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【Spring】—— IoC 之装载 BeanDefinitions 总结
2020-12-05
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芋道源码
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本文共 1,644个字，预计阅读需要 6分钟。
> `转载`于【[芋道源码](http://svip.iocoder.cn/)】 > 本文主要基于 Spring 5.0.6.RELEASE 前面 13 篇博文从源码层次，分析了 IoC BeanDefinition 装载的整个过程，这篇就这些内容做一个总结将其连贯起来。 在前文提过，IoC 容器的初始化过程分为三步骤：Resource 定位、BeanDefinition 的载入和解析，BeanDefinition 注册。  - **Resource 定位**。我们一般用外部资源来描述 Bean 对象，所以在初始化 IoC 容器的第一步就是需要定位这个外部资源。在上一篇博客（[《【Spring】—— IoC 之 Spring 统一资源加载策略》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-load-Resource)）已经详细说明了资源加载的过程。 - BeanDefinition 的装载和解析 。装载就是 BeanDefinition 的载入。BeanDefinitionReader 读取、解析 Resource 资源，也就是将用户定义的 Bean 表示成 IoC 容器的内部数据结构：BeanDefinition 。 - 在 IoC 容器内部维护着一个 BeanDefinition Map 的数据结构 - 在配置文件中每一个 `<bean>` 都对应着一个 BeanDefinition 对象。 - BeanDefinition 注册 。向 IoC 容器注册在第二步解析好的 BeanDefinition，这个过程是通过 BeanDefinitionRegistry 接口来实现的。在 IoC 容器内部其实是将第二个过程解析得到的 BeanDefinition 注入到一个 HashMap 容器中，IoC 容器就是通过这个 HashMap 来维护这些 BeanDefinition 的。 - 在这里需要注意的一点是这个过程并没有完成依赖注入（Bean 创建），Bean 创建是发生在应用第一次调用 `#getBean(...)` 方法，向容器索要 Bean 时。 - 当然我们可以通过设置预处理，即对某个 Bean 设置 `lazyinit = false` 属性，那么这个 Bean 的依赖注入就会在容器初始化的时候完成。 还记得在博客 [《【 Spring】—— IoC 之加载 BeanDefinition》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-load-BeanDefinitions) 中提供的一段代码吗？这里我们同样也以这段代码作为我们研究 IoC 初始化过程的开端，如下： ``` ClassPathResource resource = new ClassPathResource("bean.xml"); DefaultListableBeanFactory factory = new DefaultListableBeanFactory(); XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(factory); reader.loadBeanDefinitions(resource); ``` 刚刚开始的时候可能对上面这几行代码不知道什么意思，现在应该就一目了然了： - `ClassPathResource resource = new ClassPathResource("bean.xml");` ： 根据 Xml 配置文件创建 Resource 资源对象。ClassPathResource 是 Resource 接口的子类，`bean.xml` 文件中的内容是我们定义的 Bean 信息。 - `DefaultListableBeanFactory factory = new DefaultListableBeanFactory();` ：创建一个 BeanFactory 。DefaultListableBeanFactory 是 BeanFactory 的一个子类，BeanFactory 作为一个接口，其实它本身是不具有独立使用的功能的，而 DefaultListableBeanFactory 则是真正可以独立使用的 IoC 容器，它是整个 Spring IoC 的始祖，在后续会有专门的文章来分析它。 - `XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(factory);` ：创建 XmlBeanDefinitionReader 读取器，用于载入 BeanDefinition 。 - `reader.loadBeanDefinitions(resource);`：开始 BeanDefinition 的载入和注册进程，完成后的 BeanDefinition 放置在 IoC 容器中。 ## 1. Resource 定位 Spring 为了解决资源定位的问题，提供了两个接口：Resource、ResourceLoader，其中： - Resource 接口是 Spring 统一资源的抽象接口 - ResourceLoader 则是 Spring 资源加载的统一抽象。 - 关于Resource、ResourceLoader 的更多知识请关注 [《【死磕 Spring】—— IoC 之 Spring 统一资源加载策略》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-load-Resource) Resource 资源的定位需要 Resource 和 ResourceLoader 两个接口互相配合，在上面那段代码中 `new ClassPathResource("bean.xml")` 为我们定义了资源，那么 ResourceLoader 则是在什么时候初始化的呢？