在設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要考慮IOC容器的功能（輸入和輸出）巫橄，可以借助下圖初步的看一下IOC的整體功能：

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在此基礎(chǔ)上膀斋，我們初步的去思考，如果作為一個(gè)IOC容器的設(shè)計(jì)者会喝，主體上應(yīng)該包含哪幾個(gè)部分：

• 加載Bean的配置（比如xml配置）
  • 比如不同類型資源的加載陡叠，解析成生成統(tǒng)一Bean的定義
• 根據(jù)Bean的定義加載生成Bean的實(shí)例，并放置在Bean容器中
  • 比如Bean的依賴注入肢执，Bean的嵌套枉阵，Bean存放（緩存）等
• 除了基礎(chǔ)Bean外，還有常規(guī)針對企業(yè)級業(yè)務(wù)的特別Bean
  • 比如國際化Message预茄，事件Event等生成特殊的類結(jié)構(gòu)去支撐
• 對容器中的Bean提供統(tǒng)一的管理和調(diào)用
  • 比如用工廠模式管理兴溜，提供方法根據(jù)名字/類的類型等從容器中獲取Bean
• ...

1. Spring IOC的體系結(jié)構(gòu)

Spring Bean的創(chuàng)建時(shí)典型的工廠模式，一系列的Bean工廠耻陕，為開發(fā)者管理對象間的依賴關(guān)系童工了很多便利和基礎(chǔ)服務(wù)拙徽；在頂層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中主要圍繞著BeanFactory和xxxRegistry進(jìn)行。
BeanFactory：工廠模式定義了IOC容器的基本功能規(guī)范
BeanRegistry：向IOC容器手工注冊BeanDefinition 對象的方法

1.1 BeanFactory定義了那些基本功能規(guī)范诗宣？

BeanFactory作為一個(gè)最頂層的接口膘怕，有三個(gè)子類：ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory 和AutowireCapableBeanFactory召庞。我們看下BeanFactory接口：

public interface BeanFactory {    
      
    //用于取消引用實(shí)例并將其與FactoryBean創(chuàng)建的bean區(qū)分開來岛心。
    //例如，如果命名的bean是FactoryBean篮灼，則獲取將返回Factory忘古，而不是Factory返回的實(shí)例。
    String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&"; 
        
    //根據(jù)bean的名字和Class類型等來得到bean實(shí)例    
    Object getBean(String name) throws BeansException;    
    Object getBean(String name, Class requiredType) throws BeansException;    
    Object getBean(String name, Object... args) throws BeansException;
    <T> T getBean(Class<T> requiredType) throws BeansException;
    <T> T getBean(Class<T> requiredType, Object... args) throws BeansException;

    //返回指定bean的Provider
    <T> ObjectProvider<T> getBeanProvider(Class<T> requiredType);
    <T> ObjectProvider<T> getBeanProvider(ResolvableType requiredType);

    //檢查工廠中是否包含給定name的bean诅诱，或者外部注冊的bean
    boolean containsBean(String name);

    //檢查所給定name的bean是否為單例/原型
    boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    //判斷所給name的類型與type是否匹配
    boolean isTypeMatch(String name, ResolvableType typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    boolean isTypeMatch(String name, Class<?> typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    //獲取給定name的bean的類型
    @Nullable
    Class<?> getType(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    //返回給定name的bean的別名
    String[] getAliases(String name);
}

1.3 BeanFactory為什么要定義這么多層次的接口髓堪？定義了那些接口？

image

主要是為了區(qū)分在 Spring 內(nèi)部在操作過程中對象的傳遞和轉(zhuǎn)化過程中，對對象的數(shù)據(jù)訪問所做的限制干旁。定義的接口如下：

