《精通Spring4.x》閱讀筆記（一）- SpringIoC讀這一篇就夠了

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IoC基本概念

IoC（Inverse of Control 控制反轉）：接口實現類的選擇控制權，從調用類中移除，轉交給第三方決定，即由Spring容器藉由Bean配置來進行控制。

IoC的概念不太直觀，後來有人提出DI的概念用來代替IoC。

DI（Dependency Injection 依賴注入）：調用類對某一接口的實現類的依賴關係由第三方（容器或協作類）注入，以移除調用類對某一接口實現類的依賴。

IoC的類型有：

構造函數注入
屬性注入
接口注入（效果與屬性注入類似，不推薦使用）

Spring支持構造函數注入和屬性注入。

IoC的實現方式–反射

Java語言允許通過程序化的方式間接對Class進行操作。Class文件由類裝載器裝載後，在JVM中將形成描述Class結構的元信息對象，通過該元信息對象可以獲知Class的結構信息。爲使用程序化的方式操作Class對象開闢了途徑。Java反射涉及到的主要類如下：

ClassLoader

類裝載器：負責尋找類的字節碼文件並構造出類在JVM內部表示對象的組件

類裝載步驟：

裝載：查找和導入Class文件
鏈接
① 校驗：檢查載入Class文件數據的正確性
② 準備：給類的靜態變量分配存儲空間
③ 解析（可選）：將符號引用轉換成直接引用
初始化：對類的靜態變量、靜態代碼塊執行初始化工作

JVM運行時產生3個ClassLoader：根裝載器、ExtClassLoader、AppClassLoader
根裝載器不是ClassLoader的子類，它是用C++編寫，負責裝載JRE核心類庫：rt.jar、charsets.jar等
ExtClassLoader、AppClassLoader都是ClassLoader的子類。Ext負責裝載JRE擴展目錄ext中的JAR類包，AppClassLoader負責裝載Classpath路徑下的類包。

三個裝載器存在父子層級關係，默認情況下使用AppClassLoader裝載應用程序中的類。JVM裝載類時的全盤負責委託機制（/雙親委派機制）：

該類所依賴及引用的類也由這個ClassLoader載入（除非顯式使用其他ClassLoader）；（全盤負責）
先委託父裝載器尋找目標類，找不到的情況下從自己的類路徑中查找並裝載目標類。（委託機制）

主要方法：

defineClass(String name, byte[] b, int off, int len)：將類文件的字節數組轉換成JVM內部的java.lang.Class對象。字節數組可以從本地文件系統、遠程網絡獲取。參數name爲字節數組對應的全限定類名。該方法由JVM裝載類時調用構造Class對象
getParent() 獲取裝載器的父裝載器。除根裝載器，所有類裝載器有且僅有一個父裝載器。ExtClassLoader的父裝載器是根裝載器，非Java語言編寫，所以調用該方法時返回null；
loadClass(name)、loadClass(name, resolve)：通過全限定類名裝載類；
findSystemClass(name)：從本地文件系統載入Class文件；
findLoadedClass(name)：查看ClassLoader是否已經裝載某個類，已裝入會返回Class對象，否則返回null。

Class文件、類裝載器、Class類對象之間的引用關係如圖：

主要的反射類

Constructor：構造函數反射類，可通過Class對象的getContructor(s)方法獲得，其主要的方法是newInstance可創建類對象實例，相當於new關鍵字。
Method：類方法的反射類，可通過Class對象的getDeclaredMethod(s)方法獲得，其主要的方法是invoke執行指定對象的這個方法。同時，可通過其他方法獲得該Method的返回、參數類型、異常、註解信息
Field：類成員變量反射類，可通過Class對象的getDeclaredField(s)方法獲得，其主要方法是set爲指定對象域設置值，基本類型域通過setInt/setBoolean等設置值。

資源訪問與加載

Spring通過訪問配置文件，或者讀取配置類進行容器的初始化、啓動、刷新等操作，資源訪問作爲Spring框架的底層基礎實施，具體是怎樣實現的呢？提供了哪些擴展的方式？下面具體來看……

