Spring-底层架构核心概念

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Spring底层核心组件

BeanDefinition

BeanDefinition表示Bean定义，有很多属性用来描述Bean的特点：

  • class，表示Bean类型

  • scope，表示Bean作用域，单例或原型等

  • lazyInit：表示Bean是否是懒加载

  • initMethodName：表示Bean初始化时要执行的方法

  • destroyMethodName：表示Bean销毁时要执行的方法

  • 还有很多…

定义Bean的方式主要分为两种：

  • 申明式定义

    1、
2、@Bean
3、@Component(@Service,@Controller)

  • 编程式定义

    AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

// 生成一个BeanDefinition对象，并设置beanClass为User.class，并注册到ApplicationContext中
AbstractBeanDefinition beanDefinition = BeanDefinitionBuilder.genericBeanDefinition().getBeanDefinition();
beanDefinition.setBeanClass(User.class);
beanDefinition.setScope("prototype"); // 设置作用域
beanDefinition.setInitMethodName("init"); // 设置初始化方法
beanDefinition.setLazyInit(true); // 设置懒加载

context.registerBeanDefinition("user", beanDefinition);
System.out.println(context.getBean("user"));

BeanDefinitionReader

BeanDefinition读取器，虽然开发中用的很少，但是源码中用得很多

AnnotatedBeanDefinitionReader

把某个类转换为BeanDefinition，并且解析类上的注解

AnnotationConfigApplicationContext context = new
AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
AnnotatedBeanDefinitionReader annotatedBeanDefinitionReader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(context);
// 将User.class解析为BeanDefinition
annotatedBeanDefinitionReader.register(User.class);
System.out.println(context.getBean("user"));

可以解析的注解：@Conditional、@Scope、@Lazy、@Primary、@DependsOn、 @Role、@Description

XmlBeanDefinitionReader

解析标签

AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
XmlBeanDefinitionReader xmlBeanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReader(context);
int i = xmlBeanDefinitionReader.loadBeanDefinitions("spring.xml");
System.out.println(context.getBean("user"));

ClassPathBeanDefinitionScanner

扫描器，可以进行扫描，扫描某个包路径，对扫描到的类进行解析

AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext();
context.refresh();
ClassPathBeanDefinitionScanner scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(context);
scanner.scan("com.gax");
System.out.println(context.getBean("userService"));

BeanFactory

Bean工厂，负责创建Bean，并且提供获取Bean的 API

ApplicationContext就是BeanFactory的一种

public interface ApplicationContext extends EnvironmentCapable, ListableBeanFactory,
HierarchicalBeanFactory,
MessageSource, ApplicationEventPublisher, ResourcePatternResolver {
...
}

Hier服务器托管网archicalBeanFactory: 支持父子Bean工厂，子Bean工厂获取不到时，可以到父Bean工厂去获取
ListableBeanFactory: 展示Bean的名字、展示Bean的数量、统计的信息、拿某一个类型的Bean，类似列表的功能
EnvironmentCapable: 获取环境变量的功能
ApplicationEventPublisher: 事件发布的功能
MessageSource: 国际化的功能
ResourcePatternResolver: 获取某些资源、解析某些资源的功能

Spring源码中，BeanFactory接口非常重要的实现类： DefaultListableBeanFactory

ApplicationContext.getBean() 调用的就是 DefaultListableBeanFactory 的getBean()方法

DefaultListableBeanFactory 可以单独使用：

DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
AbstractBeanDefinition beanDefinition = BeanDefinitionBuilder.genericBeanDefinition().getBeanDefinition();
beanDefinition.setBeanClass(User.class);
beanFactory.registerBeanDefinition("user", beanDefinition);
System.out.println(beanFactory.getBean("user"));

ApplicationContext

ApplicationContext是个接口，实际上也是一个BeanFactory，不过比BeanFactory 更加强大：

1、HierarchicalBeanFactory：拥有获取父BeanFactory的功能

2、ListableBeanFactory：拥有获取beanNames的功能

3、ResourcePatternResolver：资源加载器，可以一次性获取多个资源（文件资源等等）

4、EnvironmentCapable：可以获取运行时环境（没有设置运行时环境功能）

5、ApplicationEventPublisher：拥有广播事件的功能（没有添加事件监听器的功能）

6、MessageSource：拥有国际化功能

ApplicationContext两个重要的实现类：

1、AnnotationConfigApplicationContext

2、ClassPathXmlApplicationContext

国际化

定义一个MessageSource

@Bean
public MessageSource messageSource() {
    ResourceBundleMessageSource messageSource = new ResourceBundleMessageSource();
    messageSource.setBasename("messages");
    return messageSource;
}

