阅读Spring源码：IOC控制反转前的处理

Posted 2021-04-28 Java笔记虾

温馨提示：要怀着 这个世界很美好 的心态去看~

技术经验交流：

ClassPathXmlApplicationContext的注册方式

源码分析基于Spring4.3

从ClassPathXmlApplicationContext入口，最终都会调用到

/*
     * 使用给定父级创建新的ClassPathXmlApplicationContext，从给定的XML文件加载定义信息。
     * 加载所有的bean 定义信息并且创建所有的单例
     * 或者，在进一步配置上下文之后手动调用刷新。
*/
public ClassPathXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, ApplicationContext parent)
  throws BeansException {

  super(parent);
  setConfigLocations(configLocations);
  if (refresh) {
    refresh();
  }
}

上述注释的解释如是说：在容器的启动过程中，初始化过程中所有的bean都是单例存在的

自动刷新

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("xxx.xml");

就等同于手动刷新

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext();
context.register("xxx.xml");
context.refresh()；

上述一共有三条链路，下面来一一分析

加载父子容器

首先是加载并初始化父容器的方法

1、第一个出场的是ClassPathXmlApplicationContext，它是一个独立的应用程序上下文，从类路径获取上下文定义文件，能够将普通路径解析为包含包路径的类路径资源名称。它可以支持Ant-Style(路径匹配原则)，它是一站式应用程序的上下文，考虑使用GenericApplicationContext类结合XmlBeanDefinitionReader来设置更灵活的上下文配置。

Ant-Style 路径匹配原则，例如 "mypackages/application-context.xml" 可以用"mypackages/*-context.xml" 来替换。

⚠️注意： 如果有多个上下文配置，那么之后的bean定义将覆盖之前加载的文件。这可以用来通过额外的XML文件故意覆盖某些bean定义

2、随后不紧不慢走过来的不是一个完整的somebody，AbstractXmlApplicationContext, 它是为了方便ApplicationContext的实现而出现的(抽象类一个很重要的思想就是适配)。

AbstractXmlApplicationContext 的最主要作用就是通过创建一个XML阅读器解析ClassPathXmlApplicationContext 注册的配置文件。它有两个最主要的方法 loadBeanDefinitions(DefaultListableBeanFactory beanFactory) 和 loadBeanDefinitions(XmlBeanDefinitionReader reader)

3、下一个缓缓出场的是 AbstractRefreshableConfigApplicationContext ，它就像是中间人的角色，并不作多少工作，很像古代丞相的奏折要呈递给皇上，它的作用就相当于是拿奏折的角色。它用作XML应用程序上下文实现的基类，例如ClassPathXmlApplicationContext、FileSystemXmlApplicationContext和XmlWebApplicationContext

4、当老板的一般都比较听小秘的，那么AbstractRefreshableApplicationContext就扮演了小秘的角色，它是ApplicationContext的基类，支持多次调用refresh()方法，每次都会创建一个新的内部bean factory实例。继承 AbstractRefreshableApplicationContext 需要唯一实现的方法就是loadBeanDefinitions，在每一次调用刷新方法的时候。一个具体的实现是加载bean定义信息的DefaultListableBeanFactory。

5、但是只有小秘给老板递交请辞不行，中间还要有技术leader 来纵览大局，向上与老板探讨公司发展计划，在下领导新人做项目打硬仗(这种男人真的很有魅力哈哈哈)，但是技术leader也不能干完所有的工作，他还需要交给手下的程序员去帮他完成具体的工作，程序员接到一项工作，看看有没有可复用的项目和开源类库，发现有可用的，直接把"引用"链接过去就可以了。这就是容器的初始化工作，但是这一步的流程还没有结束，你还得时刻记住你是给boss干活的。

public AbstractApplicationContext(@Nullable ApplicationContext parent) {
  // 交给其他程序员去完成的工作
  this();
  // 明确自己的老板是谁
  setParent(parent);
}

public AbstractApplicationContext() {
  this.resourcePatternResolver = getResourcePatternResolver();
}

// 返回 ResourcePatternResolver 去解析资源实例中的匹配模式，默认的是 PathMatchingResourcePatternResolver 支持 Ant-Style 模式。
protected ResourcePatternResolver getResourcePatternResolver() {
  return new PathMatchingResourcePatternResolver(this);
}