• ListableBeanFactory：該接口定義了訪問容器中 Bean 基本信息的若干方法驶沼，如查看Bean 的個(gè)數(shù)、獲取某一類型 Bean 的配置名争群、查看容器中是否包括某一 Bean 等方法商乎；
• HierarchicalBeanFactory：父子級聯(lián) IoC 容器的接口，子容器可以通過接口方法訪問父容器祭阀； 通過 HierarchicalBeanFactory 接口， Spring 的 IoC 容器可以建立父子層級關(guān)聯(lián)的容器體系鲜戒，子容器可以訪問父容器中的 Bean专控，但父容器不能訪問子容器的 Bean。（可以理解為容器之間的繼承關(guān)系）Spring 使用父子容器實(shí)現(xiàn)了很多功能遏餐，比如在 Spring MVC 中伦腐，展現(xiàn)層 Bean 位于一個(gè)子容器中，而業(yè)務(wù)層和持久層的 Bean 位于父容器中失都。這樣柏蘑，展現(xiàn)層 Bean 就可以引用業(yè)務(wù)層和持久層的 Bean，而業(yè)務(wù)層和持久層的 Bean 則看不到展現(xiàn)層的 Bean粹庞。
• ConfigurableBeanFactory：是一個(gè)重要的接口咳焚，增強(qiáng)了 IoC 容器的可定制性，它定義了設(shè)置類裝載器庞溜、屬性編輯器革半、容器初始化后置處理器等方法；
• ConfigurableListableBeanFactory：ListableBeanFactory 和 ConfigurableBeanFactory的融合流码；
• AutowireCapableBeanFactory：定義了將容器中的 Bean 按某種規(guī)則（如按名字匹配又官、按類型匹配等）進(jìn)行自動(dòng)裝配的方法；

1.4 如何將Bean注冊到BeanFactory中漫试？

Spring 配置文件中每一個(gè)<bean>節(jié)點(diǎn)元素在 Spring 容器里都通過一個(gè) BeanDefinition 對象表示六敬，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 對象的方法驾荣。

Bean對象存在依賴嵌套等關(guān)系外构，所以設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)了BeanDefinition，它用來對Bean對象及關(guān)系定義秘车；理解時(shí)只需要抓住如下三個(gè)要點(diǎn)：

• BeanDefinition 定義了各種Bean對象及其相互的關(guān)系
• BeanDefinitionReader 這是BeanDefinition的解析器
• BeanDefinitionHolder 這是BeanDefination的包裝類典勇，用來存儲(chǔ)BeanDefinition，name以及aliases等叮趴。

1. BeanDefinition：各種Bean對象及其相互的關(guān)系

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image

1.5 ApplicationContext接口的實(shí)現(xiàn)

在考慮ApplicationContext接口的實(shí)現(xiàn)時(shí)走净，關(guān)鍵的點(diǎn)在于券时，不同Bean的配置方式（比如xml,groovy,annotation等）有著不同的資源加載方式，這便衍生除了眾多ApplicationContext的實(shí)現(xiàn)類伏伯。

image

1. 從類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上看橘洞，圍繞是否需要Refresh容器衍生出兩個(gè)抽象類：

• GenericApplicationContext：是初始化的時(shí)候就創(chuàng)建容器，往后的每次refresh都不會(huì)更改说搅。
• AbstractRefreshableApplicationContext：AbstractRefreshableApplicationContext及子類的每次refresh都是先清除已有(如果不存在就創(chuàng)建)的容器炸枣，然后再重新創(chuàng)建；AbstractRefreshableApplicationContext及子類無法做到GenericApplicationContext混合搭配從不同源頭獲取bean的定義信息

2. 從加載的源來看（比如xml,annotation等）弄唧， 衍生出眾多類型的ApplicationContext, 典型比如:

• FileSystemXmlApplicationContext：從文件系統(tǒng)下的一個(gè)或多個(gè)xml配置文件中加載上下文定義适肠，也就是說系統(tǒng)盤符中加載xml配置文件。
• ClassPathXmlApplicationContext：從類路徑下的一個(gè)或多個(gè)xml配置文件中加載上下文定義候引，適用于xml配置的方式侯养。
• AnnotationConfigApplicationContext： 從一個(gè)或多個(gè)基于java的配置類中加載上下文定義，適用于java注解的方式澄干。

3. 設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)AnnotationConfigApplicationContext為什么是繼承GenericApplicationContext沸毁？

• 因?yàn)榛谧⒔獾呐渲茫遣惶珪?huì)被運(yùn)行時(shí)修改的傻寂，這意味著不需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)Bean配置和刷新容器息尺，所以只需要GenericApplicationContext。
  而基于XML這種配置文件疾掰，這種文件是容易修改的搂誉，需要?jiǎng)討B(tài)性刷新Bean的支持，所以XML相關(guān)的配置必然繼承AbstractRefreshableApplicationContext静檬； 且存在多種xml的加載方式（位置不同的設(shè)計(jì)）炭懊，所以必然會(huì)設(shè)計(jì)出AbstractXmlApplicationContext, 其中包含對XML配置解析成BeanDefination的過程窃祝。

