Spring 核心组件原理解析

Spring 核心组件原理解析

Spring核心组件原理解析

• • Spring 的核心
  • Bean 组件
  • Spring Bean 工厂生产 Bean 时
  • Context 组件
  • Core组件

本文并不是博主原创的，在博主学习Spring底层原理时，看到本篇文章感觉收益颇丰，读了好几遍，每一遍都有不同的体会，所以想通过博客记录一下。
若有侵权立删。

Spring 的核心

任何实际的应用程序都是由很多组件组成的，每个组件负责整个应用功能的一部分，这些组件需要与其他的应用元素进行协调以完成自己的任务。当应用程序运行时，需要以某种方式创建并引入这些组件。

Spring framework 总共有十几个组件，但真正核心的组件只有三个：Spring Core，Spring Context 和 Spring Bean，它们奠定了 Spring 的基础并撑起了 Spring 的框架结构。Spring 的其它功能特性例如 Web、AOP、JDBC 等都是在其基础上发展实现的。

Spring之中最重要的当属Bean了，Spring实际上就是面向Bean的编程，Bean对于Spring的意义就好比Object对于OOP的意义一样。那么，三个核心组件之间是如何协同工作的呢？如果把Bean比作一场演出中的演员，那么Context就是这场演出的舞台，Core就是演出的道具，至于演出的节目，就是Spring的一系列特色功能了。

我们知道Bean包裹的是Object，而Object中必然有数据，Context就是给这些数据提供生存环境，发现每个Bean之间的关系，为他们建立并维护好这种关系。这样来说，Context就是一个Bean关系的集合，这个关系集合就是我们所说的IOC容器。那么Core又有什么作用呢？Core就是发现、建立和维护每个Bean之间的关系所需的一系列工具，就是我们经常说的Util。

Bean 组件

Bean组件在Spring的org.springframework.beans包下，主要完成了Bean的创建、Bean的定义以及Bean的解析三件事。

SpringBean的创建是典型的工厂模式，其工厂的继承层次关系如图所示：

Spring 使用工厂模式来管理程序中使用的对象（Bean），Bean 工厂最上层的接口为 BeanFactory，简单来看，工厂就是根据需要返回相应的 Bean 实例。

public interface BeanFactory {
    //...        
    Object getBean(String name);
}

在工厂模式中，在工厂的实现类中生成 Bean 返回给调用客户端，这就要求客户端提供生成自己所需类实例的工厂类，增加客户负担。Spring 结合控制反转和依赖注入为客户端提供所需的实例，简化了客户端的 *** 作。具体的实现方式大致如下。

public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractAutowireCapableBeanFactory
    implements ConfigurableListableBeanFactory, BeanDefinitionRegistry, Serializable {
    
    private final Map beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap;
    public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition){     
        //...
    }
}

beanDefinitionMap 作为具体的 Bean 容器，Spring 创建的对象实例保存其中。客户端需要时，使用工厂的 getBean 方法去试图得到相应的实例，如果实例已存在，则返回该实例；如果实例不存在，则首先产生相应实例并通过 registerBeanDefinition 方法将其保存在 beanDefinitionMap 中（Lazy Initialization)，然后返回该实例给客户端。

beanDefinitionMap 并不直接保存实例本身，而是将实例封装在 BeanDefinition 对象后进行保存。BeanDefinition 包含了实例的所有信息，其简化版的定义如下。

public class BeanDefinition {
    private Object bean;

    private Class beanClass;
    private String beanClassName;

    // Bean 属性字段的初始化值
    private BeanPropertyValues beanPropertyValues;

    //...
}

Spring Bean 工厂生产 Bean 时

1. 先将实例的类型参数保存到 beanClass 和 beanClassName，将需要初始化的字段名和值保存到beanPropertyValues 中，这个过程 Spring 通过控制反转来实现。
2. 生成 bean 实例，并利用反射机制将需要初始化的字段值写入 bean 实例， 将实例保存在 bean 中，完成BeanDefinition 的构建。

假设我们已经完成了步骤 1) 的 *** 作，之后的过程用代码表述如下所示

public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition){
    //生成 bean 实例，并完成初始化
    Object bean = createBean(beanDefinition);
    //将 bean 实例保存在 beanDefinition 中
    beanDefinition.setBean(bean);
    //将 beanDefinition 实例保存在 Spring 容器中
    beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
}

protected Object createBean(BeanDefinition beanDefinition) {
    try{
        Object bean = beanDefinition.getBeanClass().newInstance();
        try {
            setBeanPropertyValues(bean, beanDefinition);
        } catch (NoSuchFieldException | SecurityException | IllegalArgumentException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return bean;
    }catch(InstantiationException e){
        e.printStackTrace();
    }catch(IllegalAccessException e){
        e.printStackTrace();
    }

    return null;
}

protected void setBeanPropertyValues(Object bean, BeanDefinition beanDefinition) throws NoSuchFieldException, SecurityException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException{
    for(PropertyValue pv : beanDefinition.getBeanPropertyValues().getBeanPropertyValues()){
        Field beanFiled = bean.getClass().getDeclaredField(pv.getName());
        beanFiled.setAccessible(true);
        beanFiled.set(bean, pv.getValue());
    }
}