// 此时的resourceLoader 就是ClassPathXmlApplicationContext 对象。
public PathMatchingResourcePatternResolver(ResourceLoader resourceLoader) {
  Assert.notNull(resourceLoader, "ResourceLoader must not be null");
  this.resourceLoader = resourceLoader;
}

你需要一些程序员帮你做具体的编码工作，也需要明确你是公司的员工，需要听从老板的，所以你需要明确老板是谁

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

但是这个时候老板出差了，不在了(因为传过来的parent 是 null)，所以你需要自己做一些decision。至此，第一条线路就分析完成了。

配置路径解析

第二条线路，ApplicationContext中的 setConfigLocations(configLocations)

// 参数传过来的是可变参数，可变参数是一个数组，也就是说，你可以传递多个配置文件，用","分隔起来。
public void setConfigLocations(@Nullable String... locations) {
  if (locations != null) {
    Assert.noNullElements(locations, "Config locations must not be null");
    // configlocations 是一个可为空的String数组，可以为null，为null可以进行手动注册。
    this.configLocations = new String[locations.length];
    // 解析数组中的每一个配置文件的路径。
    for (int i = 0; i < locations.length; i++) {
      this.configLocations[i] = resolvePath(locations[i]).trim();
    }
  }
  // 默认是直接创建了一个 ClassPathXmlApplicationContext 的无参数的构造函数，采用手动注册的方式。
  else {
    this.configLocations = null;
  }
}

关键点：路径解析方法 : AbstractRefreshableConfigApplicationContext 中的 resolvePath(locations[i]).trim(); 来看看是如何进行路径解析的

// 解析给定的路径，必要时用相应的环境属性值替换占位符。应用于路径配置。
protected String resolvePath(String path) {
  return getEnvironment().resolveRequiredPlaceholders(path);
}

涉及两个方法，AbstractRefreshableConfigApplicationContext 中的getEnvironment() 和 validateRequiredProperties()，先来看第一个

getEnvironment()

// 以配置的形式返回此应用程序上下文的Environment，来进一步自定义
// 如果没有指定，则通过初始化默认的环境。
@Override
public ConfigurableEnvironment getEnvironment() {
if (this.environment == null) {
  // 使用默认的环境配置
  this.environment = createEnvironment();
}
return this.environment;
}

下面来看一下createEnvironment()如何初始化默认的环境：

// 创建并返回一个 StandardEnvironment，子类重写这个方法为了提供
// 一个自定义的 ConfigurableEnvironment 实现。
protected ConfigurableEnvironment createEnvironment() {
        // StandardEnvironment 继承AbstractEnvironment，而AbstractEnvironment
        // 实现了ConfigurableEnvironment
        return new StandardEnvironment();
    }

其实很简单，也只是new 了一个StandardEnvironment() 的构造器而已。StandardEnvironment是什么？非web应用程序的Environment 的标准实现。他实现了AbstractEnvironment 抽象类，下面是具体的继承树：

StandardEnvironment是AbstractEnvironment的具体实现，而AbstractEnvironment又是继承了ConfigurableEnvironment接口，提供了某些方法的具体实现，ConnfigurableEnvironment 继承了Environment，而Environment 和 ConfigurablePropertyResolver 同时继承了PropertyResolver

下面来看一下StandardEnvironment() 的源码：

public class StandardEnvironment extends AbstractEnvironment {

  // 系统属性资源名称
    public static final String SYSTEM_ENVIRONMENT_PROPERTY_SOURCE_NAME = "systemEnvironment";

  // JVM系统属性资源名：
    public static final String SYSTEM_PROPERTIES_PROPERTY_SOURCE_NAME = "systemProperties";

  //为标准的Java 环境 自定义合适的属性文件
    @Override
    protected void customizePropertySources(MutablePropertySources propertySources) {
        propertySources.addLast(new MapPropertySource(SYSTEM_PROPERTIES_PROPERTY_SOURCE_NAME, getSystemProperties()));
        propertySources.addLast(new SystemEnvironmentPropertySource(SYSTEM_ENVIRONMENT_PROPERTY_SOURCE_NAME, getSystemEnvironment()));
    }

}

现在读者就会产生疑问，不是说new出来一个标准的StandardEnvironment 实现吗，但是StandardEnvironment并没有默认的构造方法啊？这是什么回事呢？

