深入分析Spring 与 Spring MVC容器

Posted 2021-05-01 ImportNew

来源：伯乐在线专栏作者-陶邦仁

1 Spring MVC WEB配置

Spring Framework本身没有Web功能，Spring MVC使用WebApplicationContext类扩展ApplicationContext，使得拥有web功能。那么，Spring MVC是如何在web环境中创建IoC容器呢？web环境中的IoC容器的结构又是什么结构呢？web环境中，Spring IoC容器是怎么启动呢？

以Tomcat为例，在Web容器中使用Spirng MVC，必须进行四项的配置：

• 修改web.xml，添加servlet定义；

• 编写servletname-servlet.xml（servletname是在web.xm中配置DispactherServlet时使servlet-name的值）配置；

• contextConfigLocation初始化参数、配置ContextLoaderListerner；

  
  

Web.xml配置如下：

<!-- servlet定义：前端处理器，接受的HTTP请求和转发请求的类 -->

    <servlet>

        <servlet-name>court</servlet-name>

        <servlet-class>org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet</servlet-class>

        <init-param>

            <!-- court-servlet.xml：定义WebAppliactionContext上下文中的bean -->

            <param-name>contextConfigLocation</param-name>

            <param-value>classpath*:court-servlet.xml</param-value>

        </init-param>

        <load-on-startup>0</load-on-startup>

    </servlet>

 

    <servlet-mapping>

        <servlet-name>court</servlet-name>

        <url-pattern>/</url-pattern>

    </servlet-mapping>

 

    <!-- 配置contextConfigLocation初始化参数：指定Spring IoC容器需要读取的定义了非web层的Bean（DAO/Service）的XML文件路径 -->

    <context-param>

        <param-name>contextConfigLocation</param-name>

        <param-value>/WEB-INF/court-service.xml</param-value>

    </context-param>

 

    <!-- 配置ContextLoaderListerner：Spring MVC在Web容器中的启动类，负责Spring IoC容器在Web上下文中的初始化 -->

    <listener>

        <listener-class>org.springframework.web.context.ContextLoaderListener</listener-class>

    </listener>

在web.xml配置文件中，有两个主要的配置：ContextLoaderListener和DispatcherServlet。同样的关于spring配置文件的相关配置也有两部分：context-param和DispatcherServlet中的init-param。那么，这两部分的配置有什么区别呢？它们都担任什么样的职责呢？

在Spring MVC中，Spring Context是以父子的继承结构存在的。Web环境中存在一个ROOT Context，这个Context是整个应用的根上下文，是其他context的双亲Context。同时Spring MVC也对应的持有一个独立的Context，它是ROOT Context的子上下文。

对于这样的Context结构在Spring MVC中是如何实现的呢？下面就先从ROOT Context入手，ROOT Context是在ContextLoaderListener中配置的，ContextLoaderListener读取context-param中的contextConfigLocation指定的配置文件，创建ROOT Context。

Spring MVC启动过程大致分为两个过程：

1. ContextLoaderListener初始化，实例化IoC容器，并将此容器实例注册到ServletContext中；

2. DispatcherServlet初始化；

   
   

2 Web容器中Spring根上下文的加载与初始化

Web容器调用contextInitialized方法初始化ContextLoaderListener，在此方法中，ContextLoaderListener通过调用继承自ContextLoader的initWebApplicationContext方法实例化Spring Ioc容器。

先看一下WebApplicationContext是如何扩展ApplicationContext来添加对Web环境的支持的。WebApplicationContext接口定义如下：

public interface WebApplicationContext extends ApplicationContext {

     //根上下文在ServletContext中的名称

     String ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE = WebApplicationContext.class.getName() + ".ROOT";

     //取得web容器的ServletContext

     ServletContext getServletContext();

 }

下面看一下ContextLoaderListener中创建context的源码：ContextLoader.java

public WebApplicationContext initWebApplicationContext(ServletContext servletContext) {

     //PS : ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE=WebApplicationContext.class.getName() + ".ROOT" 根上下文的名称

     //PS : 默认情况下，配置文件的位置和名称是： DEFAULT_CONFIG_LOCATION = "/WEB-INF/applicationContext.xml" 

