Spring 源码分析——应用上下文

本篇文章讨论 Spring 源码中的应用上下文 ApplicationContext 对象，以及 ApplicationContext 应用上下文如何控制 Bean 容器。

对应 Github 源码完整文档：https://github.com/TyCoding/mini-spring/tree/main/docs/ioc/07-application-context

引言

到此为止，我们已经讲了如何用 XML 配置文件加载 Bean 并装配 Bean 容器，以及 Bean 的实例化和初始化过程，那么再整体看一下 Bean 创建阶段的源码设计：

Bean 容器在哪维护

在之前我们知道getBean()是获取一个 Bean 的入口，而获取单例 Bean 的入口是SingletonBeanRegistry接口：

其中DefaultSingletonBeanRegistry是SingletonBeanRegistry接口的默认实现，此实现类也是三级缓存管理单例 Bean 的核心，Spring 的源码如下：

通过调用SingletonBeanRegistry接口的getSingleton()函数可以从 Bean 单例容器中拿到一个单例实例。

Bean 创建过程

在之前我们重复强调过：

获取一个 Bean 的入口getBean()函数定义在BeanFactory接口中；
而从容器中拿到一个单例 Bean 的入口getSingleton()函数定义在SingletonBeanRegistry接口；
将这两者逻辑融合在一起的函数定义在AbstractAutowireCapableBeanFactory类中，此类才是实例化、初始化 Bean 的核心：

ApplicationContext

上面回顾了 Bean 创建实例化、初始化过程，到此为止我们已经能从容器中拿到一个单例 Bean 了；但是，其实整个过程需要我们手动调用getBean()函数才能拿到一个 Bean 实例对象。

但是实际上 Spring 在启动容器时就应该把需要的 Bean 加载到了容器中（这里涉及到 Bean 的立即加载和延迟加载问题，后面讨论），因此 Spring 需要一个全局的控制，去扫描所有需要加载到容器中的 Bean，以及控制这些 Bean 什么时候实例化、初始化，而这些逻辑就交由 ApplicationContext 对象完成。

ApplicationContext 的初始化过程可以概括为:

加载和解析 XML 配置文件和注册配置类
创建和装配 Bean 实例
注册 Bean 处理器（如 AOP、Processor）
发布容器事件（某些 Event 时间监听器）
完成初始化工作，容器准备就绪

ApplicationContext 接口设计如下：

注：上面仅仅是在项目https://github.com/TyCoding/mini-spring 中的设计，实际上 ApplicationContext 接口有很多实现类，我们这里仅仅是讲解最基础的从 XML 文件加载 Bean 并通过 ApplicationContext 对象加载到容器对象中。

ApplicationContext 接口是应用上下文的父类的接口（ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory 接口是 Spring 的容器扩展父类接口）
ConfigurableApplicationContext 接口定义一些额外的配置接口，所有的 ApplicationContext 实现类都需要直接或间接的实现 ConfigurableApplicationContext 接口
AbstractApplicationContext 实现了 ConfigurableApplicationContext 和 ApplicationContext 接口
AbstractRefreshableApplicationContext 类用于刷新加载 ApplicationContext 上下文中的 Bean 定义（提供了refresh()函数）
AbstractXmlApplicationContext 用于从 XML 配置文件加载 ApplicationContext，提供加载 XML 文件的默认实现，并在 refresh()函数执行时加载 Bean 定义
ClassPathXmlApplicationContext 用于从classspath:类路径下的 XML 文件中加载 ApplicationContext 对象

核心伪代码：

public interface ApplicationContext extends ListableBeanFactory, HierarchicalBeanFactory, ResourceLoader {}

public interface ConfigurableApplicationContext extends ApplicationContext {
    void refresh() throws BeansException;
}

public abstract class AbstractApplicationContext extends DefaultResourceLoader implements ConfigurableApplicationContext {
    @Override
    public void refresh() throws BeansException {
        // 创建BeanFactory并初始化BeanDefinition
        refreshBeanFactory();
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();

        // 实例化Bean之前先加载BeanFactoryPostProcessor处理器
        invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

        // BeanPostProcessor要在其他Bean实例化之前注册
        registerBeanPostProcessors(beanFactory);

        // 提前实例化单例Bean
        beanFactory.preInstantiateSingletons();
    }
}

public interface ConfigurableListableBeanFactory extends ListableBeanFactory, AutowireCapableBeanFactory, ConfigurableBeanFactory {
    void preInstantiateSingletons() throws BeansException;
}

public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractAutowireCapableBeanFactory implements ConfigurableListableBeanFactory, BeanDefinitionRegistry {
   @Override
    public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
        beanDefinitionMap.forEach((beanName, beanDefinition) -> {
            if (beanDefinition.isSingleton()) {
                getBean(beanName);
            }
        });
    }
}

注：这里我们仅是通过最简洁的方式实现 ApplicationContext 中的refresh()函数，实际源码中设计很复杂。

我们可以简单的理解为refresh()函数主要完成了以下几个工作：

提前加载 BeanDefinition 数据和 BeanFactory 等数据
在实例化 Bean 之前注册 PostProcessor 对象（定制化 Bean 实例）
提前实例化 Bean（根据 BeanDefinition 数据调用getBean实例化 Bean）

通常通过 ClassPathXmlApplicationContext（基于 XML 配置文件）和 AnnotationConfigApplicationContext（注解配置）来加载 ApplicationContext 对象，其中reefresh函数会在容器初始化时自动调用。

注：虽然 Spring 容器启动时会自动调用refresh()函数以提前加载 Bean 实例（这里 bean 至少是保证容器运行的一些必要的实例对象），但并不是所有 bean 都会被加载，Spring 会判断哪些 bean 是需要被提前实例化的，有些 bean 只有在被注入或者被调用时才会进行实例化，称为延迟实例化。

在 SpringBoot 项目中经常使用的@Component和@Service注解标记 bean，默认情况下这些 bean 都不会被立即实例化，可以通过配置@Lazy(false)标记一个 bean 需要在容器初始化时立即被加载。

本章节完整的源码示例请参考：https://github.com/TyCoding/mini-spring/tree/main/docs/ioc/07-application-context

Spring 源码专栏

此专栏将从 Spring 源码角度整体分析 Spring 设计思路以及常见的面试题。

配套作者的手写 Spring 的项目：https://github.com/TyCoding/mini-spring 。该项目中包含各个阶段的开发文档，有关 Spring 源码更详细的分析测试文档请查阅：https://github.com/TyCoding/mini-spring/tree/main/docs