ApplicationContext拥有国际化的功能，可以直接用

context.getMessage("test", null, new Locale("en_CN"))

资源加载

可以利用ApplicationContext获取某个文件的内容

AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

Resource resource = context.getResource("file://D:UserService.java");
System.out.println(resource.contentLength());
System.out.println(resource.getFilename());

Resource resource1 = context.getResource("https://www.baidu.com");
System.out.println(resource1.contentLength());
System.out.println(resource1.getURL());

Resource resource2 = context.getResource("classpath:spring.xml");
System.out.println(resource2.contentLength());
System.out.println(resource2.getURL());
                                        
Resource[] resources = context.getResources("classpath:com/gax/*.class");
for (Resource resource : resources) {
    System.out.println(resource.contentLength());
    System.out.println(resource.getFilename());
}

获取运行时环境

AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

Map systemEnvironment = context.getEnvironment().getSystemEnvironment();
System.out.println(systemEnvironment); //操作系统层面的环境变量

Map systemProperties = context.getEnvironment().getSystemProperties();
System.out.println(systemProperties); //运行java通过-D指定的环境变量

MutablePropertySources propertySources = context.getEnvironment().getPropertySources();
System.out.println(propertySources); //最强大的，包含上面两种和PropertySources注解的变量

System.out.println(context.getEnvironment().getProperty("NO_PROXY")); //操作系统
System.out.println(context.getEnvironment().getProperty("sun.jnu.encoding")); //jvm -D指定
System.out.println(context.getEnvironment().getProperty("gax")); //property里面的

事件发布

定义一个事件监听器

@Bean
public ApplicationListener applicationListener() {
    return new ApplicationListener() {
        @Override
        public void onApplicationEvent(ApplicationEvent event) {
        	System.out.println("接收到了一个事件");
        }
    };
}

发布一个事件

context.publishEvent("yeah");

类型转化

Spring提供了一些方便类型转化的技术

PropertyEditor

JDK中提供的类型转化工具类，使用示例：

public class StringToUserPropertyEditor extends PropertyEditorSupport implements PropertyEditor
{
    @Override
    public void setAsText(String text) throws IllegalArgumentException
    {
        User user = new User();
        user.setName(text);
        this.setValue(user);
    }
    
    // 单独使用示例
    public static void main(String[] args)
    {
        StringToUserPropertyEditor propertyEditor = new StringToUserPropertyEditor();
        
        propertyEditor.setAsText("11");
        User value = (User)propertyEditor.getValue();
        System.out.println(value);
        System.out.println(value.getName());
    }
}

输出：
com.gax.service.User@5a07e868
11

向Spring中注册PropertyEditor：

@Bean
public CustomEditorConfigurer customEditorConfigurer()
{
    CustomEditorConfigurer customEditorConfigurer = new CustomEditorConfigurer();
    Map, Class extends PropertyEditor>> propertyEditorMap = new HashMap();
    // StringToUserPropertyEditor可以将String转化成User类型，
    // 在Spring源码中，如果当前对象是String，而需要的类型是User，就会用该PropertyEditor做类型转化
    propertyEditorMap.put(User.class, StringToUserPropertyEditor.class);
    customEditorConfigurer.setCustomEditors(propertyEditorMap);
    return customEditorConfigurer;
}

// 示例代码
@Component
public class UserService
{
    @Value("ccc")
    private User user; //这里需要类型转换
    
    public void test()
    {
        System.out.println(user);
    }
}

// 测试
public class Test 
{
	public static void main(String[] args) 
	{

		// 创建一个Spring容器
		AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

		UserService userService = (UserService) applicationContext.getBean("userService");
		userService.test();
	}
}

输出：（输出的是一个User，转换成功）
com.gax.service.User@17ed40e0

ConversionService

Spring中提供的类型转化服务，它比PropertyEditor更强大

public class StringToUserConverter implements ConditionalGenericConverter
{
    @Override
    public boolean matches(TypeDescriptor sourceType, TypeDescriptor targetType)
    {
        return sourceType.getType().equals(String.class) && targetType.getType().equals(User.class);
    }
    