看 XmlBeanDefinitionReader 构造方法： ``` // XmlBeanDefinitionReader.java public XmlBeanDefinitionReader(BeanDefinitionRegistry registry) { super(registry); } ``` - 直接调用父类 AbstractBeanDefinitionReader 构造方法，代码如下： ``` // AbstractBeanDefinitionReader.java protected AbstractBeanDefinitionReader(BeanDefinitionRegistry registry) { Assert.notNull(registry, "BeanDefinitionRegistry must not be null"); this.registry = registry; // Determine ResourceLoader to use. if (this.registry instanceof ResourceLoader) { this.resourceLoader = (ResourceLoader) this.registry; } else { this.resourceLoader = new PathMatchingResourcePatternResolver(); } // Inherit Environment if possible if (this.registry instanceof EnvironmentCapable) { this.environment = ((EnvironmentCapable) this.registry).getEnvironment(); } else { this.environment = new StandardEnvironment(); } } ``` - 核心在于设置 resourceLoader 这段，如果设置了 ResourceLoader 则用设置的，否则使用 PathMatchingResourcePatternResolver ，该类是一个集大成者的 ResourceLoader。 ## 2. BeanDefinition 的载入和解析 `reader.loadBeanDefinitions(resource);` 代码段，开启 BeanDefinition 的解析过程。如下： ``` // XmlBeanDefinitionReader.java @Override public int loadBeanDefinitions(Resource resource) throws BeanDefinitionStoreException { return loadBeanDefinitions(new EncodedResource(resource)); } ``` - 在这个方法会将资源 resource 包装成一个 EncodedResource 实例对象，然后调用 `#loadBeanDefinitions(EncodedResource encodedResource)` 方法。而将 Resource 封装成 EncodedResource 主要是为了对 Resource 进行编码，保证内容读取的正确性。代码如下： ``` // XmlBeanDefinitionReader.java public int loadBeanDefinitions(EncodedResource encodedResource) throws BeanDefinitionStoreException { // ... 省略一些代码 try { // 将资源文件转为 InputStream 的 IO 流 InputStream inputStream = encodedResource.getResource().getInputStream(); try { // 从 InputStream 中得到 XML 的解析源 InputSource inputSource = new InputSource(inputStream); if (encodedResource.getEncoding() != null) { inputSource.setEncoding(encodedResource.getEncoding()); } // ... 具体的读取过程 return doLoadBeanDefinitions(inputSource, encodedResource.getResource()); } finally { inputStream.close(); } } // 省略一些代码 } ``` - 从 `encodedResource` 源中获取 xml 的解析源，然后调用 `#doLoadBeanDefinitions(InputSource inputSource, Resource resource)` 方法，执行具体的解析过程。 ``` // XmlBeanDefinitionReader.java protected int doLoadBeanDefinitions(InputSource inputSource, Resource resource) throws BeanDefinitionStoreException { try { // 获取 XML Document 实例 Document doc = doLoadDocument(inputSource, resource); // 根据 Document 实例，注册 Bean 信息 int count = registerBeanDefinitions(doc, resource); return count; } // ... 省略一堆配置 } ``` - 在该方法中主要做两件事： - 1、根据 xml 解析源获取相应的 Document 对象。详细解析，见 [「2.1 转换为 Document 对象」](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-load-BeanDefinitions-summary/#) 。 - 2、调用 `#registerBeanDefinitions(Document doc, Resource resource)` 方法，开启 BeanDefinition 的解析注册过程。详细解析，见 [「2.2 注册 BeanDefinition」](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-load-BeanDefinitions-summary/#) 。 ### 2.1 转换为 Document 对象 调用 `#doLoadDocument(InputSource inputSource, Resource resource)` 方法，会将 Bean 定义的资源转换为 Document 对象。代码如下： ``` // XmlBeanDefinitionReader.java protected Document doLoadDocument(InputSource inputSource, Resource resource) throws Exception { return this.documentLoader.loadDocument(inputSource, getEntityResolver(), this.errorHandler, getValidationModeForResource(resource), isNamespaceAware()); } ``` 该方法接受五个参数： - `inputSource` ：加载 Document 的 Resource 源。 - entityResolver：解析文件的解析器。 - 【重要】详细解析，见 [《【死磕 Spring】—— IoC 之获取 Document 对象》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-load-Document) 。 - `errorHandler` ：处理加载 Document 对象的过程的错误。 - validationMode：验证模式。 - 【重要】详细解析，见 [《【死磕 Spring】—— IoC 之获取验证模型》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-Validation-Mode-For-Resource) 。 - `namespaceAware` ：命名空间支持。如果要提供对 XML 名称空间的支持，则为 `true` 。 ------ `#loadDocument(InputSource inputSource, EntityResolver entityResolver, ErrorHandler errorHandler, int validationMode, boolean namespaceAware)` 方法，在类 DefaultDocumentLoader 中提供了实现。代码如下： ``` // DefaultDocumentLoader.java @Override public Document loadDocument(InputSource inputSource, EntityResolver entityResolver, ErrorHandler errorHandler, int validationMode, boolean namespaceAware) throws Exception { // 创建 DocumentBuilderFactory DocumentBuilderFactory factory = createDocumentBuilderFactory(validationMode, namespaceAware); // 创建 DocumentBuilder DocumentBuilder builder = createDocumentBuilder(factory, entityResolver, errorHandler); // 解析 XML InputSource 返回 Document 对象 return builder.parse(inputSource); } ``` ### 2.2 注册 BeanDefinition 流程 这到这里，就已经将定义的 Bean 资源文件，载入并转换为 Document 对象了。那么，下一步就是如何将其解析为 SpringIoC 管理的 BeanDefinition 对象，并将其注册到容器中。这个过程由方法 `#registerBeanDefinitions(Document doc, Resource resource)` 方法来实现。代码如下： ``` // XmlBeanDefinitionReader.java public int registerBeanDefinitions(Document doc, Resource resource) throws BeanDefinitionStoreException { // 创建 BeanDefinitionDocumentReader 对象 BeanDefinitionDocumentReader documentReader = createBeanDefinitionDocumentReader(); // 获取已注册的 BeanDefinition 数量 int countBefore = getRegistry().getBeanDefinitionCount(); // 创建 XmlReaderContext 对象 // 注册 BeanDefinition documentReader.registerBeanDefinitions(doc, createReaderContext(resource)); // 计算新注册的 BeanDefinition 数量 return getRegistry().getBeanDefinitionCount() - countBefore; } ``` - 首先，创建 BeanDefinition 的解析器 BeanDefinitionDocumentReader 。 - 然后，调用该 BeanDefinitionDocumentReader 的 `#registerBeanDefinitions(Document doc, XmlReaderContext readerContext)` 方法，开启解析过程，这里使用的是委派模式，具体的实现由子类 DefaultBeanDefinitionDocumentReader 完成。代码如下： ``` // DefaultBeanDefinitionDocumentReader.java @Override public void registerBeanDefinitions(Document doc, XmlReaderContext readerContext) { this.readerContext = readerContext; // 获得 XML Document Root Element // 执行注册 BeanDefinition doRegisterBeanDefinitions(doc.getDocumentElement()); } ``` #### 2.2.1 对 Document 对象的解析 从 Document 对象中获取根元素 root，然后调用 ``#doRegisterBeanDefinitions(Element root)` 方法，开启真正的解析过程。代码如下： ``` // DefaultBeanDefinitionDocumentReader.java protected void doRegisterBeanDefinitions(Element root) { // ... 省略部分代码（非核心） this.delegate = createDelegate(getReaderContext(), root, parent); // 解析前处理 preProcessXml(root); // 解析 parseBeanDefinitions(root, this.delegate); // 解析后处理 postProcessXml(root); } ``` - `#preProcessXml(Element root)`、`#postProcessXml(Element root)` 为前置、后置增强处理，目前 Spring 中都是空实现。 - `#parseBeanDefinitions(Element root, BeanDefinitionParserDelegate delegate)` 是对根元素 root 的解析注册过程。代码如下： ``` // DefaultBeanDefinitionDocumentReader.java protected void parseBeanDefinitions(Element root, BeanDefinitionParserDelegate delegate) { // 如果根节点使用默认命名空间，执行默认解析 if (delegate.isDefaultNamespace(root)) { // 遍历子节点 NodeList nl = root.getChildNodes(); for (int i = 0; i < nl.getLength(); i++) { Node node = nl.item(i); if (node instanceof Element) { Element ele = (Element) node; // 如果该节点使用默认命名空间，执行默认解析 if (delegate.isDefaultNamespace(ele)) { parseDefaultElement(ele, delegate); // 如果该节点非默认命名空间，执行自定义解析 } else { delegate.parseCustomElement(ele); } } } // 如果根节点非默认命名空间，执行自定义解析 } else { delegate.parseCustomElement(root); } } ``` - 迭代 root 元素的所有子节点，对其进行判断： - 若节点为默认命名空间，则调用 `#parseDefaultElement(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate)` 方法，开启默认标签的解析注册过程。