Spring IOC控制反转通用原理总结

一、Spring容器高层视图

Spring 启动时读取应用程序提供的Bean配置信息，并在Spring容器中生成一份相应的Bean配置注册表，然后根据这张注册表实例化Bean，装配好Bean之间的依赖关系，为上层应用提供准备就绪的运行环境。

二、IOC实现原理

使用反射机制+XML技术。

理解了这些基本概念后，我们通过一个简单的示意图来简单描述一下整个流程:

从示意图可以看出，当web容器启动的时候，spring的全局bean的管理器会去xml配置文件中扫描的包下面获取到所有的类，并根据你使用的注解，进行对应的封装，封装到全局的bean容器中进行管理，一旦容器初始化完毕，beanID以及bean实例化的类对象信息就全部存在了，现在我们需要在某个service里面调用另一个bean的某个方法的时候，我们只需要依赖注入进来另一个bean的Id即可，调用的时候，spring会去初始化完成的bean容器中获取即可，如果存在就把依赖的bean的类的实例化对象返回给你，你就可以调用依赖的bean的相关方法或属性等；

2.1BeanFactory

BeanFactory体系架构：

BeanDefinitionRegistry： Spring 配置文件中每一个<bean>节点元素在 Spring 容器里都通过一个 BeanDefinition 对象表示，它描述了 Bean 的配置信息。而 BeanDefinitionRegistry 接口提供了向容器手工注册 BeanDefinition 对象的方法。

BeanFactory 接口位于类结构树的顶端 ，它最主要的方法就是 getBean(String beanName)，该方法从容器中返回特定名称的 Bean，BeanFactory 的功能通过其他的接口得到不断扩展：

ListableBeanFactory：该接口定义了访问容器中 Bean 基本信息的若干方法，如查看Bean 的个数、获取某一类型 Bean 的配置名、查看容器中是否包括某一 Bean 等方法；

HierarchicalBeanFactory：父子级联 IoC 容器的接口，子容器可以通过接口方法访问父容器； 通过 HierarchicalBeanFactory 接口， Spring 的 IoC 容器可以建立父子层级关联的容器体系，子容器可以访问父容器中的 Bean，但父容器不能访问子容器的 Bean。Spring 使用父子容器实现了很多功能，比如在 Spring MVC 中，展现层 Bean 位于一个子容器中，而业务层和持久层的 Bean 位于父容器中。这样，展现层 Bean 就可以引用业务层和持久层的 Bean，而业务层和持久层的 Bean 则看不到展现层的 Bean。

ConfigurableBeanFactory：是一个重要的接口，增强了 IoC 容器的可定制性，它定义了设置类装载器、属性编辑器、容器初始化后置处理器等方法；

AutowireCapableBeanFactory：定义了将容器中的 Bean 按某种规则（如按名字匹配、按类型匹配等）进行自动装配的方法；

SingletonBeanRegistry：定义了允许在运行期间向容器注册单实例 Bean 的方法；

2.2例子

使用 Spring 配置文件为 Car 提供配置信息：beans.xml：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>

<beans xmlns="Index of /schema/beans"

xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"

xmlns:p="http://www.springframework.org/schema/p"

xsi:schemaLocation="Index of /schema/beans

http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-3.0.xsd">

<bean id="car1" class="com.gongfu.Car"

p:brand="大门A5"

p:color="绿色"

p:maxSpeed="300" />

</beans>

通过 BeanFactory 装载配置文件，启动 Spring IoC 容器：

public class BeanFactoryTest {

public static void main(String[] args) throws Throwable{

ResourcePatternResolver resolver = new PathMatchingResourcePatternResolver();

Resource res = resolver.getResource("classpath:com/baobaotao/beanfactory/beans.xml");

BeanFactory bf = new XmlBeanFactory(res);

System.out.println("init BeanFactory.");

Car car = bf.getBean("car",Car.class);

System.out.println("car bean is ready for use!");

}

XmlBeanFactory 通过 Resource 装载 Spring 配置信息并启动 IoC 容器，然后就可以通过 BeanFactory#getBean(beanName)方法从 IoC 容器中获取 Bean 了。通过 BeanFactory 启动IoC 容器时，并不会初始化配置文件中定义的 Bean，初始化动作发生在第一个调用时。

