7.Spring之啓動過程源碼解析

前言分析

通常，我們說的Spring啓動，就是構造ApplicationContext對象以及調用refresh()方法的過程。

首先，Spring啓動過程主要做了這麼幾件事情：

構造一個BeanFactory對象
解析配置類，得到BeanDefinition，並註冊到BeanFactory中

解析@ComponentScan，此時就會完成掃描
解析@Import
解析@Bean
...

因爲ApplicationContext還支持國際化，所以還需要初始化MessageSource對象
因爲ApplicationContext還支持事件機制，所以還需要初始化ApplicationEventMulticaster對象
把用戶定義的ApplicationListener對象添加到ApplicationContext中，等Spring啓動完了就要發佈事件了
創建非懶加載的單例Bean對象，並存在BeanFactory的單例池中。
調用Lifecycle Bean的start()方法
發佈ContextRefreshedEvent事件

由於Spring啓動過程中要創建非懶加載的單例Bean對象，那麼就需要用到BeanPostProcessor，所以Spring在啓動過程中就需要做兩件事：

生成默認的BeanPostProcessor對象，並添加到BeanFactory中

AutowiredAnnotationBeanPostProcessor：處理@Autowired、@Value
CommonAnnotationBeanPostProcessor：處理@Resource、@PostConstruct、@PreDestroy
ApplicationContextAwareProcessor：處理ApplicationContextAware等回調

找到外部用戶所定義的BeanPostProcessor對象（類型爲BeanPostProcessor的Bean對象），並添加到BeanFactory中

BeanFactoryPostProcessor

BeanPostProcessor表示Bean的後置處理器，是用來對Bean進行加工的，類似的，BeanFactoryPostProcessor理解爲BeanFactory的後置處理器，用來用對BeanFactory進行加工的。

Spring支持用戶定義BeanFactoryPostProcessor的實現類Bean，來對BeanFactory進行加工，比如：

@Component
public class ZhouyuBeanFactoryPostProcessor implements BeanFactoryPostProcessor {

	@Override
	public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {
		BeanDefinition beanDefinition = beanFactory.getBeanDefinition("userService");
		beanDefinition.setAutowireCandidate(false);
	}
}

以上代碼，就利用了BeanFactoryPostProcessor來拿到BeanFactory，然後獲取BeanFactory內的某個BeanDefinition對象並進行修改，注意這一步是發生在Spring啓動時，創建單例Bean之前的，所以此時對BeanDefinition就行修改是會生效的。

注意：在ApplicationContext內部有一個核心的DefaultListableBeanFactory，它實現了ConfigurableListableBeanFactory和BeanDefinitionRegistry接口，所以ApplicationContext和DefaultListableBeanFactory是可以註冊BeanDefinition的，但是ConfigurableListableBeanFactory是不能註冊BeanDefinition的，只能獲取BeanDefinition，然後做修改。

所以Spring還提供了一個BeanFactoryPostProcessor的子接口：BeanDefinitionRegistryPostProcessor

BeanDefinitionRegistryPostProcessor

public interface BeanDefinitionRegistryPostProcessor extends BeanFactoryPostProcessor {

	void postProcessBeanDefinitionRegistry(BeanDefinitionRegistry registry) throws BeansException;

}

我們可以看到BeanDefinitionRegistryPostProcessor繼承了BeanFactoryPostProcessor接口，並新增了一個方法，注意方法的參數爲BeanDefinitionRegistry，所以如果我們提供一個類來實現BeanDefinitionRegistryPostProcessor，那麼在postProcessBeanDefinitionRegistry()方法中就可以註冊BeanDefinition了。比如：

@Component
public class ZhouyuBeanDefinitionRegistryPostProcessor implements BeanDefinitionRegistryPostProcessor {

	@Override
	public void postProcessBeanDefinitionRegistry(BeanDefinitionRegistry registry) throws BeansException {
		AbstractBeanDefinition beanDefinition = BeanDefinitionBuilder.genericBeanDefinition().getBeanDefinition();
		beanDefinition.setBeanClass(User.class);
		registry.registerBeanDefinition("user", beanDefinition);
	}