Context 组件

前面说到，Context组件的作用是给Spring提供一个运行时的环境，用以保存各个对象的状态，我们来看一下与Context相关的类结构图。

从图中可以看出，Context类结构的顶级父类是ApplicationContext，它除了能标识一个应用环境的基本信息以外，还继承了5个接口，这5个接口主要是扩展了Context的功能。ApplicationContext的子类主要包含两个方向，图中已作说明。再往下就是构建Context的文件类型，接着就是访问Context的方式。

一般地，传统的程序设计中，无论是使用工厂创建实例，或是直接创建实例，实例调用者都要先主动创建实例，而后才能使用。控制反转（Inverse of Control) 将实例的创建过程交由容器实现，调用者将控制权交出，是所谓控制反转。

依赖注入（Dependence Injection) 在控制反转的基础上更进一步。如果没有依赖注入，容器创建实例并保存后，调用者需要使用 getBean(String beanName) 才能获取到实例。使用依赖注入时，容器会将 Bean 实例自动注入到完成相应配置的调用者，供其进一步使用。

Context 组件借助上述的控制反转和依赖注入，协助实现了 Spring 的 Ioc 容器。下面我们以一个 Service 类作为所需的 Bean 实例进行说明。实际应用中，我们会需要 Spring 管理很多 Bean 实例。

public class SampleService {
    private String service;
        public String getService() {
        return service;
    }
    public void setService(String service) {
        this.service= service;
    }
}

在程序运行过程中，需要一个 SampleService ，我们不让调用者 new 一个实例，而是在配置文件中表明该 SampleService 的实例交由 Spring 容器进行管理，并指定其初始化参数。配置文件即资源，其内容如下。

Spring Core 组件提供 ResourceLoader 接口，便于读入 xml 文件或其他资源文件。其核心功能代码应该提供如下方法。

public class ResourceLoader {
    public Resource getResource(String location){
        URL resource = this.getClass().getClassLoader().getResource(location);
        return new UrlResource(resource);
    }
}

// UrlResource 的功能代码
public class UrlResource implements Resource {
    private final URL url;

    public UrlResource(URL url){
        this.url = url;
    }

    @Override
    public InputStream getInputStream() throws IOException {
        URLConnection urlConnection = url.openConnection();
        urlConnection.connect();
        return urlConnection.getInputStream();
    }

}

即加载资源文件，并以数据流的形式返回。Context 根据资源中的定义，生成相应的 bean 并保存在容器中，bean 的名字是 sampleService ，供程序进一步使用。这样就完成了控制反转的工作。接下来就需要把 sampleService 注入到需要使用它的地方，亦即完成依赖注入 *** 作。

现在假设 SampleController 中使用 SampleService 的对象，Spring 提供三种依赖注入的方式，构造器注入、setter 注入和注解注入。

public class SampleController {
    
    
    private SampleService sampleService;

    
    public SampleController(SampleService sampleService){
        this.sampleService = sampleService;
    }
    //无参构造函数
    public SampleController(){}

    // 类的核心功能
    public void process(){
        System.out.println(sampleService.getService());
    }
    
    
}

三种注入方式在配置文件中对应不同的配置方式，在前面 xml 文件的基础上，我们可以分别实现这三种注入方式。需要注意的是，这里 SampleController 也是使用 Spring 的 Ioc 容器生成管理的。

    
        
    


    
        
        
    






    
-->

Core组件

Core组件一个重要的组成部分就是定义了资源的访问方式。Core组件把所有的资源都抽象成一个接口，这样，对于资源使用者来说，不需要考虑文件的类型。对资源提供者来说，也不需要考虑如何将资源包装起来交给别人使用（Core组件内所有的资源都可以通过InputStream类来获取）。另外，Core组件内资源的加载都是由ResourceLoader接口完成的，只要实现这个接口就可以加载所有的资源。

那么，Context和Resource是如何建立关系的呢？通过前面Context的介绍我们知道，Context组件里面的类或者接口最终都实现了ResourcePatternResolver接口，ResourcePatternResolver接口的作用就是加载、解析和描述资源。这个接口相当于Resource里面的一个接头人，它把Resource里的资源加载、解析和定义整合到一起，便于其他组件使用。