    @Override
    public Set getConvertibleTypes()
    {
        return Collections.singleton(new GenericConverter.ConvertiblePair(String.class, User.class));
    }
    
    @Override
    public Object convert(Object source, TypeDescriptor sourceType, TypeDescriptor targetType)
    {
        User user = new User();
        user.setName((String)source);
        return user;
    }
}

// 单独使用
public class Test 
{
	public stati服务器托管网c void main(String[] args) 
	{
		DefaultConversionService conversionService = new DefaultConversionService();
		conversionService.addConverter(new StringToUserConverter());
		User value = conversionService.convert("1", User.class);
		System.out.println(value);
	}
}

向Spring中注册ConversionService：

@Bean
public ConversionServiceFactoryBean conversionService()
{
    ConversionServiceFactoryBean conversionServiceFactoryBean = new ConversionServiceFactoryBean();
    conversionServiceFactoryBean.setConverters(Collections.singleton(new StringToUserConverter()));
    return conversionServiceFactoryBean;
}

TypeConverter

Spring提供更高级的转换类SimpleTypeConverter，可以支持上面两种

public class Test 
{
	public static void main(String[] args) 
	{
		SimpleTypeConverter typeConverter = new SimpleTypeConverter();
		typeConverter.registerCustomEditor(User.class, new StringToUserPropertyEditor());
//		DefaultConversionService conversionService = new DefaultConversionService();
//		conversionService.addConverter(new StringToUserConverter());
//		typeConverter.setConversionService(conversionService);
		User value = typeConverter.convertIfNecessary("1", User.class);
		System.out.println(value);
	}
}

扩展：

// getBean指定类型转换
AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
UserService userService = applicationContext.getBean("userService", UserService.class);

// 可以对应到Spring源码：AbstractBeanFactory#adaptBeanInstance
 T adaptBeanInstance(String name, Object bean, @Nullable Class> requiredType) {
	// Check if required type matches the type of the actual bean instance.
	if (requiredType != null && !requiredType.isInstance(bean)) {
		try {
			// SimpleTypeConverter
			Object convertedBean = getTypeConverter().convertIfNecessary(bean, requiredType);
			if (convertedBean == null) { // 已经转换过了返回，没转换报错
				throw new BeanNotOfRequiredTypeException(name, requiredType, bean.getClass());
			}
			return (T) convertedBean;
		}
		catch (TypeMismatchException ex) {
			if (logger.isTraceEnabled()) {
				logger.trace("Failed to convert bean '" + name + "' to required type '" +
						ClassUtils.getQualifiedName(requiredType) + "'", ex);
			}
			throw new BeanNotOfRequiredTypeException(name, requiredType, bean.getClass());
		}
	}
	return (T) bean;
}

OrderComparator

Spring所提供的一种比较器，有@Order注解、实现Ordered接口两种使用方式，通过指定的值进行比较或排序。

实现Ordered接口示例代码：

public class A implements Ordered
{
    @Override
    public int getOrder()
    {
        return 3;
    }
    
    @Override
    public String toString()
    {
        return this.getClass().getSimpleName();
    }
}

public class B implements Ordered
{
    @Override
    public int getOrder()
    {
        return 2;
    }
    
    @Override
    public String toString()
    {
        return this.getClass().getSimpleName();
    }
}

public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        A a = new A(); // order=3
        B b = new B(); // order=2
        OrderComparator comparator = new OrderComparator();
        System.out.println(comparator.compare(a, b)); // 1 (a>b,a();
        list.add(a);
        list.add(b);
        // 按order值升序排序
        list.sort(comparator);
        System.out.println(list); // B，A
    }
}

输出：
1
[B, A]

Spring还提供了一个OrderComparator的子类： AnnotationAwareOrderComparator，它支持用@Order来指定order值

@Order(3)
public class A
{
    @Override
    public String toString()
    {
        return this.getClass().getSimpleName();
    }
}

@Order(2)
public class B
{
    @Override
    public String toString()
    {
        return this.getClass().getSimpleName();
    }
}

public class Main
{
    public static void main(String[] args)
    {
        A a = new A(); // order=3
        B b = new B(); // order=2
		AnnotationAwareOrderComparator comparator = new AnnotationAwareOrderComparator();
        System.out.println(comparator.compare(a, b)); // 1
        List list = new ArrayList();
        list.add(a);
        list.add(b);
        // 按order值升序排序
        list.sort(comparator);
        System.out.println(list); // B，A
    }
}