对于单实例（ singleton）的 Bean 来说，BeanFactory会缓存 Bean 实例，所以第二次使用 getBean() 获取 Bean 时将直接从 IoC 容器的缓存中获取 Bean 实例。Spring 在 DefaultSingletonBeanRegistry 类中提供了一个用于缓存单实例 Bean 的缓存器，它是一个用HashMap 实现的缓存器，单实例的 Bean 以 beanName 为键保存在这个HashMap 中。

值得一提的是，在初始化 BeanFactory 时，必须为其提供一种日志框架，比如使用Log4J， 即在类路径下提供 Log4J 配置文件，这样启动 Spring 容器才不会报错。

三、ApplicationContext

ApplicationContext 由 BeanFactory 派生而来，提供了更多面向实际应用的功能。

在BeanFactory 中，很多功能需要以编程的方式实现，而在 ApplicationContext 中则可以通过配置的方式实现。

ApplicationContext 继承了 HierarchicalBeanFactory 和 ListableBeanFactory 接口，在此基础上，还通过多个其他的接口扩展了 BeanFactory 的功能：

ClassPathXmlApplicationContext：默认从类路径加载配置文件

FileSystemXmlApplicationContext：默认从文件系统中装载配置文件

ApplicationEventPublisher：让容器拥有发布应用上下文事件的功能，包括容器启动事件、关闭事件等。实现了 ApplicationListener 事件监听接口的 Bean 可以接收到容器事件 ， 并对事件进行响应处理 。 在 ApplicationContext 抽象实现类AbstractApplicationContext 中，我们可以发现存在一个 ApplicationEventMulticaster，它负责保存所有监听器，以便在容器产生上下文事件时通知这些事件监听者。

MessageSource：为应用提供 i18n 国际化消息访问的功能；

ResourcePatternResolver ： 所 有 ApplicationContext 实现类都实现了类似于PathMatchingResourcePatternResolver 的功能，可以通过带前缀的 Ant 风格的资源文件路径装载 Spring 的配置文件。

LifeCycle：该接口是 Spring 2.0 加入的，该接口提供了 start()和 stop()两个方法，主要用于控制异步处理过程。在具体使用时，该接口同时被 ApplicationContext 实现及具体 Bean 实现， ApplicationContext 会将 start/stop 的信息传递给容器中所有实现了该接口的 Bean，以达到管理和控制 JMX、任务调度等目的。

ConfigurableApplicationContext 扩展于 ApplicationContext，它新增加了两个主要的方法： refresh()和 close()，让 ApplicationContext 具有启动、刷新和关闭应用上下文的能力。在应用上下文关闭的情况下调用 refresh()即可启动应用上下文，在已经启动的状态下，调用 refresh()则清除缓存并重新装载配置信息，而调用close()则可关闭应用上下文。这些接口方法为容器的控制管理带来了便利，但作为开发者，我们并不需要过多关心这些方法。

四、BeanDefinition

SpringIOC容器帮我们管理了各种bean对象及其相互依赖的关系，Bean对象在Spring实现中是以BeanDefinition来描述的。*换句话说 依赖关系是使用BeanDefinition来保存的。 *其继承体系如下：

Spring关于Bean的装配，有下面三种方式：

在XML中进行显示配置。

在java中进行显示配置。

隐式的bean发现机制和自动装配。

Bean的解析非常的复杂，功能被分的很细，需要扩展的地方也很多，必须保证有足够的灵活性。

4.1IOC容器的初始化

IOC容器的初始化包括：BeanDefinition的Resouce定位，BeanDefinition的载入和注册三个基本的过程。需要注意的是Spring把上面过程进行了分离，并使用了不同的模块来完成，定位使用了ResourceLoader,解析使用了BeanDefinitionReader等。这样设计的目的可以让用户对这三个过程进行裁剪和扩展，定义出适合自己的IOC容器初始化过程。

下面来看一下两种IOC容器的创建过程，BeanFactory以XmlBeanFactory为例，ApplicationContext 以 FileSystemXmlApplicationContext为例。

XmlBeanFactroy

看一下XmlBeanFactory的源码定义：

public class XmlBeanFactory extends DefaultListableBeanFactory {

//定义一个BeanDefinitionReader阅读器

private final XmlBeanDefinitionReader reader;

//构造方法，需要传入Resource，资源的定位

public XmlBeanFactory(Resource resource) throws BeansException {

this(resource, (BeanFactory)null);