	@Override
	public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {
		BeanDefinition beanDefinition = beanFactory.getBeanDefinition("userService");
		beanDefinition.setAutowireCandidate(false);
	}
}

如何理解refresh()？

/**
	 * Load or refresh the persistent representation of the configuration,
	 * which might an XML file, properties file, or relational database schema.
	 * <p>As this is a startup method, it should destroy already created singletons
	 * if it fails, to avoid dangling resources. In other words, after invocation
	 * of that method, either all or no singletons at all should be instantiated.
	 * @throws BeansException if the bean factory could not be initialized
	 * @throws IllegalStateException if already initialized and multiple refresh
	 * attempts are not supported
	 */
	void refresh() throws BeansException, IllegalStateException;

這是ConfigurableApplicationContext接口上refresh()方法的註釋，意思是：加載或刷新持久化的配置，可能是XML文件、屬性文件或關係數據庫中存儲的。由於這是一個啓動方法，如果失敗，它應該銷燬已經創建的單例，以避免暫用資源。換句話說，在調用該方法之後，應該實例化所有的單例，或者根本不實例化單例。

有個理念需要注意：ApplicationContext關閉之後不代表JVM也關閉了，ApplicationContext是屬於JVM的，說白了ApplicationContext也是JVM中的一個對象。

在Spring的設計中，也提供可以刷新的ApplicationContext和不可以刷新的ApplicationContext。比如：

AbstractRefreshableApplicationContext extends AbstractApplicationContext

就是可以刷新的

GenericApplicationContext extends AbstractApplicationContext

就是不可以刷新的。

AnnotationConfigApplicationContext繼承的是GenericApplicationContext，所以它是不能刷新的。

AnnotationConfigWebApplicationContext繼承的是AbstractRefreshableWebApplicationContext，所以它是可以刷的。

上面說的不能刷新是指不能重複刷新，只能調用一次refresh方法，第二次時會報錯。

refresh()底層原理流程

底層原理流程圖：https://www.processon.com/view/link/5f60a7d71e08531edf26a919

下面以AnnotationConfigApplicationContext爲例子，來介紹refresh的底層原理。

在調用AnnotationConfigApplicationContext的構造方法之前，會調用父類GenericApplicationContext的無參構造方法，會構造一個BeanFactory，爲DefaultListableBeanFactory。
構造AnnotatedBeanDefinitionReader（主要作用添加一些基礎的PostProcessor，同時可以通過reader進行BeanDefinition的註冊），同時對BeanFactory進行設置和添加PostProcessor（後置處理器）

設置dependencyComparator：AnnotationAwareOrderComparator，它是一個Comparator，是用來進行排序的，會獲取某個對象上的Order註解或者通過實現Ordered接口所定義的值進行排序，在日常開發中可以利用這個類來進行排序。
設置autowireCandidateResolver：ContextAnnotationAutowireCandidateResolver，用來解析某個Bean能不能進行自動注入，比如某個Bean的autowireCandidate屬性是否等於true
向BeanFactory中添加ConfigurationClassPostProcessor對應的BeanDefinition，它是一個BeanDefinitionRegistryPostProcessor，並且實現了PriorityOrdered接口
向BeanFactory中添加AutowiredAnnotationBeanPostProcessor對應的BeanDefinition，它是一個InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter，MergedBeanDefinitionPostProcessor
向BeanFactory中添加CommonAnnotationBeanPostProcessor對應的BeanDefinition，它是一個InstantiationAwareBeanPostProcessor，InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor
向BeanFactory中添加EventListenerMethodProcessor對應的BeanDefinition，它是一個BeanFactoryPostProcessor，SmartInitializingSingleton
向BeanFactory中添加DefaultEventListenerFactory對應的BeanDefinition，它是一個EventListenerFactory

構造ClassPathBeanDefinitionScanner（主要作用可以用來掃描得到並註冊BeanDefinition），同時進行設置：

設置this.includeFilters = AnnotationTypeFilter(Component.class)
設置environment
設置resourceLoader

利用reader註冊AppConfig爲BeanDefinition，類型爲AnnotatedGenericBeanDefinition
接下來就是調用refresh方法
prepareRefresh()：