输出：
1
[B, A]


// 关键源码：AnnotationAwareOrderComparator#findOrder
protected Integer findOrder(Object obj) {
    // 先获取Ordered接口中getOrder()方法返回的数值
    Integer order = super.findOrder(obj);
    if (order != null) {
        return order;
    }
    // 如果没有实现Ordered接口，则获取@Order注解中指定的值
    return findOrderFromAnnotation(obj);
}

BeanPostProcessor

BeanPostProcess表示Bean的后置处理器，可以定义一个或多个BeanPostProcessor

@Component
public class GaxBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor 
{
    @Override
    public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) 
	{
        if ("userService".equals(beanName)) 
		{
            System.out.println("初始化前");
        }
        return bean;
    }

    @Override
    public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) 
	{
        if ("userService".equals(beanName)) 
		{
            System.out.println("初始化后");
        }
        return bean;
    }
}

BeanPostProcessor可以在任意一个Bean的初始化之前以及初始化之后去额外的做一些用户自定义的逻辑，当然还可以通过判断beanName来进行针对性处理（针对某个Bean，或某部分Bean）。

我们可以通过定义BeanPostProcessor来干涉Spring创建Bean的过程

BeanFactoryPostProcessor

Bean工厂的后置处理器，和BeanPostProcessor类似。

BeanPostProcessor是干涉Bean的创建过程，BeanFactoryPostProcessor是干涉BeanFactory的创建过程。

@Component
public class GaxBeanFactoryPostProcessor implements BeanFactoryPostProcessor
{
    @Override
    public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory)
    {
        System.out.println("加工beanFactory");
    }
}

FactoryBean

上面提到，可以通过BeanPostPorcessor来干涉Spring创建Bean的过程。但是如果我们想一个Bean完完全全由我们来创造，也是可以的，比如通过FactoryBean：

@Component
public class GaxFactoryBean implements FactoryBean
{
    @Override
    public Object getObject()
    {
        return new UserService();
    }
    
    @Override
    public Class> getObjectType()
    {
        return UserService.class;
    }
}

// 测试
public class Test
{
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        // 创建一个Spring容器
		AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
		Object gaxFactoryBean = applicationContext.getBean("gaxFactoryBean");
		Object gaxFactoryBean2 = applicationContext.getBean("&gaxFactoryBean");
		Object gaxFactoryBean3 = applicationContext.getBean("&&&&&&gaxFactoryBean");
		System.out.println(gaxFactoryBean);
		System.out.println(gaxFactoryBean2);
		System.out.println(gaxFactoryBean3);
	}
}

输出：
com.gax.service.UserService@6e3c1e69
com.gax.GaxFactoryBean@5f150435
com.gax.GaxFactoryBean@5f150435

注意：通过这种方式创造出来的UserService的Bean，只会经过初始化后，其他Spring的生命周期步骤是不会经过的，比如依赖注入。

通过@Bean也可以生成一个对象作为Bean，那么和FactoryBean的区别是什么呢？

其实在很多场景下他俩是可以替换的，但是站在原理层面来说的，区别很明显，@Bean定义的Bean是会经过完整的Bean生命周期的。

ExcludeFilter和IncludeFilter

ExcludeFilter表示排除过滤器，IncludeFilter表示包含过滤器

// 扫描com.gax这个包下面的所有类，但是排除UserService类
// 也就是就算类上面有@Component注解也不会成为Bean
@ComponentScan(value = "com.gax", excludeFilters = {
    @ComponentScan.Filter(type = FilterType.ASSIGNABLE_TYPE, classes = UserService.class)})
public class AppConfig {
}

// 就算UserService类上没有@Component注解，也会被扫描成为一个Bean
@ComponentScan(value = "com.gax", includeFilters = {
    @ComponentScan.Filter(type = FilterType.ASSIGNABLE_TYPE, classes = UserService.class)})
public class AppConfig {
}

FilterType分为：

1、ANNOTATION：是否包含某个注解

2、ASSIGNABLE_TYPE：是否是某个类

3、ASPECTJ：是否符合某个Aspectj表达式

4、REGEX：是否符合某个正则表达式

5、CUSTOM：自定义

Spring内部怎么支持@Component注解扫描的？

在Spring的扫描逻辑中，默认会添加一个AnnotationTypeFilter给includeFilters，表示默认情况下 Spring扫描过程中会认为类上有@Component注解的就是Bean。

