对象注册到容器
            beanFactory.registerBeanDefinition(beanDefinition);}}/**
     * 3. 解析每一个Bean标签 封装一个BeanDefinition对象
     * 4. 解析每一个Bean标签下的所有Property标签 封装一个Property对象
     */BeanDefinitionparseBeanDefinition(Element element){BeanDefinition beanDefinition =newBeanDefinition();String beanName = element.attributeValue("id");String className = element.attributeValue("class");String scope = element.attributeValue("scope");
        beanDefinition.setBeanName(beanName);
        beanDefinition.setClassName(className);if(scope!=null&&!"".equals(scope)){
            beanDefinition.setScope(scope);}List<Element> propertyList = element.elements("property");for(Element propertyEle : propertyList){Property property =newProperty();
            property.setName(propertyEle.attributeValue("name"));
            property.setValue(propertyEle.attributeValue("value"));
            property.setRef(propertyEle.attributeValue("ref"));
            beanDefinition.getPropertyList().add(property);}return beanDefinition;}/**
     * 解析Document文档
     * @paramconfigPath
     * @return
     */DocumentdoLoadDocument(String configPath){InputStream inputStream =this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(configPath);SAXReader saxReader =newSAXReader();try{return saxReader.read(inputStream);}catch(DocumentException e){
            e.printStackTrace();System.out.println("解析xml出现异常==>"+e.getMessage());thrownewRuntimeException(e.getMessage());}}}

准备测试类

/**
 * 测试类
 * @作者 itcast
 * @创建日期 2020/7/8 16:19
 **/publicclassIocTest{publicstaticvoidmain(String[] args){// 创建IOC容器BeanFactory beanFactory =newXmlBeanFactory("applicationContext.xml");// 通过容器获取对象Student student =(Student)beanFactory.getBean("student");// 调用对象sayHello方法
        student.sayHello();}}

断点查看注册情况

可以看到我们配置的xml内容已经解析成了BeanDefinition对象，注册到了核心容器的map中

mini-IOC容器-getBean

实现步骤

1. 先从单例的map集合中获取是否有指定beanName的对象

·有直接返回

·没有下一步

2. 从注册集合中获取bean的定义对象

·有下一步

·没有抛异常NoSuchBeanDefinition

3. 判断bean的scope作用域

singleton单例

· createBean对象

·存入单例集合

·返回对象

prototype多例

·createBean对象

·返回对象

4. createBean方法

获取BeanDefinition中的className

通过反射API得到Class对象

通过反射API得到bean实例

获取BeanDefinition中依赖的属性列表

实现属性的依赖注入

实现getBean及createBean方法

/**
 * 基础容器的核心实现
 * 提供 beanDefinitionMap 存储bean的定义
 * 提供 singletonObjects 存储bean的对象实例
 * @作者 itcast
 * @创建日期 2020/7/8 15:37
 **/publicclassDefaultListableBeanFactoryimplementsBeanFactory{// 提供 beanDefinitionMap 存储bean的定义privateMap<String,BeanDefinition> beanDefinitionMap =newConcurrentHashMap<>();// 提供 singletonObjects 存储bean的对象实例 (scope为singleton的)privateMap<String,Object> singletonObjects =newConcurrentHashMap<>();/**
     * 实现getBean方法
     * @parambeanName
     * @return
     */@OverridepublicObjectgetBean(String beanName){//        1. 先从单例的map集合中获取 是否有指定beanName的对象Object singletonObj = singletonObjects.get(beanName);//                有直接返回if(singletonObj!=null){return singletonObj;}//                没有下一步//        2. 从注册集合中获取bean的定义对象BeanDefinition beanDefinition = beanDefinitionMap.get(beanName);//                有下一步//        没有抛异常NoSuchBeanDefinitionif(beanDefinition==null){thrownewRuntimeException("NoSuchBeanDefinition : 你找的 "+beanName+" 对象 不存在");}//        3. 判断bean的scope作用域String scope = beanDefinition.getScope();//                singleton单例if("singleton".equals(scope)){//        createBean对象Object obj =createBean(beanDefinition);//        存入单例集合
            singletonObjects.put(beanName,obj);//        返回对象return obj;}else{//        prototype多例//        createBean对象returncreateBean(beanDefinition);//        返回对象}}/**
     * //4. createBean方法
     * //获取BeanDefinition中的className
     * //通过反射API得到Class对象
     * //通过反射API得到bean实例
     * //获取BeanDefinition中依赖的属性列表
     * //实现属性的依赖注入
     * 创建对象
     * @parambeanDefinition
     * @return
     */ObjectcreateBean(BeanDefinition beanDefinition){String className = beanDefinition.getClassName();Class<?> aClass;try{
            aClass =Class.forName(className);}catch(ClassNotFoundException e){
            e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("类未找到"+e.getMessage());}// 创建对象:Object obj;try{
            obj = aClass.newInstance();}catch(InstantiationException e){
            e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("创建对象失败"+e.getMessage());}catch(IllegalAccessException e){
            e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("非法访问"+e.getMessage());}// 依赖注入List<Property> propertyList = beanDefinition.getPropertyList();for(Property property : propertyList){String name = property.getName();String value = property.getValue();String ref = property.getRef();// 属性名不为空 进行注入if(name!=null&&!"".equals(name)){// 如果配置的是value值 直接注入if(value!=null&&!"".equals(value)){Map<String,String> params =newHashMap<>();
                    params.put(name,value);try{BeanUtils.populate(obj,params);}catch(IllegalAccessException e){
                        e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("非法访问"+e.getMessage());}catch(InvocationTargetException e){
                        e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("调用目标对象失败"+e.getMessage());}}// 如果配置的是ref需要获取其它对象注入if(ref!=null&&!"".equals(ref)){try{BeanUtils.setProperty(obj,name,getBean(ref));}catch(IllegalAccessException e){
                        e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("非法访问"+e.getMessage());}catch(InvocationTargetException e){
                        e.printStackTrace();thrownewRuntimeException("调用目标对象失败"+e.getMessage());}}}}return obj;}/**
     * 将bean注册到容器中
     * @parambeanDefinition
     */publicvoidregisterBeanDefinition(BeanDefinition beanDefinition){
        beanDefinitionMap.put(beanDefinition.getBeanName(),beanDefinition);}}

