Spring源码分析系列-Bean的生命周期（总结篇）

Posted 2023-02-18 黄智霖-blog

ApplicationContext和BeanFactory

  BeanFactory是Spring中的顶层接口，只负责管理bean，而ApplicationContext也实现了BeanFactory，提供了管理bean的功能，不过除了管理bean之外，它还提供了一些其它功能，比如依赖注入、事件发布等。只是ApplicationContext的bean管理功能也是通过BeanFactory提供的，在实现上就是ApplicationContext持有一个BeanFactory的引用，比如GenericApplicationContext中持有一个DefaultListableBeanFactory类型的beanFactory引用。

BeanDefinitionReader和BeanDefinitionRegistry

  在Spring容器中，一个Bean会首先被组装成一个BeanDefinition，然后将其注册到容器中，之后才会被实例化和初始化。Spring将这个过程细化成了很多步骤，在这些步骤中穿插了很多的后置处理器（PostProcessor）对各个环节进行拦截和扩展，以此实现了Spring极高的扩展性。
  对于BeanDefinitionRegistry来说，它提供了注册BeanDefinition的接口，实现该接口表示了其具备注册BeanDefinition的能力。而BeanDefinitionReader的存在则为根据资源批量注册BeanDefinition提供了可能。从代码层面上看，就是BeanDefinitionReader能够通过loadBeanDefinitions方法根据一系列的Resource，创建BeanDefinition，然后通过BeanDefinitionRegistry进行注册。从面向对象的角度来看，就是BeanDefinitionReader依赖一些资源（Resource）创建BeanDefinition，并且依赖BeanDefinitionRegistry实现BeanDefinition的批量注册。
  不过在Spring源码对于BeanDefinitionReader的注释中有明确的说明，BeanDefinitionReader虽然作为一个顶层接口提供了从资源批量创建注册BeanDefinition的接口。但是在具体的实现中，一个BeanDefinitionReader并不一定非要实现BeanDefinitionReader接口，而是在命名上遵循这个标准命名约定就行了，所以在实现上也可能并不是严格按照BeanDefinitionReader中定义的接口来进行BeanDefinition的注册的，Spring没有严格限制BeanDefinition注册的来源和方式，不论是对自己还是对开发者。
  比如以我们最熟悉的AnnotatedBeanDefinitionReader来说，它是一个BeanDefinitionReader，但是实际上它并没有实现BeanDefinitionReader接口。在它的逻辑中，向BeanFactory注册了一些初始的PostProcessor，依赖这些PostProcessor来代替以前XML相关的操作。
  比如在非Web环境下，我们如果要基于注解来使用Spring，则会创建一个AnnotationConfigApplicationContext，并且传入一个配置类。在AnnotationConfigApplicationContext的逻辑中就会创建一个前面提到的AnnotatedBeanDefinitionReader，而在AnnotatedBeanDefinitionReader初始化的过程中，会向容器注册了一个很重要的BeanDefinitionRegistryPostProcessor：ConfigurationClassPostProcessor。这个PostProcessor负责解析我们传入的配置类，比如解析@ComponentScan注解，然后根据ClassPathBeanDefinitionScanner从@ComponentScan注解配置的扫描包路径中扫描出合法的资源，最后创建BeanDefinition，注册到容器中，这个相当于是一个"另类"的BeanDefinition创建和注册逻辑，而这个逻辑会在后面的源码分析中详细总结。

Bean的生命周期

概述

  一个被Spring管理的Bean，在加载之后首先会被包装成一个BeanDefinition，BeanDefinition代表了Spring中一个Bean的各种基础属性（元数据），比如beanName、作用域、是否懒加载、所属类class、自动装配类型等等，同时还包含了初始化、依赖注入等需要的数据，Spring根据BeanDefinition来实例化和初始化bean。
  类被包装成BeanDefinition之后，会存放在BeanFactory的一个ConcurrentHashMap结构的beanDefinitionMap中，key为bean的名称，value为BeanDefinition。Spring容器在刷新的时候，会首先把所有的BeanDefinition都创建缓存完毕，然后调用一系列的后置处理器对其进行加工，此处和BeanDefinition相关的后置处理器主要有两种，分别是：

• BeanFactoryPostProcessor
• BeanDefinitionRegistryPostProcessor：继承了BeanFactoryPostProcessor

