在Spring框架中最重要的是Spring IoC容器，它是Spring框架的核心。本文将从更高的角度来解析Sping IoC容器，了解其是如何设计的。了解一样东西最好的办法是从其核心本质出发，只要把握住了这样一个核心，其他的一些东西也迎刃而解了。这是一个很好的开端，我们一起开始吧...

Spring IoC容器

org.springframework.context.ApplicationContext接口代表Spring IoC容器，主要负责bean的实例化、配置、装配，简而言之，Spring IoC容器是管理这些bean的（这里所说的bean指的是组成你的应用程序中的对象，并且这些对象被Spring所管理）。容器如何知道哪些对象要进行实例化、配置和装配的呢？是通过读取配置文件元数据来达到这个效果的，配置文件元数据是用xml配置、Java注解和Java代码配置来表示的。这使得作为程序员的我们，只需要向Spring容器提供配置元数据，Spring容器就能在我们的应用中实例化、配置和装配这些对象。org.springframework.beans和org.springframework.context包是Spring IoC容器的基础。Spring提供了很多Application接口的实现。在单独的应用中，创建ClassPathXmlApplicationContext和FileSystemXmlApplicationContext的实例是非常常用的做法。示例如下：

ApplicationContext ac = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");Hello hello = (Hello) ac.getBean("hello");hello.sayHello();

然而在大部分的应用场景中，不需要实例化一个或者多个Spring IoC容器的实例。例如在web应用的场景下，只需要在web.xml中创建七行样板配置的代码如下：

        
     
      contextConfigLocation
         
     
      /WEB-INF/applicationContext.xml
     
    
        
     
      org.springframework.web.context.ContextLoaderListener
     
    

下面这张图从更高的视角展示了Spring是怎样工作的。你的应用程序中的类是和配置元数据组合在一起，以便在ApplicationContext创建和初始化之后，你拥有了一个完全配置的、可执行的系统。

ApplicationContext设计解析

为了方便对ApplicationContext接口的层次结构有一个大概的认识，下面使用IDEA来生成ApplicationContext的继承关系图。（选中ApplicationContext接口->右键->Diagrams->Show Diagrams...）

（温馨提示：点击图片可以查看高清大图）

从上图就能很清楚的看出ApplicationContext继承的接口分为五类：

• BeanFactory：提供了能够管理任何对象的高级配置机制，这个接口是Spring框架中比较重要的一个接口。
  • ListableBeanFactory：从该接口的名字就能知道，该接口除了拥有BeanFactory的功能外，该接口还有能列出factory中所有bean的实例的能力。
  • HierarchicalBeanFactory：该接口除了拥有BeanFactory的功能外，还提供了BeanFactory分层的机制，查找bean的时候，除了在自身BeanFactory查找外，如果没有查找到，还会在父级BeanFactory进行查找。
• MessageSource：消息资源的处理，用于国际化。
• ApplicationEventPublisher：用于处理事件发布机制。
• EnvironmentCapable：提供了Environment的访问能力。
• ResourceLoader：用于加载资源的策略接口（例如类路径下的资源、系统文件下的资源等等）。
  • ResourcePatternResolver：用于将位置模式（例如Ant风格的路径模式）解析成资源对象的策略接口。classpath*:前缀能匹配所以类路径下的资源。

先看一下在ApplicationContext中定义的方法：

String getId(); // 获取ApplicationContext的唯一idString getApplicationName(); // 该上下文所属的已经部署了的应用的名字，默认为""String getDisplayName(); // 友好的展示名字long getStartupDate(); // 该上下文第一次加载的时间ApplicationContext getParent(); // 父级ApplicationContextAutowireCapableBeanFactory getAutowireCapableBeanFactory() throws IllegalStateException;

前四个方法用于获取该ApplicationContext的一些基本信息，getAutowireCapableBeanFactory()用于暴露AutowireCapableBeanFactory的功能，这通常不是提供给用于代码使用的，除非你想要在应用上下文的外面初始化bean的实例，关于AutowireCapableBeanFactory后面会有更加详细的解析。

