Spring容器高層視圖

Spring 啟動時讀取應用程序提供的Bean配置信息，并在Spring容器中生成一份相應的Bean配置注冊表，然后根據這張注冊表實例化Bean，裝配好Bean之間的依賴關系，為上層應用提供準備就緒的運行環境。

Bean緩存池：HashMap實現

IOC容器介紹

Spring 通過一個配置文件描述 Bean 及 Bean 之間的依賴關系，利用 Java 語言的反射功能實例化 Bean 并建立 Bean 之間的依賴關系。 Spring 的 IoC 容器在完成這些底層工作的基礎上，還提供了 Bean 實例緩存、生命周期管理、 Bean 實例代理、事件發布、資源裝載等高級服務。

BeanFactory 是 Spring 框架的基礎設施，面向 Spring 本身；

ApplicationContext 面向使用 Spring 框架的開發者，幾乎所有的應用場合我們都直接使用 ApplicationContext 而非底層的 BeanFactory。

BeanFactory

BeanFactory體系架構：

BeanDefinitionRegistry： Spring 配置文件中每一個節點元素在 Spring 容器里都通過一個 BeanDefinition 對象表示，它描述了 Bean 的配置信息。而 BeanDefinitionRegistry 接口提供了向容器手工注冊 BeanDefinition 對象的方法。

BeanFactory 接口位于類結構樹的頂端 ，它最主要的方法就是 getBean(String beanName)，該方法從容器中返回特定名稱的 Bean，BeanFactory 的功能通過其他的接口得到不斷擴展：

ListableBeanFactory：該接口定義了訪問容器中 Bean 基本信息的若干方法，如查看Bean 的個數、獲取某一類型 Bean 的配置名、查看容器中是否包括某一 Bean 等方法；

HierarchicalBeanFactory：父子級聯 IoC 容器的接口，子容器可以通過接口方法訪問父容器； 通過 HierarchicalBeanFactory 接口， Spring 的 IoC 容器可以建立父子層級關聯的容器體系，子容器可以訪問父容器中的 Bean，但父容器不能訪問子容器的 Bean。Spring 使用父子容器實現了很多功能，比如在 Spring MVC 中，展現層 Bean 位于一個子容器中，而業務層和持久層的 Bean 位于父容器中。這樣，展現層 Bean 就可以引用業務層和持久層的 Bean，而業務層和持久層的 Bean 則看不到展現層的 Bean。

ConfigurableBeanFactory：是一個重要的接口，增強了 IoC 容器的可定制性，它定義了設置類裝載器、屬性編輯器、容器初始化后置處理器等方法；

AutowireCapableBeanFactory：定義了將容器中的 Bean 按某種規則（如按名字匹配、按類型匹配等）進行自動裝配的方法；

SingletonBeanRegistry：定義了允許在運行期間向容器注冊單實例 Bean 的方法；

例子：

使用 Spring 配置文件為 Car 提供配置信息：beans.xml：

通過 BeanFactory 裝載配置文件，啟動 Spring IoC 容器：

XmlBeanFactory 通過 Resource 裝載 Spring 配置信息并啟動 IoC 容器，然后就可以通過 BeanFactory#getBean(beanName)方法從 IoC 容器中獲取 Bean 了。通過 BeanFactory 啟動IoC 容器時，并不會初始化配置文件中定義的 Bean，初始化動作發生在第一個調用時。

對于單實例（ singleton）的 Bean 來說，BeanFactory會緩存 Bean 實例，所以第二次使用 getBean() 獲取 Bean 時將直接從 IoC 容器的緩存中獲取 Bean 實例。Spring 在 DefaultSingletonBeanRegistry 類中提供了一個用于緩存單實例 Bean 的緩存器，它是一個用HashMap 實現的緩存器，單實例的 Bean 以 beanName 為鍵保存在這個HashMap 中。

值得一提的是，在初始化 BeanFactory 時，必須為其提供一種日志框架，比如使用Log4J， 即在類路徑下提供 Log4J 配置文件，這樣啟動 Spring 容器才不會報錯。