详细解析，见 [「2.2.1.1 默认标签解析」](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-load-BeanDefinitions-summary/#) 。 - 否则，调用 `BeanDefinitionParserDelegate#parseCustomElement(Element ele)` 方法，开启自定义标签的解析注册过程。详细解析，见 [「2.2.1.2 自定义标签解析」](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-load-BeanDefinitions-summary/#) 。 ##### 2.2.1.1 默认标签解析 若定义的元素节点使用的是 Spring 默认命名空间，则调用 `#parseDefaultElement(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate)` 方法，进行默认标签解析。代码如下： ``` // DefaultBeanDefinitionDocumentReader.java private void parseDefaultElement(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) { if (delegate.nodeNameEquals(ele, IMPORT_ELEMENT)) { // import importBeanDefinitionResource(ele); } else if (delegate.nodeNameEquals(ele, ALIAS_ELEMENT)) { // alias processAliasRegistration(ele); } else if (delegate.nodeNameEquals(ele, BEAN_ELEMENT)) { // bean processBeanDefinition(ele, delegate); } else if (delegate.nodeNameEquals(ele, NESTED_BEANS_ELEMENT)) { // beans // recurse doRegisterBeanDefinitions(ele); } } ``` 对四大标签：`<import>`、`<alias>`、`<bean>`、`<beans>` 进行解析。**其中 <bean> 标签的解析为核心工作**。关于各个标签的解析过程，见如下文章： - [《【 Spring】—— IoC 之解析 标签》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-parse-BeanDefinitions-for-import) - [《【 Spring】—— IoC 之解析 标签：开启解析进程》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-parse-BeanDefinitions-in-processBeanDefinition) - [《【 Spring】—— IoC 之解析 标签：BeanDefinition》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-parse-BeanDefinitions-for-BeanDefinition) - [《【 Spring】—— IoC 之解析 标签：meta、lookup-method、replace-method》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-parse-BeanDefinitions-for-meta-and-look-method-and-replace-method) - [《【 Spring】—— IoC 之解析 标签：constructor-arg、property、qualifier》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-parse-BeanDefinitions-for-constructor-arg-and-property-and-qualifier) - [《【 Spring】—— IoC 之解析 标签：解析自定义标签》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-parse-BeanDefinitions-for-decorateBeanDefinitionIfRequired) ##### 2.2.1.2 自定义标签解析 对于默认标签则由 `parseCustomElement(Element ele)` 方法，负责解析。代码如下： ``` // BeanDefinitionParserDelegate.java @Nullable public BeanDefinition parseCustomElement(Element ele) { return parseCustomElement(ele, null); } @Nullable public BeanDefinition parseCustomElement(Element ele, @Nullable BeanDefinition containingBd) { // 获取 namespaceUri String namespaceUri = getNamespaceURI(ele); if (namespaceUri == null) { return null; } // 根据 namespaceUri 获取相应的 Handler NamespaceHandler handler = this.readerContext.getNamespaceHandlerResolver().resolve(namespaceUri); if (handler == null) { error("Unable to locate Spring NamespaceHandler for XML schema namespace [" + namespaceUri + "]", ele); return null; } // 调用自定义的 Handler 处理 return handler.parse(ele, new ParserContext(this.readerContext, this, containingBd)); } ``` 获取节点的 `namespaceUri`，然后根据该 `namespaceUri` 获取相对应的 NamespaceHandler，最后调用 NamespaceHandler 的 `#parse(Element element, ParserContext parserContext)` 方法，即完成自定义标签的解析和注入。 