BeanFactory

BeanFactory是Spring框架中比较重要的一个接口，下面列出了这个接口中的方法的定义：

// 获取beanObject getBean(String name) throws BeansException;
    
      T getBean(String name, Class
     
       requiredType) throws BeansException;Object getBean(String name, Object... args) throws BeansException;
      
        T getBean(Class
       
         requiredType) throws BeansException;
        
          T getBean(Class
         
           requiredType, Object... args) throws BeansException;// 获取bean的提供者（对象工厂）
          
            ObjectProvider
           
             getBeanProvider(Class
            
              requiredType);
             
               ObjectProvider
              
                getBeanProvider(ResolvableType requiredType);boolean containsBean(String name); // 是否包含指定名字的beanboolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException; // 是否为单例boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException; // 是否为原型// 指定名字的bean是否和指定的类型匹配boolean isTypeMatch(String name, ResolvableType typeToMatch);boolean isTypeMatch(String name, Class
                typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException;Class
                getType(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException; // 获取指定名字的bean的类型String[] getAliases(String name); // 获取指定名字的bean的所有别名
              
             
            
           
          
         
        
       
      
     
    

这些方法大致可以分为三类：

• getBean()方法用于获取匹配的bean的实例对象（有可能是Singleton或者Prototype的），如果没有找到匹配的bean则抛出BeansException子类的异常。如果在当前的工厂实例中没有找到匹配的bean，会在父级的工厂中进行查找。带有args参数的getBean()方法，允许显式的去指定构造器或者工厂方法的参数，会覆盖了在bean的定义中定义的参数，这仅仅在创建一个新的实例的时候才起作用，而在获取一个已经存在的实例是不起作用的。

• getBeanProvider()方法用于获取指定bean的提供者，可以看到它返回的是一个ObjectProvider，其父级接口是ObjectFactory。首先来看一下ObjectFactory，它是一个对象的实例工厂，只有一个方法：

  T getObject() throws BeansException;

  调用这个方法返回的是一个对象的实例。此接口通常用于封装一个泛型工厂，在每次调用的时候返回一些目标对象新的实例。ObjectFactory和FactoryBean是类似的，只不过FactoryBean通常被定义为BeanFactory中的服务提供者（SPI）实例，而ObjectFactory通常是以API的形式提供给其他的bean。简单的来说，ObjectFactory一般是提供给开发者使用的，FactoryBean一般是提供给BeanFactory使用的。

  ObjectProvider继承ObjectFactory，特为注入点而设计，允许可选择性的编程和宽泛的非唯一性的处理。在Spring 5.1的时候，该接口从Iterable扩展，提供了对Stream的支持。该接口的方法如下：

  // 获取对象的实例，允许根据显式的指定构造器的参数去构造对象T getObject(Object... args) throws BeansException;// 获取对象的实例，如果不可用，则返回nullT getIfAvailable() throws BeansException;T getIfAvailable(Supplier
        
          defaultSupplier) throws BeansException;void ifAvailable(Consumer
         
           dependencyConsumer) throws BeansException;// 获取对象的实例，如果不是唯一的或者没有首先的bean，则返回nullT getIfUnique() throws BeansException;T getIfUnique(Supplier
          
            defaultSupplier) throws BeansException;void ifUnique(Consumer
           
             dependencyConsumer) throws BeansException;// 获取多个对象的实例Iterator
            
              iterator();Stream
             
               stream();Stream
              
                orderedStream()
              
             
            
           
          
         
        