Spring設計了Resource接口，爲應用提供了更強的底層資源訪問能力。通過Spring接口，可以將Spring的配置信息放置到任何地方，比如數據庫、LDAP等。

Resource在Spring框架中起着不可或缺的作用，Spring使用Resource裝載各種資源，包括配置文件資源、國際化屬性文件資源等。具體實現類如下圖：

資源實現類

WritableResource：字接口類定義了可寫資源相關方法，其實現類有FileSystemResource、PathResource。
ClassPathResource：類路徑下的資源，資源以類路徑的方式表示。
UrlResource：封裝了java.net.URL，能夠訪問通過URL表示的資源，如文件系統資源、HTTP資源等。
ServletContextResource：爲訪問Web容器上下文中資源定義的類。以Web應用根路徑的方式加載資源。
ByteArrayResource：二進制數組表示的資源。
InputStreamResource：以輸入流返回表示。
FileSystemResource：文件系統資源。
PathResource：表示任何通過URL、Path、系統文件路徑表示的資源。

資源加載

有了針對資源的表達方式，加載資源上需要由資源的路徑地址以及資源加載器實現，可以將資源文件看作代加工的物料，加載器看作加工處理器，Spring的體系中隨處可見這樣的設計思路。

資源表達式
不需要顯示指定具體Resource實現類，通過地址自動識別，支持的以下地址及對應的實現類：
file:/xxx、http://xxx、ftp://xxx 使用UrlResource裝載資源；classpath:/xxx使用ClassPathResource裝載；沒有前綴則使用ApplicationContext具體實現類對應類型的Resource。

“classpath:” 還有一種"classpath*:"的前綴，表示在多個包名中進行匹配，否則僅匹配第一個出現的包名，對於分模塊打包需要加載多個配置文件的情況下適用。

Ant風格支持的匹配符：

?：匹配文件名中任意一個字符。
*：匹配文件名中任意多個字符。
**：匹配多層目錄

資源加載器

ResourceLoader接口僅支持帶資源類型前綴的表達式，ResourcePatternResolver擴展ResourceLoader接口，支持Ant風格資源路徑表達式。PathMatchingResourcePatternResolver是Spring提供的標準實現。

Spring容器-框架級接口

我們平常所說的Spring容器具體在Spring框架中，指代的是BeanFactory、ApplicationContext以及在Web環境中使用的WebApplicationContext三個容器級別的接口，在啓動Spring程序時，也是通過其中某一個接口進行容器的啓動工作。那這三個接口具體是什麼含義呢，他們之間又有什麼相同點和區別呢，他們具體又有哪些實現類供我們實際使用呢？

BeanFactory

BeanFactory可看作是Spring內部的基礎設施，是對容器的抽象，定義了Bean工廠的基本方法，供Spring內部使用；ApplicationContext在BeanFactory的基礎上，提供了更豐富的功能支持，比如國際化支持和框架事件體系等。

對於Spring的使用者，我們一般使用ApplicationContext，而非底層的BeanFactory。爲了更好的理解Spring框架，我們還是有必要理解BeanFactory的設計思路的，BeanFactory中定義個主要方法爲getBean(beanName)，通過bean名稱獲得bean，通過其他接口擴展BeanFactory的功能，具體如下：

ListableBeanFactory 定義訪問容器中基本信息的方法：查看個數、獲取某一類型Bean的配置名、容器中是否包含某一Bean等。
HierarchicalBeanFactory 父子級聯IoC容器接口，子容器可以通過該接口方法訪問父容器，而父容器無法訪問子容器。子容器可以擁有一個和父容器id相同的Bean。增強了Spring框架的擴展性和靈活性，第三方可以通過編程方式添加子容器，提供一些額外功能。比如：SpringMVC中，展現層Bean位於一個子容器，可訪問業務層和持久才能夠的bean，反過來卻無法訪問。
ConfigurableBeanFactory 重要接口，增強可定製性。包括：設置類裝載器、屬性編輯器、容器初始化後置處理器等方法。
AutowireCapableBeanFactory 定義將容器中的bean按某種規則（名字或類型匹配）進行自動裝配的方法
SingletonBeanRegistry 允許運行期向容器註冊單實例Bean的方法
BeanDefinitionRegistry 提供向容器手工註冊BeanDefinition方法。(每一個節點元素對應Spring容器中的BeanDefinition對象表示)