  首先，通过BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry方法可以向BeanFactory中继续注册BeanDefinition，之后通过BeanFactoryPostProcessor可以将BeanFactory中的BeanDefinition中取出来做进一步的加工，当这两种后置处理器处理完成之后，会冻结所有已经注册的BeanDefinition的元数据，这表示这些已经注册的BeanDefinition的元数据信息不能再被修改，接下来就要开始实例化。
  现在有了BeanDefinition，就代表有了创建Bean的模板，就可以开始创建非懒加载的单例Bean了，在创建Bean的过程中也有几个关键相关的后置处理器调用，分别是：

• BeanPostProcessor
• MergedBeanDefinitionPostProcessor：继承了BeanPostProcessor
• InstantiationAwareBeanPostProcessor：继承了BeanPostProcessor

  接下来进入创建bean的流程：循环BeanFactory中的BeanDefinitionMap，实例化所有单例bean，在这个过程中会先把beanName放入到一个Set中标识当前bean正在创建（此处涉及到循环依赖和三级缓存的问题，这个后面再进行详细说明），然后循环调用InstantiationAwareBeanPostProcessor的postProcessBeforeInstantiation方法（这里还涉及到AOP的部分实现，后面再详细说明）拦截bean的实例化，如果有某一个InstantiationAwareBeanPostProcessor返回了一个实例对象，那么就说明bean的实例化被拦截了，那么接着循环调用BeanPostProcessor的postProcessAfterInitialization方法，这时候代表实例对象创建成功，并且完成了初始化。
  否则说明bean的实例化没有被拦截，那么根据BeanDefinition获取Bean的构造方式进行对象的实例化，这个实例化的过程很复杂，涉及到构造器推断等，这里面也涉及到后置处理器的调用，比如构造器函数上的@Autowired支持和方法上的@Lookup注解支持都是在这里实现的，涉及到的是AutowiredAnnotationBeanPostProcessor的determineCandidateConstructors方法调用。这个方法实际上归属于SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor，包括三级缓存中的getEarlyBeanReference方法也属于这个后置处理器，它是后置处理器InstantiationAwareBeanPostProcessor的一个扩展。实例化之后会循环调用所有MergedBeanDefinitionPostProcessor的postProcessMergedBeanDefinition方法，在这个后置处理器中可以根据实例化之后的对象对BeanDefinition进行进一步的扩展， 这个行为发生在对象实例化之后，初始化之前，所以可以为后续的初始化操作准备一些必要的数据，同时也支持修改BeanDefinition中的部分数据，比如@Autowired注解支持的AutowiredAnnotationBeanPostProcessor后置处理器在这里对@Autowired进行预解析，找到并缓存需要注入的点。

注：此时生产出来的bean还只是一个"空的"，还没有进行任何初始化操作，称之为早期对象，会将其放入三级缓存中，这个概念在解决循环依赖的实现中有着重要作用，注意三级缓存存放的不是bean，而是一个函数接口~

  接下来对bean进行属性填充（populateBean），不过在填充之前，还会循环调用所有InstantiationAwareBeanPostProcessor的postProcessAfterInstantiation，允许在Bean实例化之后对Bean的属性填充进行拦截，该方法返回值为布尔类型，如果有任何一个InstantiationAwareBeanPostProcessor的该方法处理bean的时候返回false，那么会中断后续的bean属性填充操作。通过这个后置处理器可以实现对bean中的字段做自定义填充，不过这个在日常工作中基本不会使用，在spring源码中实现该方法的类都默认返回的true。如果没有被postProcessAfterInstantiation方法拦截，那么就会进行bean的属性填充操作。属性填充的过程是先将需要的数据封装成一个PropertyValues，然后调用所有InstantiationAwareBeanPostProcessor的postProcessProperties方法和postProcessPropertyValues方法对PropertyValues在应用到bean之前进行进一步的加工和合法性判断等，然后将PropertyValues应用到bean中。
  在bean的属性填充之后，就来到了真正开始正式初始化bean的环节，而在初始化bean之前，会先调用容器默认的3个Aware方法，分别是BeanNameAware、BeanClassLoaderAware和BeanFactoryAware，如果bean实现了这三个接口，那么会带着各自的参数调用它们各自的方法。接着调用所有BeanPostProcessor的postProcessBeforeInitialization方法，该方法允许对已经经过属性填充的bean进行进一步包装或者属性更新和扩展，方法返回值就是后续需要使用的bean，如果有任何一个处理器返回null，那么后续的处理器都不会被调用，比如@PostConstruct注解标识的初始化方法就是依赖该后置处理器实现的。接下来调用bean的初始化方法，bean的初始化方法除了刚刚提到的使用@PostConstruct注解标识外，还可以通过实现InitializingBean接口和xml中指定init-method方法，所以在通过后置处理器处理了@PostConstruct注解之后，就需要调用通过另外两种方式指定的初始化方法，顺序是先执行InitializingBean接口的afterPropertiesSet方法，再调用指定的init-method方法，当然如果init-method方法就是afterPropertiesSet，则只会调用一次。
  到这里一个bean就算实例化+初始化完成了，那么接下来调用所有BeanPostProcessor的postProcessAfterInitialization方法，这个方法又允许对已经初始化后的bean做进一步的包装处理，比如创建动态代理（注意这里是普通情况下的动态代理，如果循环依赖遇上了动态代理，那么动态代理在三级缓存中就创建了）。到这步就表示bean已经初始化完成，如果该bean实现了DisposableBean、AutoCloseable接口或者指定了destroyMethod等支持容器回调bean的销毁方法，那么就将该bean包装成一个DisposableBeanAdapter，放到一个名为disposableBeans的LinkedHashMap中，在容器关闭的时候会调用bean的销毁方法。
  最后，如果bean实现了SmartInitializingSingleton接口，那么还会调用SmartInitializingSingleton的afterSingletonsInstantiated方法。