     //在整个web应用中，只能有一个根上下文

     if (servletContext.getAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE) != null) {

         throw new IllegalStateException("Cannot initialize context because there is already a root application context present - " + "check whether you have multiple ContextLoader* definitions in your web.xml!");

     }

 

     Log logger = LogFactory.getLog(ContextLoader.class);

     servletContext.log("Initializing Spring root WebApplicationContext");

     if (logger.isInfoEnabled()) {

         logger.info("Root WebApplicationContext: initialization started");

     }

     long startTime = System.currentTimeMillis();

 

     try {

         // Store context in local instance variable, to guarantee that

         // it is available on ServletContext shutdown.

         if (this.context == null) {

             // 在这里执行了创建WebApplicationContext的操作

             this.context = createWebApplicationContext(servletContext);

         }

         if (this.context instanceof ConfigurableWebApplicationContext) {

             ConfigurableWebApplicationContext cwac = (ConfigurableWebApplicationContext) this.context;

             if (!cwac.isActive()) {

                 // The context has not yet been refreshed -> provide services such as

                 // setting the parent context, setting the application context id, etc

                 if (cwac.getParent() == null) {

                     // The context instance was injected without an explicit parent ->

                     // determine parent for root web application context, if any.

                     ApplicationContext parent = loadParentContext(servletContext);

                     cwac.setParent(parent);

                 }

                 configureAndRefreshWebApplicationContext(cwac, servletContext);

             }

         }

         // PS: 将根上下文放置在servletContext中

         servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, this.context);

 

         ClassLoader ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();

         if (ccl == ContextLoader.class.getClassLoader()) {

             currentContext = this.context;

         } else if (ccl != null) {

             currentContextPerThread.put(ccl, this.context);

         }

 

         if (logger.isDebugEnabled()) {

             logger.debug("Published root WebApplicationContext as ServletContext attribute with name [" +

WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE + "]");

         }

         if (logger.isInfoEnabled()) {

             long elapsedTime = System.currentTimeMillis() - startTime;

             logger.info("Root WebApplicationContext: initialization completed in " + elapsedTime + " ms");

         }

 

         return this.context;

     } catch (RuntimeException ex) {

         logger.error("Context initialization failed", ex);

         servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, ex);

         throw ex;

     } catch (Error err) {

         logger.error("Context initialization failed", err);

         servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, err);

         throw err;

     }

 }

再看一下WebApplicationContext对象是如何创建的：ContextLoader.java

protected WebApplicationContext createWebApplicationContext(ServletContext sc, ApplicationContext parent) {

    //根据web.xml中的配置决定使用何种WebApplicationContext。默认情况下使用XmlWebApplicationContext

    //web.xml中相关的配置context-param的名称“contextClass”

    Class<?> contextClass = determineContextClass(sc);

    if (!ConfigurableWebApplicationContext.class.isAssignableFrom(contextClass)) {

        throw new ApplicationContextException("Custom context class [" + contextClass.getName() + "] is not of type [" + ConfigurableWebApplicationContext.class.getName() + "]");

    }

 

    //实例化WebApplicationContext的实现类

    ConfigurableWebApplicationContext wac = (ConfigurableWebApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);

 

    // Assign the best possible id value.

    if (sc.getMajorVersion() == 2 && sc.getMinorVersion() < 5) {

    // Servlet <= 2.4: resort to name specified in web.xml, if any.

        String servletContextName = sc.getServletContextName();

        if (servletContextName != null) {

            wac.setId(ConfigurableWebApplicationContext.APPLICATION_CONTEXT_ID_PREFIX + servletContextName);

        } else {

    wac.setId(ConfigurableWebApplicationContext.APPLICATION_CONTEXT_ID_PREFIX);

        }

    } else {

        // Servlet 2.5's getContextPath available!

        wac.setId(ConfigurableWebApplicationContext.APPLICATION_CONTEXT_ID_PREFIX + sc.getContextPath());

    }

 

    wac.setParent(parent);

 

    wac.setServletContext(sc);

    //设置spring的配置文件

    wac.setConfigLocation(sc.getInitParameter(CONFIG_LOCATION_PARAM));

    customizeContext(sc, wac);

    //spring容器初始化

    wac.refresh();

    return wac;