ApplicationContext

ApplicationContext 由 BeanFactory 派生而來，提供了更多面向實際應用的功能。

在BeanFactory 中，很多功能需要以編程的方式實現，而在 ApplicationContext 中則可以通過配置的方式實現。

ApplicationContext 繼承了 HierarchicalBeanFactory 和 ListableBeanFactory 接口，在此基礎上，還通過多個其他的接口擴展了 BeanFactory 的功能：

ClassPathXmlApplicationContext：默認從類路徑加載配置文件

FileSystemXmlApplicationContext：默認從文件系統中裝載配置文件

ApplicationEventPublisher：讓容器擁有發布應用上下文事件的功能，包括容器啟動事件、關閉事件等。實現了 ApplicationListener 事件監聽接口的 Bean 可以接收到容器事件 ， 并對事件進行響應處理 。 在 ApplicationContext 抽象實現類AbstractApplicationContext 中，我們可以發現存在一個 ApplicationEventMulticaster，它負責保存所有監聽器，以便在容器產生上下文事件時通知這些事件監聽者。

MessageSource：為應用提供 i18n 國際化消息訪問的功能；

ResourcePatternResolver ： 所 有 ApplicationContext 實現類都實現了類似于PathMatchingResourcePatternResolver 的功能，可以通過帶前綴的 Ant 風格的資源文件路徑裝載 Spring 的配置文件。

LifeCycle：該接口是 Spring 2.0 加入的，該接口提供了 start()和 stop()兩個方法，主要用于控制異步處理過程。在具體使用時，該接口同時被 ApplicationContext 實現及具體 Bean 實現， ApplicationContext 會將 start/stop 的信息傳遞給容器中所有實現了該接口的 Bean，以達到管理和控制 JMX、任務調度等目的。

ConfigurableApplicationContext 擴展于 ApplicationContext，它新增加了兩個主要的方法： refresh()和 close()，讓 ApplicationContext 具有啟動、刷新和關閉應用上下文的能力。在應用上下文關閉的情況下調用 refresh()即可啟動應用上下文，在已經啟動的狀態下，調用 refresh()則清除緩存并重新裝載配置信息，而調用close()則可關閉應用上下文。這些接口方法為容器的控制管理帶來了便利，但作為開發者，我們并不需要過多關心這些方法。

使用：

如果配置文件放置在類路徑下，用戶可以優先使用 ClassPathXmlApplicationContext 實現類：

如果配置文件放置在文件系統的路徑下，則可以優先考慮使用 FileSystemXmlApplicationContext 實現類：

Spring 3.0 支持基于類注解的配置方式，主要功能來自于 Spring 的一個名為 JavaConfig 子項目，目前 JavaConfig已經升級為 Spring核心框架的一部分。

ApplicationContext 在初始化應用上下文時就實例化所有單實例的 Bean。

WebApplicationContext

WebApplication體系架構：

WebApplicationContext 是專門為 Web 應用準備的，它允許從相對于 Web 根目錄的路徑中裝載配置文件完成初始化工作。從WebApplicationContext 中可以獲得 ServletContext 的引用，整個 Web 應用上下文對象將作為屬性放置到 ServletContext 中，以便 Web 應用環境可以訪問 Spring 應用上下文。 WebApplicationContext 定義了一個常量ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE，在上下文啟動時， WebApplicationContext 實例即以此為鍵放置在 ServletContext 的屬性列表中，因此我們可以直接通過以下語句從 Web 容器中獲取WebApplicationContext：

Spring 和 Web 應用的上下文融合：

WebApplicationContext 的初始化方式：WebApplicationContext 需要 ServletContext 實例，它必須在擁有 Web 容器的前提下才能完成啟動的工作。可以在 web.xml 中配置自啟動的 Servlet 或定義 Web 容器監聽器（ ServletContextListener），借助這兩者中的任何一個就可以完成啟動 Spring Web 應用上下文的工作。Spring 分別提供了用于啟動 WebApplicationContext 的 Servlet 和 Web 容器監聽器：

org.springframework.web.context.ContextLoaderServlet；

org.springframework.web.context.ContextLoaderListener

由于 WebApplicationContext 需要使用日志功能，比如日志框架使用Log4J，用戶可以將 Log4J 的配置文件放置到類路徑 WEB-INF/classes 下，這時 Log4J 引擎即可順利啟動。如果 Log4J 配置文件放置在其他位置，用戶還必須在 web.xml 指定 Log4J 配置文件位置。

