框架源码阅读的方法与技巧

代码是形式，逻辑是神韵。

引子

在 “解锁优秀源代码的基本方法与技巧” 一文中，探讨了阅读优秀源码的基本步骤、方法、技巧、所面临的障碍及克服之策。多加训练，应该能够达成以下目标：

• 可以读懂独立类和基本容器的实现；
• 可以读懂小型的基础库和框架；
• 经过源码阅读来调试和解决实际中的问题。

本文进一步探索如何阅读成熟框架的源码。

舒适提示

欲速则不达。阅读源码很容易理解为就是直接去阅读代码自己。实际上，代码只是形式，逻辑才是神韵。

凡有助于去理解逻辑，理解其原理、架构、实现的，都是值得阅读的。包括而不限于官方文档和 API 文档、架构设计分析文章、原理分析文章、源码阅读分析文章。磨刀不误砍柴工。准备工做作充足，充分借助各类资源辅助，阅读源码才能事半功倍。

预思考

有需求才有目标，有目标才有设计，有设计才有框架。在阅读某个源码模块以前，思考若干基本问题是必要的。

• 需求是什么？用一句话说清楚；
• 设计目标是什么？用一句话说清楚；
• 核心优点和适用场景是什么？分别用一句话说清楚；
• 基本原理是怎样的？先本身思考怎么实现，而后阅读框架原理文章；
• 总体设计是怎样的？ 先本身思考怎么设计，而后阅读架构设计的文章；
• 技术难点是什么？先本身思考其中的难点及解决方案，而后阅读相关文章；
• 数据结构及算法流程是如何设计的？阅读框架的源码解析文章。

好比 SpringBean 模块：

• 需求：有一套通用机制去建立和装配应用所须要的完整的 Bean 实例，使得应用无需关注 Bean 实例的建立和管理，只要按需获取；
• 设计目标：根据指定的配置文件或注解，生成和存储应用所须要的装配完整的 Bean 实例，并提供多种方式来获取 Bean 实例；
• 核心优点：支持多种装配方式、自动装配、依赖关系自动注入；支持不一样做用域的 Bean 实例建立和获取；稳定高效；
• 适用场景：有大量的 Bean 须要建立，这些 Bean 存在复杂的依赖关系；
• 基本原理：反射机制 + 缓存；
• 算法流程：建立 bean 工厂对象 -> 扫描资源路径，得到 bean 的 class 文件 -> 生成 bean 定义的 beanDefinition 实例 -> 根据 beanDefinitioin 实例建立 bean 实例并缓存到 bean 工厂对象 -> 依赖自动注入 -> 执行钩子方法 -> 完整的 bean 实例准备就绪。
• 技术难点：依赖自动装配、循环引用；解决自动依赖注入和循环引用问题须要用到缓存机制。
  
  

需求与目标

需求与目标每每容易混为一谈。但需求不等于目标。

• 需求是宽泛的，目标是具体的；
• 目标是需求的一种实现途径，每每是设计一个具有某些关键特性的系统或产品。

目标是功能与质量的结合体；除了功能部分，肯定质量指标也是尤其关键的。质量指标可参阅：“Web服务端软件的服务品质概要”

对于某个框架来讲，需求、适用场景和核心优点，都是能够直接在官网或项目主页获取到的。如何还原框架的设计目标呢？能够从核心优点中获取基本说明，更多的就要从 API 文档里来提炼了。

方法

不少开发童鞋可能对阅读源码心生畏惧。其实读源码既不神秘也不复杂：写个 Demo，打断点，运行，而后细细揣摩。阅读源码就是观摩高手出招的过程。

0. 确立目标，一般是理解某个模块的原理、设计或者为了解决实际问题；
1. 写个 demo，可以将主流程运行起来；
2. 找到框架运行的入口点，经过静态代码分析，大体了解整个实现流程；
3. 在预估会通过的关键地方打断点，单步调试；
4. 仔细查看主流程通过的主路径、每个主要对象及其成员变量的值及变化，细细揣摩其设计意图和方法技巧；
5. 绘制总体流程框图和类的交互图；
6. 学习和理解关键类及关键方法及实现（代码）。

阅读源码，要把握主要与扩展：

• 首先把主流程及涉及到的主要类弄透彻；
• 理解其扩展机制；
• 理解主要扩展实现（须要的时候徐图之）。
  
  

阅读源码，经常要将“静态代码分析”和“单步调试”结合起来使用。

静态代码分析

静态代码分析，就是沿着方法调用链，“顺藤摸瓜”一路点击下去。一般可以对总体流程有一个大概的了解。

因为框架实现经常基于接口编程，有时会遇到有多个实现的情形。这时，能够根据直觉和经验，选择一个最有可能的默认实现继续跟下去，或者经过单步调试来弄清楚是哪一个具体实现。

单步调试

单步调试，是看似笨拙却很实用的源码阅读方法。单步调试在如下情形尤为有用：

• 接口调用有多个实现，难以肯定是哪一个是具体实现时；
• 查看某个比较复杂的具体类的成员时；
• 理解实现细节时。
  
  