BeanFactory常用實現類爲DefaultListableBeanFactory，配合使用XmlBeanDefinitionReader讀取配置信息，啓動容器：

public class BeanFactoryTest {

    public static void main(String[] args) {
        ResourcePatternResolver resolver = new PathMatchingResourcePatternResolver();
        Resource resource = resolver.getResource("classpath:com/smart/beanfactory/beans.xml");

        DefaultListableBeanFactory bf = new DefaultListableBeanFactory();
        XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(bf);
        reader.loadBeanDefinitions(resource);

        Car car = bf.getBean("car", Car.class);
        car.introduce();

    }
}

ApplicationContext

ApplicationContext擴展自BeanFactory的子接口，同時繼承了容器事件、國際化消息訪問相關的接口，功能更加豐富，具體繼承體系如下圖：

ApplicationEventPublisher 讓容器擁有發佈應用上下文事件的功能，包括啓動、關閉事件等。實現了ApplicationListener事件監聽接口的Bean可以接收到容器事件，並對事件進行響應處理。AbstractApplicationContext中存在一個ApplicationEventMulticaster，負責保存所有監聽器，以便容器產生上下文事件時通知這些事件監聽器
MessageSource 爲應用提供i18n國際化消息訪問的功能
ResourcePatternResolver 其實現類都實現了類似於PathMatchingResourcePatternResolver的功能，可通過帶前綴的Ant風格資源文件路徑裝載Spring的配置文件。
LifeCycle start、stop兩方法，用於控制異步處理過程。ApplicationContext會將start/stop信息傳遞給容器中所有實現了該接口的Bean，以達到控制JMX、任務調度等目的。

實現類

ApplicationContext主要的實現類有ClassPathXmlApplicationContext、FileSystemXmlApplicationContext、AnnotationConfigApplicationContext、GenericGroovyApplicationContext。

AnnotationConfigApplicationContext爲基於類註解的配置方式提供專門的實現類；GenericGroovyApplicationContext是爲Groovy DSL配置方式提供的專門的實現類

對比BeanFactory

BeanFactory初始化時並未實例化Bean，直到第一次訪問某個Bean時才實例化目標Bean，存在“第一次懲罰”的問題，使用ApplicationContext啓動容器時就會加載所有singleton bean，因此啓動會稍慢一些，但帶來的好處是及早發現潛在的配置問題，提升運行時效率；
ApplicationContext能夠自動識別出配置文件中定義的BeanPostProcessor、InstantiationAwareBeanPostProcessor和BeanFactoryPostProcessor（統稱爲後處理器），並自動將他們註冊到應用上下文中，而BeanFactory需要手動調用方法註冊。

WebApplicationContext

專門爲Web應用準備，除了prototype、singleton，另外爲Bean新增了三個作用域：request、session、global session。類繼承體系爲：

Spring的Web應用上下文與Web容器可以實現互相訪問：

WebApplicationContext的初始化方式區別於BeanFactory和ApplicationContext，需要配置在Web容器啓動的基礎上進行啓動，具體是配置ContextLoaderServlet或ContextLoaderListener完成容器的初始化工作。

