前言

Spring框架如今是Java开发生态必不可少的一个框架了，它有两个核心点，IoC和AOP。本文主要对Spring的IoC底层原理进行了解。

IoC俗称“控制反转”（Inversion of Control），或者是“依赖注入”（Dependency Injection）。刚开始接触这两个名词的时候肯定会有一些疑惑，我结合自身所认知的概念解释一下，在我们面向对象进行编码，我们所使用的方式，就是创建一个对象，将对象设置一些属性值，进行初始化。或者是对象中还引用其他对象的能力，进行引用对象的初始化，然后在set进我们所需要的那个对象中，或者是，使用一个静态工厂的方法，在工厂方法中进行对象的初始化。当我们每次调用的时候就可以获取到一个全新的对象了。读到这里，你会不会觉得这样的方式是十分冗余的，在编写我们的主要代码逻辑的时候，我们需要关注一些额外的东西，就是需要主动去关心，去操控这些对象的初始化操作，不断的重复这些创建，设置属性，设置依赖这样的循环。那么，我们所理想的状态应该是，有一个地方，它会给我所想要的对象，我不断的跟它去要这些对象，它会给我符合我要求的对象。这个地方就是所谓的对象容器，里面包含了开发者需要的各式各样的对象，它会去管理对象的生命周期，会去初始化对象所需要的值，对象之间所需要的依赖。这样以来，我们把自己主动操控对象的权利移交给了这个对象容器。我们不会再关心这些繁琐的操作。只需要一个指令，它就会给我们对应的对象。这就是所谓的控制反转。这里说个题外话，其实我们现在很火热的云原生（Cloud Native），也是带有这种控制反转的思想的。

这就是我所认知的控制反转，那么Spring Framework中，它是如何实现控制反转呢？

Spring IoC流程

以下的思维导图是我以AnnotationConfigApplicationContext为基础，整理初始化Bean的容器的一整个过程，有些方法太过深入并且和理解Spring IoC的过程没有影响。所以就过多的去关注这些旁支逻辑了。（如果有错误的地方或者不足之处，欢迎评论区指正）

首先，映入我们眼帘的是三个主核心逻辑

  1. 初始化AnnotationConfigApplicationContext自身
  2. register登记注册配置BeanDefinition
  3. refresh() 刷新应用上下文

我们就来详细看下这三步的详细关键点

初始化AnnotationConfigApplicationContext自身

关键步骤如下：

  1. 生成AnnotatedBeanDefinitionReader对象，里面有三个参数BeanDefinitionRegistry：BeanDefinition的登记处，里面存放着BeanDefinition的实例，RootBeanDefinition和ChildBeanDefinition，在本处是指AnnotationConfigApplicationContext实例，Environment获取应用运行所需要的环境变量，包括应用环境变量，JVM环境变量，Profile注解等等
  2. 生成ClassPathBeanDefinitionScanner对象，这个是XML形式的ApplicationContext使用到的，本文就不深入讲，其原理跟AnnotationConfigApplicationContext一样的。

这两个对象生成完成后，AnnotationConfigApplicationContext自身初始化工作已完成。

register 注册Configuration Bean

AnnotationConfigApplicationContext可以接受一个或者多个Configuration的配置文件的Class对象，这部分的核心逻辑都在AnnotatedBeanDefinitionReader.doRegisterBean方法中，我们首先来看一下这个方法签名。

参数名称 参数说明
Class beanClass 注册Bean的Class类
@Nullable String name 可选，注册Bean的名字
@Nullable Class<? extends Annotation>[] qualifiers 可选，设置Bean是懒加载，是否是Primary的Bean，是否是@Qualifier的Bean
@Nullable Supplier supplier 创建Bean完成后，初始化的回调函数
@Nullable BeanDefinitionCustomizer[] customizers 一个或者多个用于自定义的工厂BeanDefinition的回调，设置@Lazy，@Primary等

