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IOC(Inversion of Control)，即控制反转，意思是将对象的创建和依赖关系交给第三方容器处理，我们要用的时候告诉容器我们需要什么然后直接去拿就行了。举个例子，我们有一个工厂，它生产各种产品，当你需要某个产品，比如你需要一辆汽车，你就告诉工厂你需要一辆汽车，工厂就会直接返回给你一辆汽车，而不需要你自己通过付出劳动来得到这辆汽车，你也不用关心工厂是如何生产这辆汽车。对应到我们的程序中就是，IOC容器会帮我们创建和管理对象，当你告诉容器你需要某个对象时，容器会把这个对象返回给你，而不需要自己去new出一个对象来，对象的创建和管理会由容器自动进行，直接从容器中拿来用就可以了。IOC可以说是Spring最核心的思想，它使我们的开发变得简单（对象之间的依赖关系可以通过配置文件或者注解来建立），对于这种优秀的设计思想，我们当然有必要研究一下它的底层实现原理。
首先我们来关注一个接口，源码如下：
package org.springframework.beans.factory; import org.springframework.beans.BeansException; import org.springframework.core.ResolvableType; import org.springframework.lang.Nullable; /** * * @author Rod Johnson * @author Juergen Hoeller * @author Chris Beams * @since 13 April 2001 * */ public interface BeanFactory { String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&"; Object getBean(String name) throws BeansException; <T> T getBean(String name, @Nullable Class<T> requiredType) throws BeansException; Object getBean(String name, Object... args) throws BeansException; <T> T getBean(Class<T> requiredType) throws BeansException; <T> T getBean(Class<T> requiredType, Object... args) throws BeansException; boolean containsBean(String name); boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException; boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException; boolean isTypeMatch(String name, ResolvableType typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException; boolean isTypeMatch(String name, @Nullable Class<?> typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException; @Nullable Class<?> getType(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException; String[] getAliases(String name); }
这个接口便是spring核心的bean工厂定义，它是IOC容器的顶层接口，spring中所有bean工厂都直接或间接的继承或实现了这个接口。我们平时使用的最多的ApplicationContext接口也继承了BeanFactory接口，因此它具有BeanFactory接口的所有功能，这里顺便提一下，从BeanFactory获取bean时，实例化BeanFactory容器并不会实例化所配置的bean，只有当使用某个bean(getBean)时，才会实时的实例化该bean；从ApplicationContext获取bean时，实例化ApplicationContext容器时会一并实例化容器中的所有的bean。
从BeanFactory的源码可以看出，它实现的核心功能就是根据名称或类型来返回一个bean实例。一个工厂如果要具备这种功能，结合工厂模式的思想，我们可以试想一下它需要具备以下几个条件：
1、持有各种bean的定义，只有拿到了bean的定义信息，才能根据这些信息进行实例化；
2、持有各种bean之间的依赖关系，如果一个类中持有对另一个类的引用，那么在对该类进行实例化时，必须根据类之间的依赖关系对相关类也进行实例化，因此，工厂必须获得类之间的依赖关系，否则无法正确实例化；
3、以上两种信息都依赖于我们的配置信息定义，比如xml配置文件，工厂需要一个工具来读取配置文件的信息。
以上是我们设想IOC的实现思路，只要满足以上三个条件，就能构造一个工厂，生产各种bean。但是我们还是有一些疑问，比如在第一个条件中，我们如何持有bean的定义呢？我们先来看另外一个接口：
package org.springframework.beans.factory.config; import org.springframework.beans.BeanMetadataElement; import org.springframework.beans.MutablePropertyValues; import org.springframework.core.AttributeAccessor; import org.springframework.lang.Nullable; /** * 一个BeanDefinition描述一个bean实例具有的属性值，构造函数参数值，以及具体实现的进一步信息。 * * A BeanDefinition describes a bean instance, which has property values, * constructor argument values, and further information supplied by * concrete implementations. * * @author Juergen Hoeller * @author Rob Harrop * @since 19.03.2004 */ public interface BeanDefinition extends AttributeAccessor, BeanMetadataElement { String SCOPE_SINGLETON = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON; String SCOPE_PROTOTYPE = ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE; int ROLE_APPLICATION = 0; int ROLE_SUPPORT = 1; int ROLE_INFRASTRUCTURE = 2; void setParentName(@Nullable String parentName); @Nullable String getParentName(); void setBeanClassName(@Nullable String beanClassName); @Nullable String getBeanClassName(); void setScope(@Nullable String scope); @Nullable String getScope(); void setLazyInit(boolean lazyInit); boolean isLazyInit(); /** * Set the names of the beans that