mini-IOC容器-单例对象初始化

DefaultListableBeanFactory增加初始化方法

publicvoidpreInstaniceSingletons(){
        beanDefinitionMap.forEach((beanName,beanDefinition)->{String scope = beanDefinition.getScope();// 判断单例  非抽象   不懒加载if("singleton".equals(scope)){this.getBean(beanName);}});}

XmlBeanFactory增加单例对象初始化

publicXmlBeanFactory(String configPath){// 使用reader对象 解析配置  注册Beanthis.xmlBeanDefinitionReader.loadBeanDefinitions(configPath);// 初始化单例对象this.preInstaniceSingletons();}

mini-IOC容器-测试和小结

测试对象能否获取

查看bean的注册及单例集合信息

可以通过变更scope的值查看对应的变化

IOC容器源码及其它面试细节

扩展: 容器如何创建对象

IOC容器在准备创建对象时，会判断是否有配置 factory-method方法

如果有配置会调用factory-method所指向的方法构建对象.

如果没配置，会检查是否有配置构造参数

无构造参数: 调用默认构造器创建对象

有构造参数: 根据参数情况匹配对应的构造器

扩展: bean的生命周期

spring 容器中的bean的完整生命周期一共分为十一步完成。

1.bean对象的实例化

2.封装属性，也就是设置properties中的属性值

3.如果bean实现了BeanNameAware，则执行setBeanName方法,也就是bean中的id值

4.如果实现BeanFactoryAware或者ApplicationContextAware ，需要设置setBeanFactory或者上下文对象setApplicationContext

5.如果存在类实现BeanPostProcessor后处理bean，执行postProcessBeforeInitialization，可以在初始化之前执行一些方法

6.如果bean实现了InitializingBean，则执行afterPropertiesSet，执行属性设置之后的操作

7.调用执行指定的初始化方法

8.如果存在类实现BeanPostProcessor则执行postProcessAfterInitialization，执行初始化之后的操作

9.执行自身的业务方法

10.如果bean实现了DisposableBean，则执行spring的的销毁方法

11.调用执行自定义的销毁方法。

扩展: bean的循环依赖问题

A 依赖 B B 依赖 A 产生闭环，称为循环依赖

·Spring 默认允许单例对象的属性注入所产生的循环依赖

单例对象的循环依赖 Spring通过3级缓存来解决

比如一个类A中有一个属性是B类，B类中有一个属性是A类，这时看Spring是怎么解决他们的相互依赖的。Spring注入一个类的大体步骤分为两部分，一是先完成对类的构造工作，二是会对类的属性进行设置和填充。首先Spring构造A类，通过AbstractAutowireCapableBeanFactory的doCreateBean方法中调用addSingletonFactory方法将A类曝光到singletonFactories中。这时完成A的构造后，需要填充B属性，继续第二步，发现B还没有构造，于是开始B流程的构造过程，构造的时候发现需要填充A，从第三层缓存singletonFactories中找到A(此时的A还没有完全构造完成，但是可以拿到A的一个引用)，B拿到A的引用后，完成B自己的填充属性工作，完成初始化工作，把自己放到第一层缓存singletonObjects中。这时回到A的这边，在拿到B对象后，完成自己的填充属性工作。

源码	级别	描述
singletonObjects	一级缓存	用于存放完全初始化好的 bean，从该缓存中取出的 bean 可以直接使用
earlySingletonObjects	二级缓存	存放原始的 bean 对象（尚未填充属性），用于解决循环依赖
singletonFactories	三级缓存	存放 bean 工厂对象，用于解决循环依赖

·如果是构造器依赖属性会报循环依赖异常

·如果对象都是多例对象会报循环依赖异常

·如果设置allowCircularReferences为false 会报循环依赖异常

protectedvoidcustomizeBeanFactory(DefaultListableBeanFactory beanFactory){if(this.allowBeanDefinitionOverriding !=null){
      beanFactory.setAllowBeanDefinitionOverriding(this.allowBeanDefinitionOverriding);}if(this.allowCircularReferences !=null){
      beanFactory.setAllowCircularReferences(this.allowCircularReferences);}}

扩展: bean的覆盖问题

默认情况:

同一个配置文件中出现id相同的bean会报错，不同的配置文件出现id相同的bean后加，载的bean会将先加载的bean覆盖掉称为bean的覆盖，bean的覆盖不会报错，但可能影响我们的项目，可以通过属性设置不允许bean的覆盖，allowBeanDefinitionOverriding设置为false。