}

ContextLoaderListener构建Root Context时序图：

3 Spring MVC对应的上下文加载与初始化

Spring MVC中核心的类是DispatcherServlet，在这个类中完成Spring context的加载与创建，并且能够根据Spring Context的内容将请求分发给各个Controller类。DispatcherServlet继承自HttpServlet，关于Spring Context的配置文件加载和创建是在init()方法中进行的，主要的调用顺序是init-->initServletBean-->initWebApplicationContext。

1. 先来看一下initWebApplicationContext的实现：FrameworkServlet.java

protected WebApplicationContext initWebApplicationContext() {

    //先从web容器的ServletContext中查找WebApplicationContext

    WebApplicationContext wac = findWebApplicationContext();

    if (wac == null) {

        // No fixed context defined for this servlet - create a local one.

        //从ServletContext中取得根上下文

        WebApplicationContext parent = WebApplicationContextUtils.getWebApplicationContext(getServletContext());

        //创建Spring MVC的上下文，并将根上下文作为起双亲上下文

        wac = createWebApplicationContext(parent);

    }

 

    if (!this.refreshEventReceived) {

        // Apparently not a ConfigurableApplicationContext with refresh support:

        // triggering initial onRefresh manually here.

        onRefresh(wac);

    }

 

    if (this.publishContext) {

        // Publish the context as a servlet context attribute.

        // 取得context在ServletContext中的名称

        String attrName = getServletContextAttributeName();

        //将Spring MVC的Context放置到ServletContext中

        getServletContext().setAttribute(attrName, wac);

        if (this.logger.isDebugEnabled()) {

            this.logger.debug("Published WebApplicationContext of servlet '" + getServletName() + "' as ServletContext attribute with name [" + attrName + "]");

        }

    }

        return wac;

}

通过initWebApplicationContext方法的调用，创建了DispatcherServlet对应的context，并将其放置到ServletContext中，这样就完成了在web容器中构建Spring IoC容器的过程。

2. DispatcherServlet创建context时序图：

3. DispatcherServlet初始化的大体流程：

4. 控制器DispatcherServlet的类图及继承关系：

4 Spring中DispacherServlet、WebApplicationContext、ServletContext的关系

要想很好理解这三个上下文的关系，需要先熟悉Spring是怎样在web容器中启动起来的。Spring的启动过程其实就是其IOC容器的启动过程，对于web程序，IOC容器启动过程即是建立上下文的过程。

Spring的启动过程：

1. 首先，对于一个web应用，其部署在web容器中，web容器提供其一个全局的上下文环境，这个上下文就是ServletContext，其为后面的spring IoC容器提供宿主环境；

   
   

2. 其次，在web.xml中会提供有contextLoaderListener。在web容器启动时，会触发容器初始化事件，此时contextLoaderListener会监听到这个事件，其contextInitialized方法会被调用，在这个方法中，spring会初始化一个启动上下文，这个上下文被称为根上下文，即WebApplicationContext，这是一个接口类，确切的说，其实际的实现类是XmlWebApplicationContext。这个就是spring的IoC容器，其对应的Bean定义的配置由web.xml中的context-param标签指定。在这个IoC容器初始化完毕后，spring以WebApplicationContext.ROOTWEBAPPLICATIONCONTEXTATTRIBUTE为属性Key，将其存储到ServletContext中，便于获取；

   
   

3. 再次，contextLoaderListener监听器初始化完毕后，开始初始化web.xml中配置的Servlet，这个servlet可以配置多个，以最常见的DispatcherServlet为例，这个servlet实际上是一个标准的前端控制器，用以转发、匹配、处理每个servlet请求。DispatcherServlet上下文在初始化的时候会建立自己的IoC上下文，用以持有spring mvc相关的bean。在建立DispatcherServlet自己的IoC上下文时，会利用WebApplicationContext.ROOTWEBAPPLICATIONCONTEXTATTRIBUTE先从ServletContext中获取之前的根上下文(即WebApplicationContext)作为自己上下文的parent上下文。有了这个parent上下文之后，再初始化自己持有的上下文。这个DispatcherServlet初始化自己上下文的工作在其initStrategies方法中可以看到，大概的工作就是初始化处理器映射、视图解析等。这个servlet自己持有的上下文默认实现类也是mlWebApplicationContext。初始化完毕后，spring以与servlet的名字相关(此处不是简单的以servlet名为Key，而是通过一些转换，具体可自行查看源码)的属性为属性Key，也将其存到ServletContext中，以便后续使用。这样每个servlet就持有自己的上下文，即拥有自己独立的bean空间，同时各个servlet共享相同的bean，即根上下文(第2步中初始化的上下文)定义的那些bean。