Bean生命週期

在瞭解了Spring容器核心接口的情況下，繼續討論被Spring容器管理的Bean，具體會經過哪些階段完成初始化，以及銷燬的過程又是怎樣？

Spring初始化Bean經過了若干步驟，具體流程如下圖所示：

① 若容器註冊了InstantiationAwareBeanPostProcessor接口，則調用其postProcessBeforeInstantiation方法。
② 根據配置調用類的構造函數或工廠方法實例化Bean。
③ 與步驟①對應，調用其xxxAfterInstantiation方法。
④ 與步驟①對應，設置屬性值前，調用其xxxPropertyValues方法。
⑤ 調用Bean的Setter方法，設置Bean屬性值。
⑥ 若Bean實現了BeanNameAware接口，調用其setBeanName方法，設置BeanName到Bean中。
⑦ 與步驟⑥類似，BeanFactoryAware接口，設置BeanFactory。
⑧ 若BeanFactory裝配了BeanPostProcessor實現類，則調用postProcessBeforeInitialization方法。
⑨ 若Bean實現了InitializingBean接口，則調用其afterPropertiesSet方法。
⑩ 執行節點指定的init-method或註解了@PostConstruct的方法。
⑪ 與步驟⑧對應，執行其xxxAfterxxx方法。
⑫ 將bean返回給調用者，對於單實例bean進行緩存，prototype作用域的Bean容器不再管理其生命週期。
⑬ 容器關閉時，對於實現了DisposableBean接口的單實例Bean，調用其destroy方法。
⑭ 調用單實例節點指定的destroy-method或註解了@PreDestroy的方法。

圖中帶☆標記的方法稱爲後處理器，附屬於容器級別的Bean，影響是全局性的，同時也可以註冊多個Bean，分步驟處理，需實現Ordered接口

階段劃分

按流程劃分

可以看到Bean的聲明週期過程階段很多，不容易理解，可將整個過程劃分爲幾類階段：

實例化及其周邊：包括步驟①至④，涉及到兩個類——InstantiationAwareBeanPostProcessor和要實例化的Bean類，經此產生待設置屬性值的半成品Bean；
屬性設置、對象初始化及其周邊：包含步驟⑤至⑪，設置各種屬性值（包括Bean的成員變量以及BeanName可選、BeanFactory可選），執行對象初始化方法
銷燬bean前處理：包括步驟⑬和⑭，進行銷燬Bean之前的清理工作。

按生命週期級別劃分

Bean自身內部方法：包括構造函數、屬性設置方法、初始化方法和destroy-method方法。
Bean級生命週期接口方法：包括BeanNameAware、BeanFactoryAware、InitializingBean和DisposableBean接口定義的方法。主要解決個性化處理的問題。
容器級聲明週期接口方法：包括InstantiationAwareBeanPostProcessor、BeanPostProcessor接口方法。主要解決容器中某些Bean共性化處理的問題。（後工廠處理器方法也屬於容器級別，在加載配置後執行一次）

一般，爲了實現與Spring框架的解耦，我們不需要關注Bean級生命週期接口及相關方法，使用init-method和destroy-method指定初始化、銷燬前的清理動作能達到和實現接口同樣的效果。但BeanPostProcesor不同，它以插件的形式爲容器提供了對Bean進行後續加工處理的切入點，同時不需要Bean實現接口，在此基礎上，能夠統一擴展Spring的功能。

ApplicationContext管理的Bean生命週期與BeanFactory類似，不同之處在於增加了裝配容器上下文的ApplicationContextAware接口執行，以及在啓動容器時執行的一些後工廠處理器方法，通過實現BeanFactoryPostProcessor接口實現，Spring框架提供的後工廠處理器有CustomEditorConfigurer、PropertyPlaceholderConfigurer等。

配置Bean

XML Schema的配置方式

xmls對文檔所引用的命名空間進行聲明

默認命名空間
標準。。。。
自定義。。。。
命名空間的定義分爲兩個步驟：第一步指定命名空間的名稱；第二步指定命名空間的Schema文檔格式文件的位置，用空格或回車換行進行分隔。

xmls:aop=“http://www.springframework.org/schema/aop”
http://www.springframework.org/schema/aop xxx.xsd

Bean基本配置

id（Optional）可指定多個名字，逗號、分號、空格分隔，不允許多個相同的id
name（Optional）支持特殊字符，可指定多個，允許相同name（返回bean時返回後面聲明的bean）
class（未指定id和name時，使用全限定類名爲名稱。出現多個時，第一個爲全限定類名，第二個其後綴爲 #1、第三個後綴爲#2，匿名bean：爲外層bean提供注入值使用）

命名：id需要滿足XML命名規範，name不限制特殊字符；id和name都可以指定多個名字；id在配置中唯一，name可以有相同的，getBean返回後面聲明的Bean；儘量使用id。