Bean的生命周期

1．當調用者通過 getBean(beanName)向容器請求某一個 Bean 時，如果容器注冊了org.springframework.beans.factory.config.InstantiationAwareBeanPostProcessor 接口，在實例化 Bean 之前，將調用接口的 postProcessBeforeInstantiation()方法；

2．根據配置情況調用 Bean 構造函數或工廠方法實例化 Bean；

3．如果容器注冊了 InstantiationAwareBeanPostProcessor 接口，在實例化 Bean 之后，調用該接口的 postProcessAfterInstantiation()方法，可在這里對已經實例化的對象進行一些“梳妝打扮”；

4．如果 Bean 配置了屬性信息，容器在這一步著手將配置值設置到 Bean 對應的屬性中，不過在設置每個屬性之前將先調用InstantiationAwareBeanPostProcessor 接口的postProcessPropertyValues()方法；

5．調用 Bean 的屬性設置方法設置屬性值；

6．如果 Bean 實現了 org.springframework.beans.factory.BeanNameAware 接口，將調用setBeanName()接口方法，將配置文件中該 Bean 對應的名稱設置到 Bean 中；

7．如果 Bean 實現了 org.springframework.beans.factory.BeanFactoryAware 接口，將調用 setBeanFactory()接口方法，將 BeanFactory 容器實例設置到 Bean 中；

8．如果 BeanFactory 裝配了 org.springframework.beans.factory.config.BeanPostProcessor后處理器，將調用 BeanPostProcessor 的 Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName)接口方法對 Bean 進行加工操作。其中入參 bean 是當前正在處理的 Bean，而 beanName 是當前 Bean 的配置名，返回的對象為加工處理后的 Bean。用戶可以使用該方法對某些 Bean 進行特殊的處理，甚至改變 Bean 的行為， BeanPostProcessor 在 Spring 框架中占有重要的地位，為容器提供對 Bean 進行后續加工處理的切入點， Spring 容器所提供的各種“神奇功能”（如 AOP，動態代理等）都通過 BeanPostProcessor 實施；

9．如果 Bean 實現了 InitializingBean 的接口，將調用接口的 afterPropertiesSet()方法；

10．如果在通過 init-method 屬性定義了初始化方法，將執行這個方法；

11．BeanPostProcessor 后處理器定義了兩個方法：其一是 postProcessBeforeInitialization() 在第 8 步調用；其二是 Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName)方法，這個方法在此時調用，容器再次獲得對 Bean 進行加工處理的機會；

12．如果在中指定 Bean 的作用范圍為 scope=“prototype”，將 Bean 返回給調用者，調用者負責 Bean 后續生命的管理， Spring 不再管理這個 Bean 的生命周期。如果作用范圍設置為 scope=“singleton”，則將 Bean 放入到 Spring IoC 容器的緩存池中，并將 Bean引用返回給調用者， Spring 繼續對這些 Bean 進行后續的生命管理；

13．對于 scope=“singleton”的 Bean，當容器關閉時，將觸發 Spring 對 Bean 的后續生命周期的管理工作，首先如果 Bean 實現了 DisposableBean 接口，則將調用接口的afterPropertiesSet()方法，可以在此編寫釋放資源、記錄日志等操作；

14．對于 scope=“singleton”的 Bean，如果通過的 destroy-method 屬性指定了 Bean 的銷毀方法， Spring 將執行 Bean 的這個方法，完成 Bean 資源的釋放等操作。

可以將這些方法大致劃分為三類：

Bean 自身的方法：如調用 Bean 構造函數實例化 Bean，調用 Setter 設置 Bean 的屬性值以及通過的 init-method 和 destroy-method 所指定的方法；

Bean 級生命周期接口方法：如 BeanNameAware、 BeanFactoryAware、 InitializingBean 和 DisposableBean，這些接口方法由 Bean 類直接實現；