this bean depends on being initialized. * The bean factory will guarantee that these beans get initialized first. */ void setDependsOn(String... dependsOn); /** * Return the bean names that this bean depends on. */ @Nullable String[] getDependsOn(); void setAutowireCandidate(boolean autowireCandidate); boolean isAutowireCandidate(); void setPrimary(boolean primary); boolean isPrimary(); void setFactoryBeanName(@Nullable String factoryBeanName); @Nullable String getFactoryBeanName(); void setFactoryMethodName(@Nullable String factoryMethodName); @Nullable String getFactoryMethodName(); ConstructorArgumentValues getConstructorArgumentValues(); MutablePropertyValues getPropertyValues(); boolean isSingleton(); boolean isPrototype(); boolean isAbstract(); int getRole(); @Nullable String getDescription(); @Nullable String getResourceDescription(); @Nullable BeanDefinition getOriginatingBeanDefinition(); }
BeanDefinition，顾名思义便是spring中的bean定义接口，spring的工厂里持有的就是此接口定义的内容。从源码可以看出，这个接口继承了两个另外两个接口，一个是AttributeAccessor接口，继承这个接口就意味着BeanDefinition接口拥有了处理属性的能力，另外一个接口是BeanMetedataElement，它可以获得bean的配置定义的元素，对于xml文件来说就是会持有bean的标签。从源码中我们可以看出，BeanDefinition接口定义了两个方法，分别是void setDependsOn(String... dependsOn)和String[] getDependsOn()，从方法的说明可以看出，这两个方法就是设置依赖的bean的名称和获取依赖的bean的名称，这就意味着只要我们有一个BeanDefinition，就能得到得到bean的定义信息和bean之间的依赖关系，从而可以生产一个完整的bean实例。
从上面两个接口，我们大致可以猜出spring是如何持有bean的定义信息及依赖关系了，没错，就是让bean工厂持有一个Map<String，BeanDefinition>，String型的beanName作为key，BeanDefinition型的bean定义作为value，这样就能生产一个bean实例。BeanFactory接口当然不能持有这个map对象，那么一定是在它的某个实现类里所持有的，我们找到了这个实现类，来看看源码：
package org.springframework.beans.factory.support; import java.io.IOException; import java.io.NotSerializableException; import java.io.ObjectInputStream; import java.io.ObjectStreamException; import java.io.Serializable; import java.lang.annotation.Annotation; import java.lang.ref.Reference; import java.lang.ref.WeakReference; import java.lang.reflect.Method; import java.security.AccessController; import java.security.PrivilegedAction; import java.util.ArrayList; import java.util.Arrays; import java.util.Collection; import java.util.Collections; import java.util.Comparator; import java.util.IdentityHashMap; import java.util.Iterator; import java.util.LinkedHashMap; import java.util.LinkedHashSet; import java.util.List; import java.util.Map; import java.util.Optional; import java.util.Set; import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; import javax.inject.Provider; import org.springframework.beans.BeanUtils; import org.springframework.beans.BeansException; import org.springframework.beans.TypeConverter; import org.springframework.beans.factory.BeanCreationException; import org.springframework.beans.factory.BeanCurrentlyInCreationException; import org.springframework.beans.factory.BeanDefinitionStoreException; import org.springframework.beans.factory.BeanFactory; import org.springframework.beans.factory.BeanFactoryAware; import org.springframework.beans.factory.BeanFactoryUtils; import org.springframework.beans.factory.BeanNotOfRequiredTypeException; import org.springframework.beans.factory.CannotLoadBeanClassException; import org.springframework.beans.factory.FactoryBean; import org.springframework.beans.factory.InjectionPoint; import org.springframework.beans.factory.NoSuchBeanDefinitionException; import org.springframework.beans.factory.NoUniqueBeanDefinitionException; import org.springframework.beans.factory.ObjectFactory; import org.springframework.beans.factory.ObjectProvider; import org.springframework.beans.factory.SmartFactoryBean; import org.springframework.beans.factory.SmartInitializingSingleton; import org.springframework.beans.factory.config.AutowireCapableBeanFactory; import org.