  这些接口是分为两类，

  • 一类是获取单个对象，getIfAvailable()方法用于获取可用的bean（没有则返回null），getIfUnique()方法用于获取唯一的bean（如果bean不是唯一的或者没有首选的bean返回null）。getIfAvailable(Supplier<T> defaultSupplier)和getIfUnique(Supplier<T> defaultSupplier)，如果没有获取到bean，则返回defaultSupplier提供的默认值，ifAvailable(Consumer<T> dependencyConsumer)和ifUnique(Consumer<T> dependencyConsumer)提供了以函数式编程的方式去消费获取到的bean。
  • 另一类是获取多个对象，stream()方法返回连续的Stream，不保证bean的顺序（通常是bean的注册顺序）。orderedStream()方法返回连续的Stream，预先会根据工厂的公共排序比较器进行排序，一般是根据org.springframework.core.Ordered的约定进行排序。

• 其他的是一些工具性的方法：

  • 通过名字判断是否包含指定bean的定义的containsBean(String name)方法
  • 判断是单例和原型的isSingleton(String name)和isPrototype(String name)方法
  • 判断给定bean的名字是否和类型匹配的isTypeMatch方法
  • 根据bean的名字来获取其类型的getType(String name)方法
  • 根据bean的名字来获取其别名的getAliases(String name)方法

或许你已经注意到了，有两个方法含有类型是ResolvableType的参数，那么ResolvableType是什么呢？假如说你要获取泛型类型的bean：MyBean<TheType>，根据Class来获取，肯定是满足不了要求的，泛型在编译时会被擦除。使用ResolvableType就能满足此需求，代码如下：

ResolvableType type = ResolvableType.forClassWithGenerics(MyType.class, TheType.class);ObjectProvider
    
     
      > op = applicationContext.getBeanProvider(type);MyType
      
        bean = op.getIfAvailable()
      
     
    

简单的来说，ResolvableType是对Java java.lang.reflect.Type的封装，并且提供了一些访问该类型的其他信息的方法（例如父类， 泛型参数，该类）。从成员变量、方法参数、方法返回类型、类来构建ResolvableType的实例。

ListableBeanFactory

ListableBeanFactory接口有能列出工厂中所有的bean的能力，下面给出该接口中的所有方法：

boolean containsBeanDefinition(String beanName); // 是否包含给定名字的bean的定义int getBeanDefinitionCount(); // 工厂中bean的定义的数量String[] getBeanDefinitionNames(); // 工厂中所有定义了的bean的名字// 获取指定类型的bean的名字String[] getBeanNamesForType(ResolvableType type);String[] getBeanNamesForType(Class
     type);String[] getBeanNamesForType(Class
     type, boolean includeNonSingletons, boolean allowEagerInit);// 获取所有使用提供的注解进行标注的bean的名字String[] getBeanNamesForAnnotation(Class
     annotationType);// 查找指定bean中的所有指定的注解（会考虑接口和父类中的注解） A findAnnotationOnBean(String beanName, Class annotationType)    throws NoSuchBeanDefinitionException;// 根据指定的类型来获取所有的bean
     
       Map
      
        getBeansOfType(Class
       
         type) throws BeansException;
        
          Map
         
           getBeansOfType(Class
          
            type, boolean includeNonSingletons, boolean allowEagerInit) throws BeansException;// 获取所有使用提供的注解进行标注了的beanMap
           
             getBeansWithAnnotation(Class
             annotationType) throws BeansException;
           
          
         
        
       
      
     

上面的这些方法都不考虑祖先工厂中的bean，只会考虑在当前工厂中定义的bean。

• 前八个方法用于获取bean的一些信息
• 最后的三个方法用于获取所有满足条件的bean，返回结果Map中的键为bean的名字，值为bean的实例。这些方法都会考虑通过FactoryBean创建的bean，这也意味着FactoryBean会被初始化。为什么这里的三个方法不返回List？Map不光包含这些bean的实例，而且还包含bean的名字，而List只包含bean的实例。也就是说Map比List更加的通用。

HierarchicalBeanFactory

HierarchicalBeanFactory接口定义了BeanFactory之间的分层结构，ConfigurableBeanFactory中的setParentBeanFactory方法能设置父级的BeanFactory，下面列出了HierarchicalBeanFactory中定义的方法：

BeanFactory getParentBeanFactory(); // 获取父级的BeanFactory// 本地的工厂是否包含指定名字的beanboolean containsLocalBean(String name);

