Spring 容器原始 Bean 是如何创建的？

news2024/10/5 18:27:08

以下内容基于 Spring6.0.4。

这个话题其实非常庞大，我本来想从 getBean 方法讲起，但一想这样讲完估计很多小伙伴就懵了，所以我们还是一步一步来，今天我主要是想和小伙伴们讲讲 Spring 容器创建 Bean 最最核心的 createBeanInstance 方法，这个方法专门用来创建一个原始 Bean 实例。

松哥这里就以 Spring 源码中方法的执行顺序为例来和小伙伴们分享。

1. doCreateBean

AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean 就是 Bean 的创建方法，但是 Bean 的创建涉及到的步骤非常多，包括各种需要调用的前置后置处理器方法，今天我主要是想和大家聊聊单纯的创建 Bean 的过程，其他方法咱们后面文章继续。

在 doCreateBean 方法中，有如下一行方法调用：

protected Object doCreateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
		throws BeanCreationException {
	// Instantiate the bean.
	BeanWrapper instanceWrapper = null;
	if (mbd.isSingleton()) {
		instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
	}
	if (instanceWrapper == null) {
		instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
	}
	Object bean = instanceWrapper.getWrappedInstance();
    //...
	return exposedObject;
}

createBeanInstance 这个方法就是真正的根据我们的配置去创建一个 Bean 了。

2. createBeanInstance

先来看源码：

protected BeanWrapper createBeanInstance(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args) {
	// Make sure bean class is actually resolved at this point.
	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);
	}
	if (mbd.getFactoryMethodName() != null) {
		return instantiateUsingFactoryMethod(beanName, mbd, args);
	}
	// Shortcut when re-creating the same bean...
	boolean resolved = false;
	boolean autowireNecessary = false;
	if (args == null) {
		synchronized (mbd.constructorArgumentLock) {
			if (mbd.resolvedConstructorOrFactoryMethod != null) {
				resolved = true;
				autowireNecessary = mbd.constructorArgumentsResolved;
			}
		}
	}
	if (resolved) {
		if (autowireNecessary) {
			return autowireConstructor(beanName, mbd, null, null);
		}
		else {
			return instantiateBean(beanName, mbd);
		}
	}
	// Candidate constructors for autowiring?
	Constructor<?>[] ctors = determineConstructorsFromBeanPostProcessors(beanClass, beanName);
	if (ctors != null || mbd.getResolvedAutowireMode() == AUTOWIRE_CONSTRUCTOR ||
			mbd.hasConstructorArgumentValues() || !ObjectUtils.isEmpty(args)) {
		return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, args);
	}
	// Preferred constructors for default construction?
	ctors = mbd.getPreferredConstructors();
	if (ctors != null) {
		return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, null);
	}
	// No special handling: simply use no-arg constructor.
	return instantiateBean(beanName, mbd);
}

这里就是核心的 Bean 的创建方法了，因此这个方法我来和大家详细分析一下。

2.1 resolveBeanClass

这个方法是用来解析出来当前的 beanClass 对象，它的核心逻辑就是根据我们在 XML 文件中配置的类的全路径，通过反射加载出来这个 Class：

@Nullable
protected Class<?> resolveBeanClass(RootBeanDefinition mbd, String beanName, Class<?>... typesToMatch)
		throws CannotLoadBeanClassException {
    if (mbd.hasBeanClass()) {
        return mbd.getBeanClass();
    }
    return doResolveBeanClass(mbd, typesToMatch);
}

首先会调用 mbd.hasBeanClass() 方法去判断是否已经通过反射加载出来 beanClass 了，如果加载出来了就直接返回，没有加载的话，就继续执行下面的 doResolveBeanClass 去加载。

什么时候会走 if 这条线呢？松哥举一个例子，如果我们设置某一个 Bean 的 Scope 是 prototype 的话，那么当第二次获取该 Bean 的实例的时候，就会走 if 这条线。