注： 对于FactoryBean来说，容器刷新的以后在单例缓存池中保存的实例对象为原对象，而当调用getBean获取该对象的时候，如果发现该对象是一个FactoryBean，那么会尝试去从factoryBeanObjectCache缓存池中获取真实的bean，如果没有获取到，那么调用getBean方法创建真实对象，然后将该对象放入到factoryBeanObjectCache缓存池，之后直接从缓存中获取。如果要获取原对象，那么在调用getBean的时候在传入的beanName前面加上"&"字符，spring会根据该字符判断是获取真实对象还是原对象。在spring中实现BeanFactory注册和管理功能的类是FactoryBeanRegistrySupport，而我们所使用的BeanFactory继承了这个抽象类，所以具备这能力。 在Spring的类体系中，将很多行为都抽象为了一个一个的接口或者抽象类，一个类如果想要具备某个行为能力，那么就继承对应的抽象类或者实现对应的接口。

  最后就是bean的销毁流程，这个发生在容器关闭的时候，在销毁的时候也涉及到后置处理器的调用：DestructionAwareBeanPostProcessor（继承自BeanPostProcessor）。那么销毁流程是怎么样的呢？我们以实现DisposableBean接口为例，在前面已经提到过，在bean初始化完成之后，如果bean实现了DisposableBean接口，那么会将bean包装成一个DisposableBeanAdapter缓存到disposableBeans中，容器在关闭的时候，会将disposableBeans中的bean都取出来，调用其destroy方法，而在DisposableBeanAdapter的destroy方法中，就会调用所有DestructionAwareBeanPostProcessor的postProcessBeforeDestruction方法，@PreDestroy注解就是依赖该后置处理器实现的，最后调用bean的destroy方法完成bean的销毁。

bean生命周期总结

1. 扫描class创建BeanDefinition
2. BeanDefinitionRegistryPostProcessor#postProcessBeanDefinitionRegistry
3. BeanFactoryPostProcessor#postProcessBeanFactory
4. InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessBeforeInstantiation（实例化之前，可以拦截bean的实例化）
5. 实例化bean
6. MergedBeanDefinitionPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition（根据实例化bean进一步扩展BeanDefinition，比如解析缓存需要依赖注入的属性等）
7. InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessAfterInstantiation（实例化之后，可以拦截属性填充）：该方法在populateBean方法中调用
8. bean属性填充：populateBean方法，先通过InstantiationAwareBeanPostProcessor的postProcessPropertyValues方法将需要注入的属性值封装到PropertyValues的pvs中，然后通过applyPropertyValues方法设置到实例对象中
9. 三个Aware接口的调用，分别是BeanNameAware、BeanClassLoaderAware和BeanFactoryAware（还有很多其他Aware是通过后置处理器ApplicationContextAwareProcessor的postProcessBeforeInitialization实现的）
10. BeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization（初始化之前，@PostConstruct注解在这里实现）
11. 执行InitializingBean接口的afterPropertiesSet方法
12. 执行xml指定的init-method
13. BeanPostProcessor#postProcessAfterInitialization（初始化之后，可以在这里创建bean的代理）
14. 如果bean支持销毁回调，包装DisposableBeanAdapter并缓存
15. SmartInitializingSingleton#afterSingletonsInstantiated方法（该方法在单例bean完全初始化完成后调用，用于实现最后阶段的自定义初始化操作，可以看做是InitializingBean的替代方案）
16. bean销毁
17. 取出前面缓存的DisposableBeanAdapter调用其destroy方法，在这个适配器的destroy方法中会触发DestructionAwareBeanPostProcessor的postProcessBeforeDestruction方法执行
18. 调用DisposableBean的destroy方法
19. 调用destroyMethod