最后結(jié)合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來看一張圖：

image

2. IOC初始化流程

首先可以從ClasspathXmlApplicationContext對象入手择吊，創(chuàng)建容器，探究初始化流程九府。

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("aspects.xml", "daos.xml", "services.xml");

public ClassPathXmlApplicationContext(String... configLocations) throws BeansException {
    this(configLocations, true, (ApplicationContext)null);
}

public ClassPathXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, @Nullable ApplicationContext parent) throws BeansException {
    // 設(shè)置Bean資源加載器,調(diào)用AbstractApplicationContext的構(gòu)造方法
    super(parent);

    // 設(shè)置配置路徑
    this.setConfigLocations(configLocations);

    // 初始化容器
    if (refresh) {
        this.refresh();
    }
}

2.1 設(shè)置資源解析器和環(huán)境

調(diào)用父類容器AbstractApplicationContext的構(gòu)造方法(super(parent)方法)為容器設(shè)置好Bean資源加載器

public AbstractApplicationContext(@Nullable ApplicationContext parent) {
    // 默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)初始化容器id, name, 狀態(tài) 以及 資源解析器
    this();

    // 將父容器的Environment合并到當(dāng)前容器
    this.setParent(parent);
}

通過AbstractApplicationContext默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)初始化容器id, name, 狀態(tài) 以及 資源解析器

public AbstractApplicationContext() {
    this.logger = LogFactory.getLog(this.getClass());
    this.id = ObjectUtils.identityToString(this);
    this.displayName = ObjectUtils.identityToString(this);
    this.beanFactoryPostProcessors = new ArrayList();
    this.active = new AtomicBoolean();
    this.closed = new AtomicBoolean();
    this.startupShutdownMonitor = new Object();
    this.applicationStartup = ApplicationStartup.DEFAULT;
    this.applicationListeners = new LinkedHashSet();
    this.resourcePatternResolver = this.getResourcePatternResolver();
}
// Spring資源加載器
protected ResourcePatternResolver getResourcePatternResolver() {
    return new PathMatchingResourcePatternResolver(this);
}

通過AbstractApplicationContext的setParent(parent)方法將父容器的Environment合并到當(dāng)前容器

public void setParent(@Nullable ApplicationContext parent) {
    this.parent = parent;
    if (parent != null) {
        Environment parentEnvironment = parent.getEnvironment();
        if (parentEnvironment instanceof ConfigurableEnvironment) {
            this.getEnvironment().merge((ConfigurableEnvironment)parentEnvironment);
        }
    }
}

2.2 設(shè)置配置路徑

在設(shè)置容器的資源加載器之后稻励，接下來FileSystemXmlApplicationContet執(zhí)行setConfigLocations方法通過調(diào)用其父類AbstractRefreshableConfigApplicationContext的方法進(jìn)行對Bean定義資源文件的定位

public void setConfigLocations(@Nullable String... locations) {
    if (locations != null) {
        Assert.noNullElements(locations, "Config locations must not be null");
        this.configLocations = new String[locations.length];

        for(int i = 0; i < locations.length; ++i) {
            // 解析配置路徑
            this.configLocations[i] = this.resolvePath(locations[i]).trim();
        }
    } else {
        this.configLocations = null;
    }
}
protected String resolvePath(String path) {
    // 從上一步Environment中解析
    return this.getEnvironment().resolveRequiredPlaceholders(path);
}

2.3 主體流程

Spring IoC容器對Bean定義資源的載入是從refresh()函數(shù)開始的父阻，refresh()是一個(gè)模板方法愈涩，refresh()方法的作用是：在創(chuàng)建IoC容器前，如果已經(jīng)有容器存在加矛，則需要把已有的容器銷毀和關(guān)閉履婉，以保證在refresh之后使用的是新建立起來的IoC容器。refresh的作用類似于對IoC容器的重啟斟览，在新建立好的容器中對容器進(jìn)行初始化毁腿，對Bean定義資源進(jìn)行載入。

@Override
    public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
        synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
            StartupStep contextRefresh = this.applicationStartup.start("spring.context.refresh");

            // Prepare this context for refreshing.
            /*
            * 刷新預(yù)處理工作
            * initPropertySources(); 初始化一些屬性設(shè)置苛茂，子類自定義個(gè)性化的屬性設(shè)置已烤。
            * 屬性校驗(yàn)。
            * 使用一個(gè)  new LinkedHashSet<>(this.applicationListeners); 保存容器中的早期事件妓羊，等到事件派發(fā)器初始化后草戈，將事件派發(fā)出去
            * */
            prepareRefresh();

            // Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
            /*
            * 獲取BranFactory
            * refreshBeanFactory(); 刷新BeanFactory，創(chuàng)建一個(gè)BeanFactory對象（DefultListableBeanFactory（）;）并設(shè)置序列化id
            * */
            ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

            // Prepare the bean factory for use in this context.
            /*
            * 預(yù)準(zhǔn)備工作侍瑟，對BeanFactory設(shè)置屬性
            * 1.設(shè)置類加載器以及表達(dá)式解析器
            * 2.添加部分BeanPostProcessor（ApplicationContextAwareProcessor）
            * 3.設(shè)置忽略的自動(dòng)裝配的接口
            * 4.注冊可以解析的自動(dòng)裝配
            * 5.添加BeanPostProcessor（ApplicationListenerDetector）
            * 6.添加編譯時(shí)的AspectJ支持
            * 7.給容器中注冊一些可用的組件，environment丙猬、systemProperties涨颜、systemEnviroment等信息
            * */
            prepareBeanFactory(beanFactory);

            try {
                // Allows post-processing of the bean factory in context subclasses.
                /*
                * BeanFactory主備工作完成后進(jìn)行后置處理器工作，子類通過重寫方法茧球，在BeanFactory創(chuàng)建并預(yù)準(zhǔn)備完成后做進(jìn)一步設(shè)置
                * */
                postProcessBeanFactory(beanFactory);
                //========================================== 以上是BeanFactory的創(chuàng)建以及預(yù)準(zhǔn)備工作   ==========================================

                StartupStep beanPostProcess = this.applicationStartup.start("spring.context.beans.post-process");
                // Invoke factory processors registered as beans in the context.
                /*
                * 執(zhí)行BeanFactory的后置處理器庭瑰，在BeanFactory的標(biāo)準(zhǔn)初始化完成后執(zhí)行
                *   BeanFactoryPostProcessor 和 BeanDefinitionRegistryPostProcessor 兩個(gè)接口
                * 1.先執(zhí)行BeanDefinitionRegistryPostProcessor接口的后置處理器
                *   1).獲取所有的 BeanDefinitionRegistryPostProcessor
                *   2).看優(yōu)先級排序后執(zhí)行 postProcessor。postProcessorDefinitionRegistry（）;
                *   3).再執(zhí)行實(shí)現(xiàn)ordered順序接口的后置處理器執(zhí)行對應(yīng)的方法
                *   4).最后執(zhí)行沒有任何優(yōu)先級或順序的后置處理器
                * 2.再執(zhí)行BeanFactoryPostProcessor接口的后置處理器
                *   1).獲取所有的 BeanFactoryPostProcessor
                 *  2).看優(yōu)先級排序后執(zhí)行 postProcessor抢埋。BeanFactoryPostProcessor（）;
                 *  3).再執(zhí)行實(shí)現(xiàn)ordered順序接口的后置處理器執(zhí)行對應(yīng)的方法
                 *  4).最后執(zhí)行沒有任何優(yōu)先級或順序的后置處理器
                * */
                invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

                // Register bean processors that intercept bean creation.
                /*
                * 注冊Bean的后置處理器弹灭，攔截Bean創(chuàng)建過程，不同的接口類型的后置處理器在Bean創(chuàng)建前后執(zhí)行的時(shí)機(jī)是不一樣的
                * 1.獲取所有的后置處理器揪垄，都默認(rèn)有指定優(yōu)先級
                * 2.先注冊實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級的后置處理器穷吮，后注冊實(shí)現(xiàn)順序的后置處理器，把每一個(gè)后執(zhí)行處理器添加到 BeanFactory 中
                * 3.最后注冊沒有任何優(yōu)先級的接口
                * 4.最終注冊MergedBeanDefinitionPostProcessor
                * 5.注冊一個(gè)ApplicationListenerDetector饥努，來再創(chuàng)建Bean完成后檢查是否是監(jiān)聽器捡鱼，如果是放到容器中
                * */
                registerBeanPostProcessors(beanFactory);
                beanPostProcess.end();

                // Initialize message source for this context.
                /*
                * 初始化MessageSource組件，做國際化酷愧、消息綁定驾诈、消息解析等功能
                * 1.獲取BeanFactory
                * 2.看是否有MessageSource的組件，如果有賦值給MessageSource屬性溶浴，沒有則創(chuàng)建一個(gè)DetegatingMessageSource
                * 3.把創(chuàng)建好的MessageSource放到容器中
                * */
                initMessageSource();