@Nullable
private Class<?> doResolveBeanClass(RootBeanDefinition mbd, Class<?>... typesToMatch)
		throws ClassNotFoundException {
	//...
	String className = mbd.getBeanClassName();
	if (className != null) {
		Object evaluated = evaluateBeanDefinitionString(className, mbd);
		if (!className.equals(evaluated)) {
			// A dynamically resolved expression, supported as of 4.2...
			if (evaluated instanceof Class<?> clazz) {
				return clazz;
			}
			else if (evaluated instanceof String str) {
				className = str;
				freshResolve = true;
			}
			else {
				throw new IllegalStateException("Invalid class name expression result: " + evaluated);
			}
		}
		if (freshResolve) {
			// When resolving against a temporary class loader, exit early in order
			// to avoid storing the resolved Class in the bean definition.
			if (dynamicLoader != null) {
                return dynamicLoader.loadClass(className);
			}
			return ClassUtils.forName(className, dynamicLoader);
		}
	}
	// Resolve regularly, caching the result in the BeanDefinition...
	return mbd.resolveBeanClass(beanClassLoader);
}

按理说，根据我们配置的类的全路径加载出来一个 Class 应该是非常容易的，直接 Class.forName 就可以了。

但是！！！

如果对 Spring 用法比较熟悉的小伙伴就知道，配置 Class 全路径的时候，我们不仅可以像下面这样老老实实配置：

<bean class="org.javaboy.bean.Book"/>

我们甚至可以使用 SpEL 来配置 Bean 名称，例如我有如下类：

public class BeanNameUtils {
    public String getName() {
        return "org.javaboy.bean.User";
    }
}

这里有一个 getName 方法，这个方法返回的是一个类的全路径，现在我们在 XML 文件中可以这样配置：

<bean class="org.javaboy.bean.BeanNameUtils" id="beanNameUtils"/>
<bean class="#{beanNameUtils.name}" id="user"/>

在 XML 的 class 属性中，我们可以直接使用 SpEL 去引用一个方法的执行，用该方法的返回值作为 class 的值。

了解了 Spring 中的这个玩法，再去看上面的源码就很好懂了：

  • 首先调用 mbd.getBeanClassName(); 去获取到类路径。
  • 接下来调用 evaluateBeanDefinitionString 方法进行 SpEL 运算，这个运算的目的是为了解析 className 中的 SpEL 表达式，当然，一般情况下 className 就是一个普通的字符串，不是 SpEL 表达式，那么解析完成之后就还是原本的字符串。如果是 className 是一个 SpEL，那么合法的解析结果分为两种：
    • 首先就是解析之后拿到了一个 Class，那这个就是我们想要的结果，直接返回即可。
    • 要么就是解析出来是一个字符串，松哥上面举的例子就是这种情况，那么就把这个字符串赋值给 className，并且将 freshResolve 属性设置为 true，然后在接下来的 if 分支中去加载 Class。

当然，上面这些都是处理特殊情况，一般我们配置的普通 Bean，都是直接走最后一句 mbd.resolveBeanClass(beanClassLoader)，这个方法的逻辑其实很好懂，我把代码贴出来小伙伴们来瞅一瞅：

@Nullable
public Class<?> resolveBeanClass(@Nullable ClassLoader classLoader) throws ClassNotFoundException {
	String className = getBeanClassName();
	if (className == null) {
		return null;
	}
	Class<?> resolvedClass = ClassUtils.forName(className, classLoader);
	this.beanClass = resolvedClass;
	return resolvedClass;
}

这个方法就相当直白了，根据 className 加载出来 Class 对象，然后给 beanClass 属性也设置上值，这就和一开始的 if (mbd.hasBeanClass()) 对应上了。

好了，到此，我们总算是根据 className 拿到 Class 对象了。

2.2 Supplier 和 factory-method

好了，回到一开始的源码中，接下来该执行如下两行代码了：

Supplier<?> instanceSupplier = mbd.getInstanceSupplier();
if (instanceSupplier != null) {
	return obtainFromSupplier(instanceSupplier, beanName);
}
if (mbd.getFactoryMethodName() != null) {
	return instantiateUsingFactoryMethod(beanName, mbd, args);
}

这两个松哥在前面的文章中和小伙伴们已经讲过了（Spring5 中更优雅的第三方 Bean 注入）：前面的 obtainFromSupplier 方法是 Spring5 开始推出来的 Supplier，通过回调的方式去获取一个对象；第二个方法 instantiateUsingFactoryMethod 则是通过配置的 factory-method 来获取到一个 Bean 实例。