   
   

在Web容器（比如Tomcat）中配置Spring时，你可能已经司空见惯于web.xml文件中的以下配置代码：

<context-param>

       <param-name>contextConfigLocation</param-name>

       <param-value>/WEB-INF/applicationContext.xml</param-value>

   </context-param>

 

   <listener>

       <listener-class>

           org.springframework.web.context.ContextLoaderListener

       </listener-class>

   </listener>

 

   <servlet>

       <servlet-name>mvc-dispatcher</servlet-name>

       <servlet-class>

           org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet

       </servlet-class>

       <load-on-startup>1</load-on-startup>

   </servlet>

 

   <servlet-mapping>

       <servlet-name>mvc-dispatcher</servlet-name>

       <url-pattern>/</url-pattern>

   </servlet-mapping></span>

以上配置首先会在ContextLoaderListener中通过<context-param>中的applicationContext.xml创建一个ApplicationContext，再将这个ApplicationContext塞到ServletContext里面，通过ServletContext的setAttribute方法达到此目的，在ContextLoaderListener的源代码中，我们可以看到这样的代码：

servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, this.context);

以上由ContextLoaderListener创建的ApplicationContext是共享于整个Web应用程序的，而你可能早已经知道，DispatcherServlet会维持一个自己的ApplicationContext，默认会读取/WEB-INFO/<dispatcherServletName>-servlet.xml文件，而也可以重新配置：

<servlet>  

        <servlet-name>  

           customConfiguredDispacherServlet  

        </servlet-name>  

        <servlet-class>  

            org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet  

        </servlet-class>  

        <init-param>  

            <param-name>  

                contextConfigLocation  

            </param-name>  

            <param-value>  

                /WEB-INF/dispacherServletContext.xml  

            </param-value>  

        </init-param>  

        <load-on-startup>1</load-on-startup>  

    </servlet>

问题是：以上两个ApplicationContext的关系是什么，它们的作用作用范围分别是什么，它们的用途分别是什么？

ContextLoaderListener中创建ApplicationContext主要用于整个Web应用程序需要共享的一些组件，比如DAO，数据库的ConnectionFactory等。而由DispatcherServlet创建的ApplicationContext主要用于和该Servlet相关的一些组件，比如Controller、ViewResovler等。

对于作用范围而言，在DispatcherServlet中可以引用由ContextLoaderListener所创建的ApplicationContext，而反过来不行。

在Spring的具体实现上，这两个ApplicationContext都是通过ServletContext的setAttribute方法放到ServletContext中的。但是，ContextLoaderListener会先于DispatcherServlet创建ApplicationContext，DispatcherServlet在创建ApplicationContext时会先找到由ContextLoaderListener所创建的ApplicationContext，再将后者的ApplicationContext作为参数传给DispatcherServlet的ApplicationContext的setParent()方法，在Spring源代码中，你可以在FrameServlet.java中找到如下代码：

<code>wac.setParent(parent); </code>

其中，wac即为由DisptcherServlet创建的ApplicationContext，而parent则为有ContextLoaderListener创建的ApplicationContext。此后，框架又会调用ServletContext的setAttribute()方法将wac加入到ServletContext中。

当Spring在执行ApplicationContext的getBean时，如果在自己context中找不到对应的bean，则会在父ApplicationContext中去找。这也解释了为什么我们可以在DispatcherServlet中获取到由ContextLoaderListener对应的ApplicationContext中的bean。

专栏作者简介

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陶邦仁：专注于后端技术研究，前端技术略有涉猎，热衷于构建高性能、高可用网站，对平台服务化、分布式服务、分布式存储等方面的解决方案。目前就职于千丁互联，任技术经理一职，负责社区产品技术研发。曾就职于京东，负责库存组缓存方案技术实现；曾就职于百度糯米，负责PC首页、APP个性化排单服务化解决方案。

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