想了解更多，可参考：[《【 Spring】—— IoC 之解析自定义标签》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-parse-BeanDefinitions-in-parseCustomElement) 。 #### 2.2.2 注册 BeanDefinition 经过上面的解析，则将 Document 对象里面的 Bean 标签解析成了一个个的 BeanDefinition ，下一步则是将这些 BeanDefinition 注册到 IoC 容器中。动作的触发是在解析 Bean 标签完成后，代码如下： ``` // DefaultBeanDefinitionDocumentReader.java protected void processBeanDefinition(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) { // 进行 bean 元素解析。 // 如果解析成功，则返回 BeanDefinitionHolder 对象。而 BeanDefinitionHolder 为 name 和 alias 的 BeanDefinition 对象 // 如果解析失败，则返回 null 。 BeanDefinitionHolder bdHolder = delegate.parseBeanDefinitionElement(ele); if (bdHolder != null) { // 进行自定义标签处理 bdHolder = delegate.decorateBeanDefinitionIfRequired(ele, bdHolder); try { // 进行 BeanDefinition 的注册 // Register the final decorated instance. BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition(bdHolder, getReaderContext().getRegistry()); } catch (BeanDefinitionStoreException ex) { getReaderContext().error("Failed to register bean definition with name '" + bdHolder.getBeanName() + "'", ele, ex); } // 发出响应事件，通知相关的监听器，已完成该 Bean 标签的解析。 // Send registration event. getReaderContext().fireComponentRegistered(new BeanComponentDefinition(bdHolder)); } } ``` - 调用 `BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition()` 方法，来注册。其实，这里面也是调用 BeanDefinitionRegistry 的 `#registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)` 方法，来注册 BeanDefinition 。不过，最终的实现是在 DefaultListableBeanFactory 中实现，代码如下： ``` // DefaultListableBeanFactory.java @Override public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) throws BeanDefinitionStoreException { // ...省略校验相关的代码 // 从缓存中获取指定 beanName 的 BeanDefinition BeanDefinition existingDefinition = this.beanDefinitionMap.get(beanName); // 如果已经存在 if (existingDefinition != null) { // 如果存在但是不允许覆盖，抛出异常 if (!isAllowBeanDefinitionOverriding()) { throw new BeanDefinitionOverrideException(beanName, beanDefinition, existingDefinition); } else { // ...省略 logger 打印日志相关的代码 } // 【重点】允许覆盖，直接覆盖原有的 BeanDefinition 到 beanDefinitionMap 中。 this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition); // 如果未存在 } else { // ... 省略非核心的代码 // 【重点】添加到 BeanDefinition 到 beanDefinitionMap 中。 this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition); } // 重新设置 beanName 对应的缓存 if (existingDefinition != null || containsSingleton(beanName)) { resetBeanDefinition(beanName); } } ``` - 这段代码最核心的部分是这句 `this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition)` 代码段。所以，注册过程也不是那么的高大上，就是利用一个 Map 的集合对象来存放：`key` 是 `beanName` ，`value` 是 BeanDefinition 对象。 想了解更多，可参考：[《【 Spring】—— IoC 之注册解析的 BeanDefinitions》](http://svip.iocoder.cn/Spring/IoC-register-BeanDefinitions-really) 。 ## 3. 小结 至此，整个 IoC 的初始化过程就已经完成了，从 Bean 资源的定位，转换为 Document 对象，接着对其进行解析，最后注册到 IoC 容器中，都已经完美地完成了。现在 IoC 容器中已经建立了整个 Bean 的配置信息，这些 Bean 可以被检索、使用、维护，他们是控制反转的基础，是后面注入 Bean 的依赖。最后用一张流程图来结束这篇总结之文。  另外，艿艿推荐几篇不错的 Srping IoC 容器相关的博客： - JavaDoop [《Spring IOC 容器源码分析》](https://javadoop.com/post/spring-ioc) - Yikun [《Spring IOC 核心源码学习》](https://yikun.github.io/2015/05/29/Spring-IOC核心源码学习/) - DearBelinda [《Spring专题之 IOC 源码分析》](https://segmentfault.com/a/1190000016261917)