容器級生命周期接口方法：在上圖中帶“★” 的步驟是由 InstantiationAwareBean PostProcessor 和BeanPostProcessor 這兩個接口實現，一般稱它們的實現類為“ 后處理器” 。 后處理器接口一般不由 Bean 本身實現，它們獨立于 Bean，實現類以容器附加裝置的形式注冊到 Spring 容器中并通過接口反射為 Spring 容器預先識別。當Spring 容器創建任何 Bean 的時候，這些后處理器都會發生作用，所以這些后處理器的影響是全局性的。當然，用戶可以通過合理地編寫后處理器，讓其僅對感興趣Bean 進行加工處理

ApplicationContext 和 BeanFactory 另一個最大的不同之處在于：ApplicationContext會利用 Java 反射機制自動識別出配置文件中定義的 BeanPostProcessor、 InstantiationAwareBeanPostProcessor 和 BeanFactoryPostProcessor，并自動將它們注冊到應用上下文中；而后者需要在代碼中通過手工調用 addBeanPostProcessor()方法進行注冊。這也是為什么在應用開發時，我們普遍使用 ApplicationContext 而很少使用 BeanFactory 的原因之一

IOC容器工作機制

容器啟動過程

web環境下Spring容器、SpringMVC容器啟動過程：

首先，對于一個web應用，其部署在web容器中，web容器提供其一個全局的上下文環境，這個上下文就是ServletContext，其為后面的spring IoC容器提供宿主環境；

其次，在web.xml中會提供有contextLoaderListener（或ContextLoaderServlet）。在web容器啟動時，會觸發容器初始化事件，此時contextLoaderListener會監聽到這個事件，其contextInitialized方法會被調用，在這個方法中，spring會初始化一個啟動上下文，這個上下文被稱為根上下文，即WebApplicationContext，這是一個接口類，確切的說，其實際的實現類是XmlWebApplicationContext。這個就是spring的IoC容器，其對應的Bean定義的配置由web.xml中的context-param標簽指定。在這個IoC容器初始化完畢后，spring容器以WebApplicationContext.ROOTWEBAPPLICATIONCONTEXTATTRIBUTE為屬性Key，將其存儲到ServletContext中，便于獲取；

再次，contextLoaderListener監聽器初始化完畢后，開始初始化web.xml中配置的Servlet，這個servlet可以配置多個，以最常見的DispatcherServlet為例（Spring MVC），這個servlet實際上是一個標準的前端控制器，用以轉發、匹配、處理每個servlet請求。DispatcherServlet上下文在初始化的時候會建立自己的IoC上下文容器，用以持有spring mvc相關的bean，這個servlet自己持有的上下文默認實現類也是XmlWebApplicationContext。在建立DispatcherServlet自己的IoC上下文時，會利用WebApplicationContext.ROOTWEBAPPLICATIONCONTEXTATTRIBUTE先從ServletContext中獲取之前的根上下文(即WebApplicationContext)作為自己上下文的parent上下文（即第2步中初始化的XmlWebApplicationContext作為自己的父容器）。有了這個parent上下文之后，再初始化自己持有的上下文（這個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處理器映射、視圖解析等）。初始化完畢后，spring以與servlet的名字相關(此處不是簡單的以servlet名為Key，而是通過一些轉換)的屬性為屬性Key，也將其存到ServletContext中，以便后續使用。這樣每個servlet就持有自己的上下文，即擁有自己獨立的bean空間，同時各個servlet共享相同的bean，即根上下文定義的那些bean。

Bean加載過程

Spring的高明之處在于，它使用眾多接口描繪出了所有裝置的藍圖，構建好Spring的骨架，繼而通過繼承體系層層推演，不斷豐富，最終讓Spring成為有血有肉的完整的框架。所以查看Spring框架的源碼時，有兩條清晰可見的脈絡：

1）接口層描述了容器的重要組件及組件間的協作關系；

2）繼承體系逐步實現組件的各項功能。

接口層清晰地勾勒出Spring框架的高層功能，框架脈絡呼之欲出。有了接口層抽象的描述后，不但Spring自己可以提供具體的實現，任何第三方組織也可以提供不同實現， 可以說Spring完善的接口層使框架的擴展性得到了很好的保證。縱向繼承體系的逐步擴展，分步驟地實現框架的功能，這種實現方案保證了框架功能不會堆積在某些類的身上，造成過重的代碼邏輯負載，框架的復雜度被完美地分解開了。