其实StandardEnvironment 的构造方法是 AbstractEnvironment：

public AbstractEnvironment() {
  // 实现自定义属性资源的方法，也就是StandardEnvironment中customizePropertySources()
  customizePropertySources(this.propertySources);
  if (logger.isDebugEnabled()) {
    logger.debug("Initialized " + getClass().getSimpleName() + " with PropertySources " + this.propertySources);
  }
}

上述的customizePropertySources 由StandardEnvironment 来实现，具体如下

@Override
protected void customizePropertySources(MutablePropertySources propertySources) {
  propertySources.addLast(new       MapPropertySource(SYSTEM_PROPERTIES_PROPERTY_SOURCE_NAME, getSystemProperties()));
  propertySources.addLast(new SystemEnvironmentPropertySource(SYSTEM_ENVIRONMENT_PROPERTY_SOURCE_NAME,     getSystemEnvironment()));
}

由于容器在刚起步的时候 propertySources 是null，所以添加完系统环境(systemEnvironment)和系统属性(systemProperties) 之后，会变成下图所示

如何获取系统属性和如何获取系统环境没有往下跟，有兴趣的读者可以继续沿用。

大致截一个图，里面大概的属性是这样

systemProperties

systemEnvironment

另外一个是 resolveRequiredPlaceholders，它是由 PropertyResolver 超顶级接口定义的方法

// 在给定的text 参数中解析${} 占位符，将其替换为getProperty 解析的相应属性值。
// 没有默认值的无法解析的占位符将导致抛出IllegalArgumentException。
String resolveRequiredPlaceholders(String text) throws IllegalArgumentException;

由 AbstractPropertyResolver 子类来实现，且看AbstractPropertyResolver 的继承树

具体实现的方法如下：

// 传递进来的文本就是解析过的 配置文件 SimpleName
@Override
public String resolveRequiredPlaceholders(String text) throws IllegalArgumentException {
  if (this.strictHelper == null) {
    this.strictHelper = createPlaceholderHelper(false);
  }
  return doResolvePlaceholders(text, this.strictHelper);
}

// 调用createPlaceholderHelper
private PropertyPlaceholderHelper createPlaceholderHelper(boolean ignoreUnresolvablePlaceholders) {
        return new PropertyPlaceholderHelper(this.placeholderPrefix, this.placeholderSuffix,
                this.valueSeparator, ignoreUnresolvablePlaceholders);
}

----------------------------PropertyPlaceholderHelper-------------------------------

  // PropertyPlaceholderHelper加载的时候会把下面的特殊字符放进去
  static {
        wellKnownSimplePrefixes.put("}", "{");
        wellKnownSimplePrefixes.put("]", "[");
        wellKnownSimplePrefixes.put(")", "(");
    }

/*
    创建一个新的 PropertyPlaceholderHelper 使用提供的前缀 和 后缀
     * 参数解释：placeholderPrefix 占位符开头的前缀
     *         placeholderSuffix 占位符结尾的后缀
     *         valueSeparator 占位符变量和关联的默认值 之间的分隔符
     *         ignoreUnresolvablePlaceholders 指示是否应忽略不可解析的占位符。
*/

public PropertyPlaceholderHelper(String placeholderPrefix, String placeholderSuffix,
                                 @Nullable String valueSeparator, boolean ignoreUnresolvablePlaceholders) {

  Assert.notNull(placeholderPrefix, "'placeholderPrefix' must not be null");
  Assert.notNull(placeholderSuffix, "'placeholderSuffix' must not be null");
  this.placeholderPrefix = placeholderPrefix;
  this.placeholderSuffix = placeholderSuffix;
  String simplePrefixForSuffix = wellKnownSimplePrefixes.get(this.placeholderSuffix);
  if (simplePrefixForSuffix != null && this.placeholderPrefix.endsWith(simplePrefixForSuffix)) {
    this.simplePrefix = simplePrefixForSuffix;
  }
  else {
    this.simplePrefix = this.placeholderPrefix;
  }
  this.valueSeparator = valueSeparator;
  this.ignoreUnresolvablePlaceholders = ignoreUnresolvablePlaceholders;
}