对这两个方法不熟悉的小伙伴可以参考前面的文章：Spring5 中更优雅的第三方 Bean 注入。

2.3 re-create 逻辑

继续回到一开始的源码中，接下来是一段 re-create 的处理逻辑，如下：

boolean resolved = false;
boolean autowireNecessary = false;
if (args == null) {
	synchronized (mbd.constructorArgumentLock) {
		if (mbd.resolvedConstructorOrFactoryMethod != null) {
			resolved = true;
			autowireNecessary = mbd.constructorArgumentsResolved;
		}
	}
}
if (resolved) {
	if (autowireNecessary) {
		return autowireConstructor(beanName, mbd, null, null);
	}
	else {
		return instantiateBean(beanName, mbd);
	}
}

根据前面的介绍，我们现在已经获取到 Class 对象了，接下来直接调用相应的构造方法就可以获取到 Bean 实例了。但是这个 Class 对象可能存在多个构造方法，所以还需要一堆流程去确定到底调用哪个构造方法。

所以这里会先去判断 resolvedConstructorOrFactoryMethod 是否不为空，不为空的话，说明这个 Bean 之前已经创建过了，该用什么方法创建等等问题都已经确定了，所以这次就不用重新再去确定了（resolved = true）。另一方面，autowireNecessary 表示构造方法的参数是否已经处理好了，这个属性为 true 则表示构造方法的参数已经处理好了，那么就可以调用 autowireConstructor 方法去创建一个 Bean 出来，否则调用 instantiateBean 方法初始化 Bean。

这里涉及到的 autowireConstructor 和 instantiateBean 方法我们先不细说了，因为在后面还会再次涉及到。

2.4 构造器注入

继续回到一开始的源码中，接下来就是针对各种处理器的预处理了：

Constructor<?>[] ctors = determineConstructorsFromBeanPostProcessors(beanClass, beanName);
if (ctors != null || mbd.getResolvedAutowireMode() == AUTOWIRE_CONSTRUCTOR ||
		mbd.hasConstructorArgumentValues() || !ObjectUtils.isEmpty(args)) {
	return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, args);
}

先来看 determineConstructorsFromBeanPostProcessors 方法，这个方法主要是考虑到你可能提供了 SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor，松哥在前面的文章中和大家专门讲过 BeanPostProcessor（BeanFactoryPostProcessor 和 BeanPostProcessor 有什么区别？），这里的 SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor 算是 BeanPostProcessor 的一种，也是 Bean 的一种增强器。SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor 中有一个 determineCandidateConstructors 方法，这个方法返回某一个 Bean 的构造方法，将来可以通过这个构造方法初始化某一个 Bean。

我给大家举一个简单例子，假设我有如下类：

public class User {
    private String username;
    private String address;

    public User() {
        System.out.println("=====no args=====");
    }

    public User(ObjectProvider<String> username) {
        System.out.println("args==username");
        this.username = username.getIfAvailable();
    }

    //省略 getter/setter/toString
}

现在我在 Spring 容器中注册这个对象：

<bean class="org.javaboy.bean.User" id="user">
</bean>

按照我们已有的知识，这个将来会调用 User 的无参构造方法去完成 User 对象的初始化。

但是现在，假设我添加如下一个处理器：

public class MySmartInstantiationAwareBeanPostProcessor implements SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor {
    @Override
    public Constructor<?>[] determineCandidateConstructors(Class<?> beanClass, String beanName) throws BeansException {
        if ("user".equals(beanName)) {
            Constructor<?> constructor = null;
            try {
                constructor = beanClass.getConstructor(ObjectProvider.class);
            } catch (NoSuchMethodException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            return new Constructor[]{constructor};
        }
        return SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor.super.determineCandidateConstructors(beanClass, beanName);
    }
}

在 determineCandidateConstructors 方法中，返回一个有参构造方法，那么将来 Spring 容器会通过这里返回的有参构造方法去创建 User 对象，而不是通过无参构造方法去创建 User 对象。