注：Spring依赖注入主要依靠了后置处理器AutowiredAnnotationBeanPostProcessor，它相当于一个复合后置处理器，实现了多个后置处理器的行为，穿插运行于bean生命周期的几个阶段。比如，determineCandidateConstructors方法（实例化之前）：解析@Lookup注解，检查构造方法中的 @Autowired或@Value注解；postProcessMergedBeanDefinition（实例化之后，populateBean之前）：执行findAutowiringMetadata逻辑，收集@Autowired或@Value注解方法字段等存入缓存；postProcessPropertyValues（实例化之后，populateBean）：处理依赖注入对象，为属性赋值做准备等

附

Spring容器核心方法之invokeBeanFactoryPostProcessors方法

  这个方法主要做的工作就是先调用BeanDefinitionRegistryPostProcessor，再调用BeanFactoryPostProcessor，只是调用的时候会根据是否实现PriorityOrdered接口、是否实现Ordered接口等确定调用顺序。
  另外还需要注意的是，在AbstractApplicationContext的invokeBeanFactoryPostProcessors方法中，会先从ApplicationContext中获取已有的BeanFactoryPostProcessor（当然也包括BeanDefinitionRegistryPostProcessor）列表，然后在后续的逻辑中，会先调用这些后置处理器，然后再调用从BeanFactory中获取的后置处理器。这些直接从ApplicationContext中获取的后置处理器是通过addBeanFactoryPostProcessor方法直接添加到容器中的，在Spring的环境下这是空的，但是在SpringBoot的环境中，在容器刷新之前会添加，这个在分析SpringBoot源码的时候再细说。所以说这两个后置处理器的来源有两个，一个是context本身，一个是BeanFactory，他们的调用顺序都是这样的：

1. [from context]调用从context获取的BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry方法，这里没有进行排序，而是按照传入list的顺序调用
2. [from beanFactory]调用实现了PriorityOrdered接口的BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry方法，如果有多个实现了该接口的处理器，那么根据getOrder的返回值排序
3. [from beanFactory]调用实现了Ordered接口的BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry方法，如果有多个实现了该接口的处理器，那么根据getOrder的返回值排序
4. [from beanFactory]调用没有实现上述两个接口的BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry方法，如果有多个处理器，那么顺序得不到保证
5. [from beanFactory]调用从context获取的BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanFactory方法（因为BeanDefinitionRegistryPostProcessor也继承了BeanFactoryPostProcessor）
6. [from context]调用从context获取的BeanFactoryPostProcessor的postProcessBeanFactory方法，按照传入list的顺序调用
7. [from beanFactory]调用实现了PriorityOrdered接口的BeanFactoryPostProcessor的postProcessBeanFactory方法，如果有多个实现了该接口的处理器，那么根据getOrder的返回值排序
8. [from beanFactory]调用实现了Ordered接口的BeanFactoryPostProcessor的postProcessBeanFactory方法，如果有多个实现了该接口的处理器，那么根据getOrder的返回值排序
9. [from beanFactory]调用没有实现上述两个接口的BeanFactoryPostProcessor的postProcessBeanFactory方法，如果有多个处理器，那么顺序得不到保证

注：在该方法的逻辑中，实现了BeanDefinitionRegistry接口的BeanFactory和没有实现该接口的BeanFactory调用逻辑不一样，如果BeanFactory没有实现BeanDefinitionRegistry，那么就不会有BeanDefinitionRegistryPostProcessor的调用，不过我们使用的都是DefaultListableBeanFactory，所以不考虑没有实现BeanDefinitionRegistry的情况