解析完成占位符之后，需要做真正的解析，调用AbstractPropertyResolver中的doResolvePlaceholders 方法。

private String doResolvePlaceholders(String text, PropertyPlaceholderHelper helper) {
  return helper.replacePlaceholders(text, new PropertyPlaceholderHelper.PlaceholderResolver() {
    @Override
    public String resolvePlaceholder(String placeholderName) {
      return getPropertyAsRawString(placeholderName);
    }
  });
}

PlaceholderResolver是 PropertyPlaceholderHelper类的内部类，这是一种匿名内部类的写法，它真正调用的就是PropertyPlaceholderHelper`中的 replacePlaceholders 方法，具体如下：

// 将格式为 ${name} 的占位符替换为从提供 PlaceholderResolver 返回的值。
public String replacePlaceholders(String value, PlaceholderResolver placeholderResolver) {
  Assert.notNull(value, "'value' must not be null");
  return parseStringValue(value, placeholderResolver, new HashSet<String>());
}


protected String parseStringValue(
            String value, PlaceholderResolver placeholderResolver, Set<String> visitedPlaceholders) {

        StringBuilder result = new StringBuilder(value);

        int startIndex = value.indexOf(this.placeholderPrefix);

      // 判断指定的占位符有无 ${ 存在，没有的话直接返回
        while (startIndex != -1) {
            int endIndex = findPlaceholderEndIndex(result, startIndex);
            if (endIndex != -1) {
                String placeholder = result.substring(startIndex + this.placeholderPrefix.length(), endIndex);
                String originalPlaceholder = placeholder;
                if (!visitedPlaceholders.add(originalPlaceholder)) {
                    throw new IllegalArgumentException(
                            "Circular placeholder reference '" + originalPlaceholder + "' in property definitions");
                }
                // Recursive invocation, parsing placeholders contained in the placeholder key.
                placeholder = parseStringValue(placeholder, placeholderResolver, visitedPlaceholders);
                // Now obtain the value for the fully resolved key...
                String propVal = placeholderResolver.resolvePlaceholder(placeholder);
                if (propVal == null && this.valueSeparator != null) {
                    int separatorIndex = placeholder.indexOf(this.valueSeparator);
                    if (separatorIndex != -1) {
                        String actualPlaceholder = placeholder.substring(0, separatorIndex);
                        String defaultValue = placeholder.substring(separatorIndex + this.valueSeparator.length());
                        propVal = placeholderResolver.resolvePlaceholder(actualPlaceholder);
                        if (propVal == null) {
                            propVal = defaultValue;
                        }
                    }
                }
                if (propVal != null) {
                    // Recursive invocation, parsing placeholders contained in the
                    // previously resolved placeholder value.
                    propVal = parseStringValue(propVal, placeholderResolver, visitedPlaceholders);
                    result.replace(startIndex, endIndex + this.placeholderSuffix.length(), propVal);
                    if (logger.isTraceEnabled()) {
                        logger.trace("Resolved placeholder '" + placeholder + "'");
                    }
                    startIndex = result.indexOf(this.placeholderPrefix, startIndex + propVal.length());
                }
                else if (this.ignoreUnresolvablePlaceholders) {
                    // Proceed with unprocessed value.
                    startIndex = result.indexOf(this.placeholderPrefix, endIndex + this.placeholderSuffix.length());
                }
                else {
                    throw new IllegalArgumentException("Could not resolve placeholder '" +
                            placeholder + "'" + " in value \"" + value + "\"");
                }
                visitedPlaceholders.remove(originalPlaceholder);
            }
            else {
                startIndex = -1;
            }
        }

        return result.toString();
    }

直白一点，上述过程就是用来判断有没有 ${} 这个占位符，如果有的话就进入下面的判断逻辑，把${}中的值替换为 PlaceholderResolver 返回的值，如果没有的话，就直接返回。

容器刷新

在经过上述的准备工作完成后，接下来就是整个IOC，DI和AOP的核心步骤了，也是Spring框架的灵魂。由于源码太多，设计范围太广，本篇只分析刷新预处理应该做的事：我们都知道，无论你加载的是哪一种上下文环境，最终都会调用 AbstractApplicationContext 的refresh()方法，此方法是一切加载、解析、注册、销毁的核心方法，采用了工厂的设计思想。

// 完成IoC容器的创建及初始化工作
    @Override
    public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
        synchronized (this.startupShutdownMonitor) {