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition; import org.springframework.beans.factory.config.BeanDefinitionHolder; import org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableBeanFactory; import org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableListableBeanFactory; import org.springframework.beans.factory.config.DependencyDescriptor; import org.springframework.beans.factory.config.NamedBeanHolder; import org.springframework.core.OrderComparator; import org.springframework.core.ResolvableType; import org.springframework.core.annotation.AnnotationUtils; import org.springframework.lang.Nullable; import org.springframework.util.Assert; import org.springframework.util.ClassUtils; import org.springframework.util.CompositeIterator; import org.springframework.util.ObjectUtils; import org.springframework.util.StringUtils; /** * 基于bean definition对象的完整bean工厂 * * Default implementation of the * {@link org.springframework.beans.factory.ListableBeanFactory} and * {@link BeanDefinitionRegistry} interfaces: a full-fledged bean factory * based on bean definition objects. * * @author Rod Johnson * @author Juergen Hoeller * @author Sam Brannen * @author Costin Leau * @author Chris Beams * @author Phillip Webb * @author Stephane Nicoll * @since 16 April 2001 * @see StaticListableBeanFactory * @see PropertiesBeanDefinitionReader * @see org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanDefinitionReader */ @SuppressWarnings("serial") public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractAutowireCapableBeanFactory implements ConfigurableListableBeanFactory, BeanDefinitionRegistry, Serializable { @Nullable private static Class<?> javaxInjectProviderClass; static { try { javaxInjectProviderClass = ClassUtils.forName("javax.inject.Provider", DefaultListableBeanFactory.class.getClassLoader()); } catch (ClassNotFoundException ex) { // JSR-330 API not available - Provider interface simply not supported then. javaxInjectProviderClass = null; } } /** Map from serialized id to factory instance */ private static final Map<String, Reference<DefaultListableBeanFactory>> serializableFactories = new ConcurrentHashMap<>(8); /** Optional id for this factory, for serialization purposes */ @Nullable private String serializationId; /** Whether to allow re-registration of a different definition with the same name */ private boolean allowBeanDefinitionOverriding = true; /** Whether to allow eager class loading even for lazy-init beans */ private boolean allowEagerClassLoading = true; /** Optional OrderComparator for dependency Lists and arrays */ @Nullable private Comparator<Object> dependencyComparator; /** Resolver to use for checking if a bean definition is an autowire candidate */ private AutowireCandidateResolver autowireCandidateResolver = new SimpleAutowireCandidateResolver(); /** Map from dependency type to corresponding autowired value */ private final Map<Class<?>, Object> resolvableDependencies = new ConcurrentHashMap<>(16); /** Map of bean definition objects, keyed by bean name */ //beanFactory持有此map,这样就可以在任何时候获取bean的BeanDefinition来创建一个bean实例 private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(256); /** Map of singleton and non-singleton bean names, keyed by dependency type */ private final Map<Class<?>, String[]> allBeanNamesByType = new ConcurrentHashMap<>(64); /** Map of singleton-only bean names, keyed by dependency type */ private final Map<Class<?