記錄啓動時間
可以允許子容器設置一些內容到Environment中
驗證Environment中是否包括了必須要有的屬性

obtainFreshBeanFactory()：進行BeanFactory的refresh，在這裏會去調用子類的refreshBeanFactory方法，具體子類是怎麼刷新的得看子類，然後再調用子類的getBeanFactory方法，重新得到一個BeanFactory
prepareBeanFactory(beanFactory)：

設置beanFactory的類加載器
設置表達式解析器：StandardBeanExpressionResolver，用來解析Spring中的表達式
添加PropertyEditorRegistrar：ResourceEditorRegistrar，PropertyEditor類型轉化器註冊器，用來註冊一些默認的PropertyEditor
添加一個Bean的後置處理器：ApplicationContextAwareProcessor，是一個BeanPostProcessor，用來執行EnvironmentAware、ApplicationEventPublisherAware等回調方法
添加ignoredDependencyInterface：可以向這個屬性中添加一些接口，如果某個類實現了這個接口，並且這個類中的某些set方法在接口中也存在，那麼這個set方法在自動注入的時候是不會執行的，比如EnvironmentAware這個接口，如果某個類實現了這個接口，那麼就必須實現它的setEnvironment方法，而這是一個set方法，和Spring中的autowire是衝突的，那麼Spring在自動注入時是不會調用setEnvironment方法的，而是等到回調Aware接口時再來調用（注意，這個功能僅限於xml的autowire，@Autowired註解是忽略這個屬性的）

a.EnvironmentAware

b.EmbeddedValueResolverAware

c.ResourceLoaderAware

d.ApplicationEventPublisherAware

e.MessageSourceAware

f.ApplicationContextAware

g.另外其實在構造BeanFactory的時候就已經提前添加了另外三個：

h.BeanNameAware

i.BeanClassLoaderAware

j.BeanFactoryAware

添加resolvableDependencies：在byType進行依賴注入時，會先從這個屬性中根據類型找bean

a.BeanFactory.class：當前BeanFactory對象

b.ResourceLoader.class：當前ApplicationContext對象

c.ApplicationEventPublisher.class：當前ApplicationContext對象

d.ApplicationContext.class：當前ApplicationContext對象

添加一個Bean的後置處理器：ApplicationListenerDetector，是一個BeanPostProcessor，用來判斷某個Bean是不是ApplicationListener，如果是則把這個Bean添加到ApplicationContext中去，注意一個ApplicationListener只能是單例的
添加一個Bean的後置處理器：LoadTimeWeaverAwareProcessor，是一個BeanPostProcessor，用來判斷某個Bean是不是實現了LoadTimeWeaverAware接口，如果實現了則把ApplicationContext中的loadTimeWeaver回調setLoadTimeWeaver方法設置給該Bean。
添加一些單例bean到單例池：

a."environment"：Environment對象

b."systemProperties"：System.getProperties()返回的Map對象

c."systemEnvironment"：System.getenv()返回的Map對象

postProcessBeanFactory(beanFactory) ：提供給AbstractApplicationContext的子類進行擴展，具體的子類，可以繼續向BeanFactory中再添加一些東西
invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory)：執行BeanFactoryPostProcessor

此時在BeanFactory中會存在一個BeanFactoryPostProcessor：ConfigurationClassPostProcessor，它也是一個BeanDefinitionRegistryPostProcessor
第一階段
從BeanFactory中找到類型爲BeanDefinitionRegistryPostProcessor的beanName，也就是ConfigurationClassPostProcessor，然後調用BeanFactory的getBean方法得到實例對象
執行ConfigurationClassPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry()方法:

解析AppConfig類
掃描得到BeanDefinition並註冊
解析@Import，@Bean等註解得到BeanDefinition並註冊
詳細的看另外的筆記，專門分析了ConfigurationClassPostProcessor是如何工作的
在這裏，我們只需要知道在這一步會去得到BeanDefinition，而這些BeanDefinition中可能存在BeanFactoryPostProcessor和BeanDefinitionRegistryPostProcessor，所以執行完ConfigurationClassPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry()方法後，還需要繼續執行其他BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry()方法