Spring組件按其所承擔的角色可以劃分為兩類：

1）物料組件：Resource、BeanDefinition、PropertyEditor以及最終的Bean等，它們是加工流程中被加工、被消費的組件，就像流水線上被加工的物料；

BeanDefinition：Spring通過BeanDefinition將配置文件中的配置信息轉換為容器的內部表示，并將這些BeanDefinition注冊到BeanDefinitionRegistry中。Spring容器的后續操作直接從BeanDefinitionRegistry中讀取配置信息。

2）加工設備組件：ResourceLoader、BeanDefinitionReader、BeanFactoryPostProcessor、InstantiationStrategy以及BeanWrapper等組件像是流水線上不同環節的加工設備，對物料組件進行加工處理。

InstantiationStrategy：負責實例化Bean操作，相當于Java語言中new的功能，并不會參與Bean屬性的配置工作。屬性填充工作留待BeanWrapper完成

BeanWrapper：繼承了PropertyAccessor和PropertyEditorRegistry接口，BeanWrapperImpl內部封裝了兩類組件：（1）被封裝的目標Bean（2）一套用于設置Bean屬性的屬性編輯器；具有三重身份：（1）Bean包裹器（2）屬性訪問器 （3）屬性編輯器注冊表。PropertyAccessor：定義了各種訪問Bean屬性的方法。PropertyEditorRegistry：屬性編輯器的注冊表

該圖描述了Spring容器從加載配置文件到創建出一個完整Bean的作業流程：

１、ResourceLoader從存儲介質中加載Spring配置信息，并使用Resource表示這個配置文件的資源；

２、BeanDefinitionReader讀取Resource所指向的配置文件資源，然后解析配置文件。配置文件中每一個解析成一個BeanDefinition對象，并保存到BeanDefinitionRegistry中；

３、容器掃描BeanDefinitionRegistry中的BeanDefinition，使用Java的反射機制自動識別出Bean工廠后處理后器（實現BeanFactoryPostProcessor接口）的Bean，然后調用這些Bean工廠后處理器對BeanDefinitionRegistry中的BeanDefinition進行加工處理。主要完成以下兩項工作：

1）對使用到占位符的元素標簽進行解析，得到最終的配置值，這意味對一些半成品式的BeanDefinition對象進行加工處理并得到成品的BeanDefinition對象；

2）對BeanDefinitionRegistry中的BeanDefinition進行掃描，通過Java反射機制找出所有屬性編輯器的Bean（實現java.beans.PropertyEditor接口的Bean），并自動將它們注冊到Spring容器的屬性編輯器注冊表中（PropertyEditorRegistry）；

4．Spring容器從BeanDefinitionRegistry中取出加工后的BeanDefinition，并調用InstantiationStrategy著手進行Bean實例化的工作；

5．在實例化Bean時，Spring容器使用BeanWrapper對Bean進行封裝，BeanWrapper提供了很多以Java反射機制操作Bean的方法，它將結合該Bean的BeanDefinition以及容器中屬性編輯器，完成Bean屬性的設置工作；

6．利用容器中注冊的Bean后處理器（實現BeanPostProcessor接口的Bean）對已經完成屬性設置工作的Bean進行后續加工，直接裝配出一個準備就緒的Bean。

總結

Spring IOC容器主要有繼承體系底層的BeanFactory、高層的ApplicationContext和WebApplicationContext

Bean有自己的生命周期

容器啟動原理：Spring應用的IOC容器通過tomcat的Servlet或Listener監聽啟動加載；Spring MVC的容器由DispatchServlet作為入口加載；Spring容器是Spring MVC容器的父容器

容器加載Bean原理：

BeanDefinitionReader讀取Resource所指向的配置文件資源，然后解析配置文件。配置文件中每一個解析成一個BeanDefinition對象，并保存到BeanDefinitionRegistry中；

容器掃描BeanDefinitionRegistry中的BeanDefinition；調用InstantiationStrategy進行Bean實例化的工作；使用BeanWrapper完成Bean屬性的設置工作；

單例Bean緩存池：Spring 在 DefaultSingletonBeanRegistry 類中提供了一個用于緩存單實例 Bean 的緩存器，它是一個用 HashMap 實現的緩存器，單實例的 Bean 以 beanName 為鍵保存在這個HashMap 中。

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