最后，将这个处理器注册到 Spring 容器：

<bean class="org.javaboy.bean.MySmartInstantiationAwareBeanPostProcessor"/>

现在，当我们启动 Spring 容器的时候，User 就是通过有参构造方法初始化的，而不是无参构造方法。之所以会这样，就是因为本小节一开始提到的源码 determineConstructorsFromBeanPostProcessors，这个方法就是去查看有无 SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor，如果有，就调用对应的方法找到处理器并返回。

这个弄懂之后，if 中其他几种情况就好理解了，mbd.getResolvedAutowireMode() 是查看当前对象的注入方式，这个一般是在 XML 中配置的，不过日常开发中我们一般不会配置这个属性，如果需要配置，方式如下：

<bean class="org.javaboy.bean.User" id="user" autowire="constructor">
</bean>

如果添加了 autowire="constructor" 就表示要通过构造方法进行注入，那么这里也会进入到 if 中。

if 里边剩下的几个条件都好说，就是看是否有配置构造方法参数，如果配置了，那么也直接调用相应的构造方法就行了。

这里最终执行的是 autowireConstructor 方法，这个方法比较长，我就不贴出来了，和大家说一说它的思路：

  1. 首先把能获取到的构造方法都拿出来，如果构造方法只有一个，且目前也没有任何和构造方法有关的参数，那就直接用这个构造方法就行了。
  2. 如果第一步不能解决问题，接下来就遍历所有的构造方法，并且和已有的参数进行参数数量和类型比对，找到合适的构造方法并调用。

2.5 PreferredConstructors

继续回到一开始的源码中，接下来是这样了：

ctors = mbd.getPreferredConstructors();
if (ctors != null) {
	return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, null);
}

这块代码看字面好理解，就是获取到主构造方法，不过这个是针对 Kotlin 的，跟我们 Java 无关，我就不啰嗦了。

2.6 instantiateBean

最后就是 instantiateBean 方法了，这个方法就比较简单了，我把代码贴一下小伙伴们应该自己都能看明白：

protected BeanWrapper instantiateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd) {
	try {
		Object beanInstance = getInstantiationStrategy().instantiate(mbd, beanName, this);
		BeanWrapper bw = new BeanWrapperImpl(beanInstance);
		initBeanWrapper(bw);
		return bw;
	}
	catch (Throwable ex) {
		throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName, ex.getMessage(), ex);
	}
}
@Override
public Object instantiate(RootBeanDefinition bd, @Nullable String beanName, BeanFactory owner) {
	// Don't override the class with CGLIB if no overrides.
	if (!bd.hasMethodOverrides()) {
		Constructor<?> constructorToUse;
		synchronized (bd.constructorArgumentLock) {
			constructorToUse = (Constructor<?>) bd.resolvedConstructorOrFactoryMethod;
			if (constructorToUse == null) {
				final Class<?> clazz = bd.getBeanClass();
				if (clazz.isInterface()) {
					throw new BeanInstantiationException(clazz, "Specified class is an interface");
				}
				try {
					constructorToUse = clazz.getDeclaredConstructor();
					bd.resolvedConstructorOrFactoryMethod = constructorToUse;
				}
				catch (Throwable ex) {
					throw new BeanInstantiationException(clazz, "No default constructor found", ex);
				}
			}
		}
		return BeanUtils.instantiateClass(constructorToUse);
	}
	else {
		// Must generate CGLIB subclass.
		return instantiateWithMethodInjection(bd, beanName, owner);
	}
}

从上面小伙伴么可以看到，本质上其实就是调用了 constructorToUse = clazz.getDeclaredConstructor();，获取到一个公开的无参构造方法，然后据此创建一个 Bean 实例出来。

3. 小结

好了，这就是 Spring 容器中 Bean 的创建过程，我这里单纯和小伙伴们分享了原始 Bean 的创建这一个步骤，这块内容其实非常庞杂，以后有空我会再和小伙伴们分享。

最后，给上面分析的方法生成了一个时序图，小伙伴们作为参考。

其实看 Spring 源码，松哥最大的感悟就是小伙伴们一定要了解 Spring 的各种用法，在此基础之上，源码就很好懂，如果你只会 Spring 一些基本用法，那么源码一定是看得云里雾里的。

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