執行其他BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry()方法
執行所有BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanFactory()方法
第二階段
從BeanFactory中找到類型爲BeanFactoryPostProcessor的beanName，而這些BeanFactoryPostProcessor包括了上面的BeanDefinitionRegistryPostProcessor
執行還沒有執行過的BeanFactoryPostProcessor的postProcessBeanFactory()方法

到此，所有的BeanFactoryPostProcessor的邏輯都執行完了，主要做的事情就是得到BeanDefinition並註冊到BeanFactory中
registerBeanPostProcessors(beanFactory)：因爲上面的步驟完成了掃描，這個過程中程序員可能自己定義了一些BeanPostProcessor，在這一步就會把BeanFactory中所有的BeanPostProcessor找出來並實例化得到一個對象，並添加到BeanFactory中去（屬性beanPostProcessors），最後再重新添加一個ApplicationListenerDetector對象（之前其實就添加了過，這裏是爲了把ApplicationListenerDetector移動到最後）
initMessageSource()：如果BeanFactory中存在一個叫做"messageSource"的BeanDefinition，那麼就會把這個Bean對象創建出來並賦值給ApplicationContext的messageSource屬性，讓ApplicationContext擁有國際化的功能
initApplicationEventMulticaster()：如果BeanFactory中存在一個叫做"applicationEventMulticaster"的BeanDefinition，那麼就會把這個Bean對象創建出來並賦值給ApplicationContext的applicationEventMulticaster屬性，讓ApplicationContext擁有事件發佈的功能
onRefresh()：提供給AbstractApplicationContext的子類進行擴展，沒用
registerListeners()：從BeanFactory中獲取ApplicationListener類型的beanName，然後添加到ApplicationContext中的事件廣播器applicationEventMulticaster中去，到這一步因爲FactoryBean還沒有調用getObject()方法生成Bean對象，所以這裏要在根據類型找一下ApplicationListener，記錄一下對應的beanName
finishBeanFactoryInitialization(beanFactory)：完成BeanFactory的初始化，主要就是實例化非懶加載的單例Bean，單獨的筆記去講。
finishRefresh()：BeanFactory的初始化完後，就到了Spring啓動的最後一步了

設置ApplicationContext的lifecycleProcessor，默認情況下設置的是DefaultLifecycleProcessor
調用lifecycleProcessor的onRefresh()方法，如果是DefaultLifecycleProcessor，那麼會獲取所有類型爲Lifecycle的Bean對象，然後調用它的start()方法，這就是ApplicationContext的生命週期擴展機制
發佈ContextRefreshedEvent事件

執行BeanFactoryPostProcessor

執行通過ApplicationContext添加進來的BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry()方法
執行BeanFactory中實現了PriorityOrdered接口的BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry()方法
執行BeanFactory中實現了Ordered接口的BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry()方法
執行BeanFactory中其他的BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanDefinitionRegistry()方法
執行上面所有的BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanFactory()方法
執行通過ApplicationContext添加進來的BeanFactoryPostProcessor的postProcessBeanFactory()方法
執行BeanFactory中實現了PriorityOrdered接口的BeanFactoryPostProcessor的postProcessBeanFactory()方法
執行BeanFactory中實現了Ordered接口的BeanFactoryPostProcessor的postProcessBeanFactory()方法
執行BeanFactory中其他的BeanFactoryPostProcessor的postProcessBeanFactory()方法

Lifecycle的使用

Lifecycle表示的是ApplicationContext的生命週期，可以定義一個SmartLifecycle來監聽ApplicationContext的啓動和關閉：

@Component
public class ZhouyuLifecycle implements SmartLifecycle {

	private boolean isRunning = false;

	@Override
	public void start() {
		System.out.println("啓動");
		isRunning = true;
	}

	@Override
	public void stop() {
        // 要觸發stop()，要調用context.close()，或者註冊關閉鉤子（context.registerShutdownHook();）
		System.out.println("停止");
		isRunning = false;
	}

	@Override
	public boolean isRunning() {
		return isRunning;
	}
}

本系列文章來自圖靈學院周瑜老師分享，本博客整理學習並搬運

7.Spring之啓動過程源碼解析

前言分析

BeanFactoryPostProcessor

BeanDefinitionRegistryPostProcessor

如何理解refresh()？

refresh()底層原理流程

執行BeanFactoryPostProcessor

Lifecycle的使用

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