>, String[]> singletonBeanNamesByType = new ConcurrentHashMap<>(64); /** List of bean definition names, in registration order */ private volatile List<String> beanDefinitionNames = new ArrayList<>(256); /** List of names of manually registered singletons, in registration order */ private volatile Set<String> manualSingletonNames = new LinkedHashSet<>(16); /** Cached array of bean definition names in case of frozen configuration */ @Nullable private volatile String[] frozenBeanDefinitionNames; /** Whether bean definition metadata may be cached for all beans */ private volatile boolean configurationFrozen = false; }
DefaultListableBeanFactory类，这个类是默认的bean工厂实现类，这里只贴出了部分源码，完整的代码太长。我们来看其中的一行代码：
/** Map of bean definition objects, keyed by bean name */ //beanFactory持有此map,这样就可以在任何时候获取bean的BeanDefinition来创建一个bean实例 private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(256);
这行代码证明了我们的猜测，从方法是说明就可以看出这是bean定义的map对象，以bean的名称作为key。到这里思路就明确了，bean工厂的初始化就是往这个map对象里加东西，把我们xml文件里定义的bean填充到这个对象里，bean工厂就可以工作了。
那么怎样将xml文件配置的bean注册到这个map对象里呢？我们可以试试以下思路：
1、需要一个工具来找到xml配置文件，可以称之为资源定位；
2、需要一个Reader来读取xml配置信息，即DOM解析；
3、将读取出来的信息注册到map对象里。
以代码来验证一下，写一个Person类作为bean：
public class Person { public void work(){ System.out.println("I am working..."); } }
创建一个applicationContext.xml配置文件，配置bean：
<?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 http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd"> <bean id="person" class="com.springframework.bean.test.Person"></bean> </beans>
接下来写个测试类：
public class Client { public static void main(String[] args) { ClassPathResource classPathResource = new ClassPathResource("applicationContext.xml"); DefaultListableBeanFactory defaultListableBeanFactory = new DefaultListableBeanFactory(); XmlBeanDefinitionReader beanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReader(defaultListableBeanFactory); beanDefinitionReader.loadBeanDefinitions(classPathResource); System.out.println(defaultListableBeanFactory.getBeanDefinitionCount()); Person person = (Person)defaultListableBeanFactory.getBean("person"); person.work(); } }
执行结果如下：
七月 06, 2017 9:41:48 下午 org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanDefinitionReader loadBeanDefinitions 信息: Loading XML bean definitions from class path resource [applicationContext.xml] 1 I am working...
从结果可以看出，我们成功解析了xml文件，并注册了一个bean定义，通过getBean()方法成功返回了一个实例。上面的测试类用4行代码实现了bean工厂的初始化：
第一行，完成了资源定位；
第二行，创建了一个默认的bean工厂；
第三行，创建了一个Reader，这个Reader用来读取xml文件，将创建的defaultListableBeanFactory 作为参数传递给Reader，表示为此工厂创建Reader；
第四行，用Reader读取配置信息，并将解析的bean定义注册到defaultListableBeanFactory 中。
执行完以上四个步骤，bean工厂酒杯正确初始化了，接下来我们可以调用工厂的方法，以及获得bean实例。
但是在实际开发中不会这么复杂，spring可以更简单的一步到位，它是这么做的：
public class TestSpringBeanFactory { public static void main(String[] args) { ApplicationContext ctx = new FileSystemXmlApplicationContext("src/applicationContext.xml"); System.out.println(ctx.getBeanDefinitionCount()); Person person = (Person) ctx.getBean("person"); person.work(); } }
我们看看执行结果：
七月 06, 2017 9:42:55 下午 org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext prepareRefresh 信息: Refreshing org.springframework.context.support.FileSystemXmlApplicationContext@20ad9418: startup date [Thu Jul 06 21:42:55 CST 2017]; root of context hierarchy 七月 06, 2017 9:42:55 下午 org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanDefinitionReader loadBeanDefinitions 信息: Loading XML bean definitions from file [C:Usersfangfuhaiworkspacespring-code-learningsrcapplicationContext.xml] 1 I am working...
从结果可以看出，spring用一行代码就完成了我们四个步骤，仔细看看日志信息就可以发现，spring也是用XmlBeanDefinitionReader 来读取、解析并注册，同时在日志信息里还多了两行，这说明在这一行代码里，spring还做了更多的事情。
我们在new一个FileSystemXmlApplicationContext对象的时候，spring到底做了那些事情呢？下一章节我们来一探究竟。