// ClassPathScanningCandidateComponentProvider#registerDefaultFilters
protected void registerDefaultFilters() {

	// 注册@Component对应的AnnotationTypeFilter
	this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(Component.class));

	... ...
}

MetadataReader、ClassMetadata、 AnnotationMetadata

在Spring中需要去解析类的信息，比如类名、类中的方法、类上的注解，这些都可以称之为类的元数 据，所以Spring中对类的元数据做了抽象，并提供了一些工具类。

public interface MetadataReader {

	/**
	 * Return the resource reference for the class file.
	 */
	Resource getResource();

	/**
	 * Read basic class metadata for the underlying class.
	 */
	ClassMetadata getClassMetadata();

	/**
	 * Read full annotation metadata for the underlying class,
	 * including metadata for annotated methods.
	 */
	AnnotationMetadata getAnnotationMetadata();
}

// 类的元数据
public interface ClassMetadata {

	/**
	 * Return the name of the underlying class.
	 */
	String getClassName();

	/**
	 * Return whether the underlying class represents an interface.
	 */
	boolean isInterface();

	/**
	 * Return whether the underlying class represents an annotation.
	 * @since 4.1
	 */
	boolean isAnnotation();

	/**
	 * Return whether the underlying class is marked as abstract.
	 */
	boolean isAbstract();

	/**
	 * Return whether the underlying class represents a concrete class,
	 * i.e. neither an interface nor an abstract class.
	 */
	default boolean isConcrete() {
		return !(isInterface() || isAbstract());
	}

	... ...
}

// 注解元数据
public interface AnnotationMetadata extends ClassMetadata, AnnotatedTypeMetadata {

	/**
	 * Get the fully qualified class names of all annotation types that
	 * are present on the underlying class.
	 * @return the annotation type names
	 */
	default Set getAnnotationTypes() {
		return getAnnotations().stream()
				.filter(MergedAnnotation::isDirectlyPresent)
				.map(annotation -> annotation.getType().getName())
				.collect(Collectors.toCollection(LinkedHashSet::new));
	}
    
    /**
	 * Determine whether an annotation of the given type is present on
	 * the underlying class.
	 * @param annotationName the fully qualified class name of the annotation
	 * type to look for
	 * @return {@code true} if a matching annotation is present
	 */
	default boolean hasAnnotation(String annotationName) {
		return getAnnotations().isDirectlyPresent(annotationName);
	}

	/**
	 * 可以判断类下面有没有指定注解，比如说判断一个类下面有没有@Bean修饰的方法
	 * Determine whether the underlying class has an annotation that is itself
	 * annotated with the meta-annotation of the given type.
	 * @param metaAnnotationName the fully qualified class name of the
	 * meta-annotation type to look for
	 * @return {@code true} if a matching meta-annotation is present
	 */
	default boolean hasMetaAnnotation(String metaAnnotationName) {
		return getAnnotations().get(metaAnnotationName,
				MergedAnnotation::isMetaPresent).isPresent();
	}

	... ...
}

MetadataReader表示类的元数据读取器，默认实现类为SimpleMetadataReader。

public class Test
{
    public static void main(String[] args) throws IOException
    {
        SimpleMetadataReaderFactory simpleMetadataReaderFactory = new SimpleMetadataReaderFactory();
        // 构造一个MetadataReader
        MetadataReader metadataReader = simpleMetadataReaderFactory.getMetadataReader("com.gax.service.UserService");
        // 得到一个ClassMetadata，并获取了类名
        ClassMetadata classMetadata = metadataReader.getClassMetadata();
        System.out.println(classMetadata.getClassName());
        // 获取一个AnnotationMetadata，并获取类上的注解信息
        AnnotationMetadata annotationMetadata = metadataReader.getAnnotationMetadata();
        for (String annotationType : annotationMetadata.getAnnotationTypes())
        {
            System.out.println(annotationType);
        }
	}
}

输出：
com.gax.service.UserService
org.springframework.stereotype.Component

注意：SimpleMetadataReader去解析类时，使用的ASM技术。

ASM简述：把类当成普通文件，通过字节流读出来，如果符合字节码规范，就根据字节码的格式获取类的信息

为什么要使用ASM技术？

Spring启动的时候需要去扫描，如果指定的包路径比较宽泛，那么扫描的类是非常多的，那如果在Spring启动时就把这些类全部加载进JVM了，这样不太好，所以使用了 ASM技术

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