      // 1： 刷新前的准备工作。
            prepareRefresh();

            // 告诉子类刷新内部bean 工厂。
      //  2：创建IoC容器（DefaultListableBeanFactory）,加载解析XML文件（最终存储到Document对象中）
      // 读取Document对象，并完成BeanDefinition的加载和注册工作
            ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

      //  3： 对IoC容器进行一些预处理（设置一些公共属性）
            prepareBeanFactory(beanFactory);

            try {

                //  4:  允许在上下文子类中对bean工厂进行后处理。
                                postProcessBeanFactory(beanFactory);

                //  5： 调用BeanFactoryPostProcessor后置处理器对BeanDefinition处理
                invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

                //  6： 注册BeanPostProcessor后置处理器
                registerBeanPostProcessors(beanFactory);

                //  7： 初始化一些消息源（比如处理国际化的i18n等消息源）
                initMessageSource();

                //  8： 初始化应用事件多播器
                initApplicationEventMulticaster();

                //  9： 初始化一些特殊的bean
                onRefresh();

                //  10： 注册一些监听器
                registerListeners();

                //  11： 实例化剩余的单例bean（非懒加载方式）
        //      注意事项：Bean的IoC、DI和AOP都是发生在此步骤
                finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

                //  12： 完成刷新时，需要发布对应的事件
                finishRefresh();
            }

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

                // 销毁已经创建的单例避免占用资源
                destroyBeans();

                // 重置'active' 标签。
                cancelRefresh(ex);

                // 传播异常给调用者
                throw ex;
            }

            finally {

                // 重置Spring核心中的常见内省缓存，因为我们可能不再需要单例bean的元数据了...
                resetCommonCaches();
            }
        }
    }

刷新容器之刷新预处理

此步骤的主要作用在于：准备刷新的上下文，设置启动的时间和active的标志作为扮演属性资源初始化的角色。

protected void prepareRefresh() {
        this.startupDate = System.currentTimeMillis();
        this.closed.set(false);
        this.active.set(true);

        if (logger.isInfoEnabled()) {
            logger.info("Refreshing " + this);
        }

        // 初始化environment 上下文中的占位符属性资源
        initPropertySources();
        // 验证标记为必需的所有属性是否可解析
        getEnvironment().validateRequiredProperties();

        // 允许收集早期的ApplicationEvents
        this.earlyApplicationEvents = new LinkedHashSet<>();
    }

这里面有两处代码需要说明：initPropertySources这个方法是需要子类进行实现的，默认是不会做任何事情的；getEnvironment() 这个方法由于上述的源码分析过程中，已经默认创建了 createEnvironment,所以这段代码是直接返回的

@Override
public ConfigurableEnvironment getEnvironment() {
  if (this.environment == null) {
    this.environment = createEnvironment();
  }
  return this.environment;
}

下面只剩下了validateRequiredProperties()的分析，不着急，看源码不能着急，要怀着这个世界很美好的心情去看。

首先在 ConfigurablePropertyResolver 接口中定义了 validateRequiredProperties 方法

// 验证每一个被setRequiredProperties 设置的属性存在并且解析非空值，会抛出
// MissingRequiredPropertiesException 异常如果任何一个需要的属性没有被解析。
void validateRequiredProperties() throws MissingRequiredPropertiesException;

在抽象子类AbstractPropertyResolver 中被重写

@Override
public void validateRequiredProperties() {
  // 属性找不到抛出异常的对象
  MissingRequiredPropertiesException ex = new MissingRequiredPropertiesException();
  for (String key : this.requiredProperties) {
    if (this.getProperty(key) == null) {
      ex.addMissingRequiredProperty(key);
    }
  }
  if (!ex.getMissingRequiredProperties().isEmpty()) {
    throw ex;
  }
}

因为在我们的源码分析中，没有看到任何操作是在对 requiredProperties 进行添加操作，也就是如下：

@Override
public void setRequiredProperties(String... requiredProperties) {
  if (requiredProperties != null) {
    for (String key : requiredProperties) {
      this.requiredProperties.add(key);
    }
  }
}

所以，此时的 requiredProperties 这个set集合是null， 也就不存在没有解析的元素了。

本篇到此就结束了，下一篇文章会进行源码分析的下一个步骤： 创建IOC容器以及Bean的解析。

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