}

//构造方法重载，需要传入Resource,和父容器，此方法完成了读取器的初始化操作

public XmlBeanFactory(Resource resource, BeanFactory parentBeanFactory) throws BeansException {

super(parentBeanFactory);

this.reader = new XmlBeanDefinitionReader(this);

this.reader.loadBeanDefinitions(resource);

}

}

通过阅读XmlBeanFactory的源码可以看出。

XmlBeanFactory继承自DefaultListableBeanFactory类。而DefaultListableBeanFactory类包含了基本IOC容器所具有的重要功能。

那BeanDefinition的信息来源自哪,如何定位? 定位之后又如何读取解析呢？？

对于信息来源的定位封装成Spring中的Resource类来给出，解析是它的内部定义了一个XmlBeanDefinitionReader对象，有了这个对象，就有了处理xml文件的能力。

参考XmlBeanFactory的实现，我们手动来模拟一下XmlBeanFactory的实现过程:

//首先进行BeanDefinition资源文件的定位，封装为Source的子类

ClassPathResource res = new ClassPathResource("beans.xml");

//创建基本的IOC容器

DefaultListableBeanFactory factory = new DefaultListableBeanFactory();

//创建文件读取器，并进行回调设置。

XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(factory);

//资源加载解析

reader.loadBeanDefinitions(res);

通过上面的代码，总结一下IOC容器的使用步骤：

创建IOC抽象资源，这个抽象资源包含了BeanDefinition的定义信息

创建一个BeanFactory

创建一个BeanDefinition的读取器，通过一个回调配置给BeanFactory

从定义好的抽象资源中读取配置信息。完成载入和注册的定义后，IOC容器就建立了起来了。

FileSystemXmlApplicationContext

看一下这个类的源码实现：

public class FileSystemXmlApplicationContext extends AbstractXmlApplicationContext {

//构造方法重载，省略其他的构造方法

public FileSystemXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, ApplicationContext parent) throws BeansException {

super(parent);

this.setConfigLocations(configLocations);

if(refresh) {

this.refresh();

}

}

//通过一个FileSystemResource来得到一个在文件系统中定位的BeanDefinition

protected Resource getResourceByPath(String path) {

if(path != null && path.startsWith("/")) {

path = path.substring(1);

}

return new FileSystemResource(path);

}

}

除了构造方法和getResourceByPath外，并没有其他的方法。也就说它只是实现了和它自身设计相关的两个功能。

看一下该类的调用方式：

ApplicationContext context =new FileSystemXmlApplicationContext(xmlPath);

上面调用了参数是字符串的构造函数,但是，对构造函数的调用最终都会转到下面的方法来执行，refresh方法启动了整个容器的初始化流程：

public FileSystemXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, ApplicationContext parent) throws BeansException {

super(parent);

this.setConfigLocations(configLocations);

if(refresh) {

this.refresh();

}

}

在资源定位的时候，支持下面两种方式：

ClasspathResource res = new ClasspathResource("a.xml,b.xml");

ClasspathResource res = new ClasspathResource("new String(){'a.xml' , 'b.xml'}")

我们来看以上，程序执行到此处后，都做了哪些操作：

在AbstractApplicationContext中初始化了resourcePatternResolver（多资源文件的载入），用于获取Resource，关于何时使用后面再解释

将资源的定义路径保存在了configLocations数组中

到此，IOC容器根据资源定义路径获取Resouce的准备工作便完成了。

IOC容器的初始化过程:

在开始分析初始化过程之前，先从宏观上对初始化的过程做一个简单的介绍，有一个大体框架的初始化模型，方便后面的理解，初始化过程分成了三个过程：

Resource定位

BeanDefinition的载入:

向IOC容器注册这些BeanDefinition信息。这个过程是通过BeanDefinitionRegistry接口的实现来完成的。最终注入到HashMap中去，这个hashmap就是持有beandefinition数据的。

五、IOC容器工作机制

容器启动过程

web环境下Spring容器、SpringMVC容器启动过程：

首先，对于一个web应用，其部署在web容器中，web容器提供其一个全局的上下文环境，这个上下文就是ServletContext，其为后面的spring IoC容器提供宿主环境；

其次，在web.xml中会提供有contextLoaderListener（或ContextLoaderServlet）。在web容器启动时，会触发容器初始化事件，此时contextLoaderListener会监听到这个事件，其contextInitialized方法会被调用，在这个方法中，spring会初始化一个启动上下文，这个上下文被称为根上下文，即WebApplicationContext，这是一个接口类，确切的说，其实际的实现类是XmlWebApplicationContext。这个就是spring的IoC容器，其对应的Bean定义的配置由web.xml中的context-param标签指定。在这个IoC容器初始化完毕后，spring容器以WebApplicationContext.ROOTWEBAPPLICATIONCONTEXTATTRIBUTE为属性Key，将其存储到ServletContext中，便于获取；