依賴注入

屬性注入
要求Bean提供默認構造函數、Setter方法
JavaBean關於屬性命名的特殊規範：變量前兩個字母要麼全部大寫，要不全部小寫。
構造函數注入
按類型匹配入參
按索引匹配入參
聯合使用類型和索引匹配入參
自身類型反射匹配入參
循環依賴問題
工廠方法注入
非靜態工廠方法：factory-bean factory-method，需要聲明工廠類Bean
靜態工廠方法：class屬性指定工廠類，factory-method指定工廠方法。

注入方式選擇？
構造方法

可以保證一些重要屬性在Bean實例化時就設置好，避免因爲一些重要屬性沒有提供導致無用Bean的情況
不需要爲每個屬性提供Setter方法，減少類的方法個數
更好的封裝類變量，不需要提供Setter方法，避免錯誤調用

屬性注入

屬性衆多，構造方法簽名過長，可讀性差
構造方法靈活性不夠，屬性可選時需傳null
多個構造器配置時需要考慮匹配歧義的問題，配置相對複雜
構造方法不利於類的繼承和擴展，子類需引用父類複雜構造方法
構造方法注入有時會造成循環依賴的問題。

注入參數

字面值
基本數據類型、字符串（可自定義編輯器），property標籤及value子標籤
引用其他bean
property標籤及ref子標籤，ref標籤的bean指定bean，parent屬性引用父容器中的bean
內部bean
null值
級聯屬性
集合類型
List、Set、Map、Properties、強類型集合、通過父子bean實現集合合併

簡化配置方式

字面值屬性 proverty/constructor-arg/map-entry value
引用對象屬性
使用p命名空間
定義集合類型的Bean，使用util命名空間

自動配置autowire

byName
byType
constructor
autodetect

方法注入

lookup方法注入
通過一個singleton Bean獲取一個prototype
方法替換
MethodReplacer接口

Bean之間關係

繼承
依賴
引用

Bean作用域

singleton
prototype
Web應用環境相關

request
session
global session

使用註解

@Autowired（required）
標註屬性
標註方法
集合類標註
@Qualifier指定名稱
@Lazy
支持標準註解：@Resource、@Inject
Resource按名稱匹配注入Bean，默認用變量名或方法名注入
Inject按類型，但沒有required屬性
@scope
@PostConstruct和@PreDestroy（可多個）

基於Java類的配置

@Configuration
@Bean

混合配置

xml引用Java類配置，通過context:component-scan實現
Java類配置引用xml，通過@ImportResource實現

Spring容器工作機制

在討論Bean生命週期的時候，涉及到了Spring容器的很多接口及組件，這些是何時實例化的？Spring容器啓動時到底經過了哪些步驟？Bean的初始化過程和容器啓動過程是怎樣銜接的？這些問題從AbstractApplicationContext的refresh方法中窺探一二。

上圖整理了Spring容器啓動時經歷的各個階段，從配置文件一個個節點到容器中完備的Bean實例，可以分爲以下幾個大的階段：

配置文件加工，產出爲註冊於BeanDefinitionRegistry中的BeanDefinition成品組件；
註冊特殊Bean，基於BeanDefinition，可識別出特殊的一些Bean，包括後處理器、國際化、事件監聽相關Bean等；
初始化除了Lazy標記的所有單實例Bean；
發佈上下文刷新事件。

《精通Spring4.x》書中對於BeanDefinition、屬性編輯器、工廠後處理器、InstantiationStrategy、BeanWapper等組件有詳細的介紹，在圖中進行了簡短的梳理，有興趣的可以找書來讀一讀。

小結

本文根據《精通Spring4.x 企業應用開發實戰》，總結了SpringIoC的方方面面，從IoC的基本概念出發，介紹SpringIoC的底層Java基礎技術，即反射，介紹了配置Bean的方式以及Spring容器的工作機制及Bean的生命週期階段，希望對讀者瞭解Spring容器、Bean相關配置、內部工作機制有所幫助。

掃描文末二維碼，回覆關鍵字"SpringIoC"獲取總結的完整思維導圖：