这两个方法都比较直接明了，getParentBeanFactory方法用于获取父级BeanFactory。containsLocalBean

用于判断本地的工厂是否包含指定的bean，忽略在祖先工厂中定义的bean。

MessageSource

MessageSource主要用于消息的国际化，下面是该接口中的方法定义：

// 获取消息String getMessage(String code, Object[] args, String defaultMessage, Locale locale);String getMessage(String code, Object[] args, Locale locale) throws NoSuchMessageException;String getMessage(MessageSourceResolvable resolvable, Locale locale) throws NoSuchMessageException;

以上的三个方法都是用于获取消息的，第一个方法提供了默认消息，第二个接口如果没有获取到指定的消息会抛出异常。第三个接口中的MessageSourceResolvable参数是对代码、参数值、默认值的一个封装。

ApplicationEventPublisher

ApplicationEventPublisher接口封装了事件发布功能，提供Spring中事件的机制。接口中的方法定义如下：

// 发布事件void publishEvent(ApplicationEvent event);void publishEvent(Object event);

第一个方法用于发布特定于应用程序事件。第二个方法能发布任意的事件，如果事件不是ApplicationEvent，那么会被包裹成PayloadApplicationEvent事件。

EnvironmentCapable

EnvironmentCapable提供了访问Environment的能力，该接口只有一个方法：

Environment getEnvironment();

Environment表示当前正在运行的应用的环境变量，它分为两个部分：profiles和properties。它的父级接口PropertyResolver提供了property的访问能力。

ResourceLoader和ResourcePatternResolver

先来看一下ResourceLoader，该接口是用来加载资源（例如类路径或者文件系统中的资源）的策略接口。该接口中的方法如下：

Resource getResource(String location); // 根据指定的位置获取资源ClassLoader getClassLoader(); // 获取该资源加载器所使用的类加载器

该接口只有简单明了的两个方法，一个是用来获取指定位置的资源，一个用于获取资源加载器所使用的类加载器。Resource是从实际类型的底层资源（例如文件、类路径资源）进行抽象的资源描述符。先看下Resource中的方法：

boolean exists(); // 资源实际上是否存在boolean isReadable(); // 资源是否可读boolean isOpen(); // 检查资源是否为打开的流boolean isFile(); // 资源是否为文件系统上的一个文件URL getURL() throws IOException; // 获取urlURI getURI() throws IOException; // 获取URIFile getFile() throws IOException; // 获取文件ReadableByteChannel readableChannel() throws IOException; // 获取ReadableByteChannellong contentLength() throws IOException; // 资源的内容的长度long lastModified() throws IOException; // 资源的最后修改时间// 相对于当前的资源创建一个新的资源Resource createRelative(String relativePath) throws IOException; String getFilename(); // 获取资源的文件名String getDescription(); // 获取资源的描述信息

Resource的父级接口InputStreamSource，可以简单的理解为InputStream的来源，只有一个方法，如下：

InputStream getInputStream() throws IOException; // 获取输入流

接下来在来看一下ResourcePatternResolver，该接口用于解析一个位置模式（例如Ant风格的路径模式），该接口只有一个方法，如下：

// 将给定的位置模式解析成资源对象Resource[] getResources(String locationPattern) throws IOException;

Spring IoC容器设计复盘

假如让你设计IoC容器，你该如何去做呢？首先你应该要明确你设计的容器的功能和特性，然后根据这些功能和特性设计出合理的接口。下面只是粗略的分析一下：

• IoC容器对bean的配置和管理，那么是不是需要设计一个接口来完成这些功能呢？（BeanFactory）
• 既然需要这些元数据的配置，那么是不是需要设计一个接口来完成对一些配置文件的读取。（ResourceLoader和Resource）
• 在IoC容器初始化、摧毁的时候，是不是可能要执行一些操作呢？那么是不是需要使用事件机制来完成呢？（ApplicationEventPublisher）
• ....

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