再次，contextLoaderListener监听器初始化完毕后，开始初始化web.xml中配置的Servlet，这个servlet可以配置多个，以最常见的DispatcherServlet为例（Spring MVC），这个servlet实际上是一个标准的前端控制器，用以转发、匹配、处理每个servlet请求。DispatcherServlet上下文在初始化的时候会建立自己的IoC上下文容器，用以持有spring mvc相关的bean，这个servlet自己持有的上下文默认实现类也是XmlWebApplicationContext。在建立DispatcherServlet自己的IoC上下文时，会利用WebApplicationContext.ROOTWEBAPPLICATIONCONTEXTATTRIBUTE先从ServletContext中获取之前的根上下文(即WebApplicationContext)作为自己上下文的parent上下文（即第2步中初始化的XmlWebApplicationContext作为自己的父容器）。有了这个parent上下文之后，再初始化自己持有的上下文（这个DispatcherServlet初始化自己上下文的工作在其initStrategies方法中可以看到，大概的工作就是初始化处理器映射、视图解析等）。初始化完毕后，spring以与servlet的名字相关(此处不是简单的以servlet名为Key，而是通过一些转换)的属性为属性Key，也将其存到ServletContext中，以便后续使用。这样每个servlet就持有自己的上下文，即拥有自己独立的bean空间，同时各个servlet共享相同的bean，即根上下文定义的那些bean。

Bean加载过程

Spring的高明之处在于，它使用众多接口描绘出了所有装置的蓝图，构建好Spring的骨架，继而通过继承体系层层推演，不断丰富，最终让Spring成为有血有肉的完整的框架。所以查看Spring框架的源码时，有两条清晰可见的脉络：

1）接口层描述了容器的重要组件及组件间的协作关系；

2）继承体系逐步实现组件的各项功能。

接口层清晰地勾勒出Spring框架的高层功能，框架脉络呼之欲出。有了接口层抽象的描述后，不但Spring自己可以提供具体的实现，任何第三方组织也可以提供不同实现， 可以说Spring完善的接口层使框架的扩展性得到了很好的保证。纵向继承体系的逐步扩展，分步骤地实现框架的功能，这种实现方案保证了框架功能不会堆积在某些类的身上，造成过重的代码逻辑负载，框架的复杂度被完美地分解开了。

Spring组件按其所承担的角色可以划分为两类：

1）物料组件：Resource、BeanDefinition、PropertyEditor以及最终的Bean等，它们是加工流程中被加工、被消费的组件，就像流水线上被加工的物料；

BeanDefinition：Spring通过BeanDefinition将配置文件中的<bean>配置信息转换为容器的内部表示，并将这些BeanDefinition注册到BeanDefinitionRegistry中。Spring容器的后续操作直接从BeanDefinitionRegistry中读取配置信息。

2）加工设备组件：ResourceLoader、BeanDefinitionReader、BeanFactoryPostProcessor、InstantiationStrategy以及BeanWrapper等组件像是流水线上不同环节的加工设备，对物料组件进行加工处理。

InstantiationStrategy：负责实例化Bean操作，相当于Java语言中new的功能，并不会参与Bean属性的配置工作。属性填充工作留待BeanWrapper完成

BeanWrapper：继承了PropertyAccessor和PropertyEditorRegistry接口，BeanWrapperImpl内部封装了两类组件：

（1）被封装的目标Bean

（2）一套用于设置Bean属性的属性编辑器；

具有三重身份：（1）Bean包裹器（2）属性访问器 （3）属性编辑器注册表。PropertyAccessor：定义了各种访问Bean属性的方法。

PropertyEditorRegistry：属性编辑器的注册表。

总结：

• Spring IOC容器主要有继承体系底层的BeanFactory、高层的ApplicationContext和WebApplicationContext
• Bean有自己的生命周期
• 容器启动原理：Spring应用的IOC容器通过tomcat的Servlet或Listener监听启动加载；Spring MVC的容器由DispatchServlet作为入口加载；Spring容器是Spring MVC容器的父容器。

以上就是Spring IOC控制反转通用原理总结了，后续内容会继续跟进。