该方法的关键步骤如下：

  1. 根据Bean的Class生成AnnotatedGenericBeanDefinition的实例
  2. 设置Bean的Scope属性，生成Bean的名称（如果没有的话），进行通用化注解设置的处理（例如，@Primary，@Lazy，@DepensOn等等）
  3. 根据Bean的名称和AnnotatedGenericBeanDefinition实例生成BeanDefinitionHolder
  4. 设置@Scope的代理模式
  5. 根据BeanDefinitionHolder实例，根据Bean的名称和BeanDefinition登记上去，Bean名称存在的话，进行覆盖（默认行为），Spring内部为beanDefinitionMap的ConcurrentHashMap的存放，Key为Bean的名称，Value为BeanDefinition实例（本文中是指BeanDefinitionHolder对象）

register 注册Configuration Bean的关键的整个过程。

refresh() 刷新应用上下文

这一步主要进行最终的初始化操作。主要流程如下

  1. prepareRefresh() 准备刷新条件，设置必要的属性（开始时间差，属性源，验证环境属性等）
  2. obtainFreshBeanFactory() 刷新内部的BeanFactory的对象（如果存在的话，会重新生成BeanFactory对象）
  3. prepareBeanFactory(beanFactory) 使用BeanFactory实例进行前置属性的设置，例如，依赖注入的时候忽略*Aware接口进行注入，要使用其实现类。例如BeanFactoryAware的BeanFactory，而不是BeanFactoryAware。将一些容器级的对象放入可解析的依赖中，类似ApplicationContext等等。
  4. 进行BeanFactory的post pricess（后置处理），invokeBeanFactoryPostProcessors通过PostProcessorRegistrationDelegate.invokeBeanFactoryPostProcessors静态方***将配置类的Bean方法中Bean生成BeanDefinition对象
  5. 初始化MessageSource
  6. 初始化initApplicationEventMulticaster
  7. onRefresh初始化特殊的Bean在特殊的Context下
  8. registerListeners注册***
  9. finishBeanFactoryInitialization实例化所有的非懒加载的单例的Bean，
  10. 完成刷新操作

核心的步骤就是第4步和第9步的步骤，加载完成后，整个Bean的容器就已经准备就绪了。可以提供使用了。

IoC核心流程

通过梳理AnnotationConfigApplicationContext，我们了解到了Spring Bean容器的一整个加载实现，那么我们回顾前面梳理的步骤，将一些额外的步骤省略，毕竟Spring框架是企业级的开发框架，会增加很多额外的功能，我们暂时不关注这些旁支功能，关键整个创建IoC容器的核心步骤：

  1. 首先将我们的配置类（@Configuration）生成BeanDefinition，放入BeanFactory的beanDefinitionMap内。
  2. 将配置类内的Bean注解的方法生成BeanDefinition，放入BeanFactory的beanDefinitionMap内
  3. 对所有的单例的Bean进行预实例化。

核心的步骤就是这三步，那么我们来实现自己的一个IoC容器。

动手IoC实现

定义BeanFactory

里面只有一个接口，根据Bean的名称去获取Bean

public interface ActionBeanFactory {
​
​
    /**
     * 根据名称获取Bean
     * Get Bean according to name
     * @param name Bean名称
     * @return
     */
    Object getBean(String name);
​
}
复制代码

BeanFactory的实现类

public ActionApplicationContext(Class<?> clazz) {
        try {
            registerBeanDefinition(clazz);
            preInstantiateSingletonBean();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            throw new RuntimeException("Application init failed");
        }
​
    }
复制代码

里面有两个核心方法

  1. registerBeanDefinition根据配置类进行BeanDefinition的生成，并且生产内部@Bean注解的方法的Bean
  2. preInstantiateSingletonBean对单例的Bean进行预先生成

测试

测试代码

ActionBeanFactory beanFactory = new ActionApplicationContext(AppConfig.class);
MyServiceImpl myService = (MyServiceImpl) beanFactory.getBean("myService");
myService.introduce();
复制代码

正常打印输出

It's a wheel design drawing for spring
复制代码

该实战完整代码在我的GitHub仓库上：项目地址

总结

以上就是我们对Spring IoC的一次深入探究，希望大家能有所收获。


作者：JackPan
链接：https://juejin.cn/post/7045996990722736141
 

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