                // Initialize event multicaster for this context.
                /*
                * 初始化事件派發(fā)器
                * 1.獲取BeanFactory乍迄，從BeanFactory中獲取事件派發(fā)器
                * 2.如果沒有則創(chuàng)建一個(gè)SimpleApplicationEventMulticaster，并放到容器中
                * */
                initApplicationEventMulticaster();

                // Initialize other special beans in specific context subclasses.
                /*
                * 留給子容器士败，重寫onRefresh();自定義其他邏輯
                * */
                onRefresh();

                // Check for listener beans and register them.
                /*
                * 檢查和注冊監(jiān)聽器
                * 1.從容其中拿到所有的監(jiān)聽器
                * 2.將每一個(gè)監(jiān)聽器添加到事件派發(fā)器中
                * 3.派發(fā)之間步驟產(chǎn)生的事件
                * */
                registerListeners();

                // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
                /*
                * 初始化剩下的所有的單例Bean
                * 1.beanFactory.preInstantiateSingletons();
                *   1).獲取所有的Bean的定義信息遍歷闯两，RootBeanDefinition
                *   2).判斷Bean不是抽象的、單例的、不是懶加載
                *   3).判斷是否是FactoryBean生蚁，是否是實(shí)現(xiàn)FactoryBean的工廠Bean噩翠，如果是利用工廠創(chuàng)建對象，如果不是利用getBean創(chuàng)建對象
                *       1》.doGetBean();先獲取緩存中保存的單例邦投，如果沒有就開始創(chuàng)建
                *       2》.標(biāo)記當(dāng)前Bena正在被創(chuàng)建伤锚，防止多線程創(chuàng)建，導(dǎo)致不是單例Bean
                *       3》.拿到Bean的定義信息
                *       4》.獲取當(dāng)前Bean依賴的其他Bean志衣，如果有調(diào)用getBean屯援，把依賴對象創(chuàng)建出來
                *       5》.createBean();
                *           a.解析Bean的定義信息
                *           b.BeanPoseProcessor提前攔截返回代理對象
                *           c.如果沒有代理對象，調(diào)用doCreateBean();
                *           d.Bean的生命周期相關(guān)流程念脯。狞洋。。
                *       6》.注冊Bean的銷毀方法
                *       7》.將創(chuàng)建的Bean添加到單例池中
                *   4).所有Bean創(chuàng)建完成后檢查所有的Bean是否是SmartInitializingSingleton接口的
                * */
                finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

                // Last step: publish corresponding event.
                /*
                * 完成BeanFactory的初始化和創(chuàng)建工作
                * 1.initLifecycleProcessor();初始化容器生命周期有關(guān)的后置處理器绿店，允許實(shí)現(xiàn)LifecycleProcessor吉懊，在BeanFactory生命周期執(zhí)行onRefresh（）、onClose（）;
                *   默認(rèn)從容器找假勿，沒有則使用DefultLifecycleProcessor并注冊到容器中
                * 2.拿到生命周期處理器執(zhí)行onRefresh（）;
                * 3.給容器發(fā)布事件借嗽，容器刷新完成
                * */
                finishRefresh();
            }

            catch (BeansException ex) {
                if (logger.isWarnEnabled()) {
                    logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
                            "cancelling refresh attempt: " + ex);
                }

                // Destroy already created singletons to avoid dangling resources.
                destroyBeans();

                // Reset 'active' flag.
                cancelRefresh(ex);

                // Propagate exception to caller.
                throw ex;
            }

            finally {
                // Reset common introspection caches in Spring's core, since we
                // might not ever need metadata for singleton beans anymore...
                resetCommonCaches();
                contextRefresh.end();
            }
        }
    }

這里的設(shè)計(jì)上是一個(gè)非常典型的資源類加載處理型的思路，頭腦中需要形成如下圖的頂層思路

• 模板方法設(shè)計(jì)模式转培，模板方法中使用典型的鉤子方法
• 將具體的初始化加載方法插入到鉤子方法之間
• 將初始化的階段封裝恶导，用來記錄當(dāng)前初始化到什么階段；常見的設(shè)計(jì)是xxxPhase/xxxStage浸须；

• 資源加載初始化有失敗等處理惨寿，必然是try/catch/finally...

  
  
  image

2.4 Refresh方法流程

IOC初始化流程.png