框架解析

框架的设计实现一般包括三层：

• 问题域及解决方案构成的抽象层，解决问题的核心部分；
• 封装和交互构成的设计层，确保灵活性、可扩展性和应用集成；
• 各类细节构成的实现层，用于保证性能和容错等。

阅读顺序是：抽象层 -> 封装与交互层 -> 细节实现层 或者 抽象层 -> 细节实现层 -> 封装与交互层。抽象层比如匣中的宝珠，不能干买椟还珠的事情。

抽象层

抽象层便是问题求解层。技术面试中问到的原理或实现机制，一般都属于这一层。

因为封装和交互、实现细节的大量代码每每会将用于解决问题的核心代码“淹没”，所以，在探索抽象层时，要学会大胆过滤封装和细节，直接跳过大量的分支条件语句，暂时跳过使人疑惑的地方，始终聚焦和直击解决问题的核心部分。用于解决基本问题的核心代码一般是很少的。

好比，Bean 实例建立的核心代码是 ClassPathBeanDefinitionScanner.doScan（扫描资源路径，生成 beanDefinition 对象） 和AbstractAutowireCapableBeanFactory.doCreateBean 方法（根据 beanDefinition 建立 bean 实例）。

设计层

要弄明白设计层，就要先弄清楚框架的总体设计：

• 有哪些子模块，子模块的设计意图是什么；
• 子模块之间的关联是怎样的，如何串联成一个完整的设计意图。

框架的设计实现经常会用到设计模式。

• 经常使用设计模式：工厂、单例、外观、策略、适配器、装饰、代理、模板、组合、观察者、迭代器；
• 不一样问题域可能会用到的设计模式，好比 DB 驱动接口实现会用到生成器模式和桥接模式，web 请求处理用到职责链模式。

经常使用设计模式的使用场景：

• 若是须要建立实例，则一般离不开工厂和单例模式；
• 若是涉及较为复杂的算法流程，部分算法须要在子类实现，则会用到模板方法模式；
• 若是须要多种实现，并依据特定场景来选取使用，则会用到策略模式；
• 若是要将客户端接口及实现与框架的调用隔离，则会用到动态代理模式；
• 若是要灵活叠加多种功能，则会用到装饰器模式；
• 若是涉及到事件机制，则离不开观察者模式；
• 若是须要在库实现的基础上提供简洁接口，则一般用到外观模式；
• 若是要将多种实现与多种接口定义进行链接，则会用到桥接模式；
• 若是须要涉及大量配置（规格）并生成实例，则一般用到生成器模式；
• 若是涉及容器元素访问，则离不开迭代器模式；
• 若是须要以统一接口访问总体与部分的行为，且总体由部分组成，则一般用到组合模式。

理解基本设计模式的特征和适用场景，识别设计模式的使用，能够更自如地在框架源码之间穿梭。

细节层

细节是最考验源码阅读的心性了。细节藏魔鬼。关键细节考虑不周全，可能会致使整个设计的失败。所以，细节层也是值得仔细推敲的。技术面试中也经常考察实现细节。若是可以回答上来，大几率会让面试官眼前一亮。

有时，一些实现细节可能让人摸不到头脑。此时，能够上网搜索一下，每每会“茅塞顿开”。

克服障碍

阅读成熟框架源码，遇到的一大挑战就是对象之间的错综复杂的交互关系。使人生畏。这实际上考验着开发者的抽象和建模能力。

原理流程图

原理流程图很是重要，就像地图同样，指引人更容易地在“代码迷宫”中穿行而不迷失方向。

在阅读源码以前，设法弄到并理解框架的原理流程图，每每能起到事半功倍的效果。就如行兵打仗，先弄清楚天时与地形。不可不重视之。

概念图景

优秀的软件设计，每每是先创建一个比较完整的概念图景。概念图景，就是关于某个问题域的概念及其关联关系的总体图。

譬如盖房子吧。有的人盖房子就是：砌砖！砌砖！！砌砖！！！要安装窗户怎么办？把其中一大块砖墙锤空了再安。

有的人，则会“设计先行”：

• 原材料 => 子部件 => 组合与集成。
• 原材料：砖、石、木、铝、铜、玻璃等；
• 子部件：墙、窗框、窗户、门、地板、楼梯、锁、通道等；
• 房子：由子部件进行组合和集成而成；
• 机制：子部件的组合与集成的原理支撑，好比形状的组合与契合、承压计算等。

如何理清其中的复杂交互关系，从而理解其中蕴含的设计思想呢？须要先理清楚框架的概念图景。

有两种技巧能够结合使用：

• 因为接口定义了具体类的行为规范，能够经过阅读接口定义及文档来了解其设计思路和骨架；
• 查看具体类的实例成员（暂不涉及方法），根据经验揣摩其设计意图。
  
  

核心类成员

要深刻到具体实现，则没法避免核心类的阅读。核心类每每拥有十几个甚至几十个成员及方法，展现出了十足的源码阅读劝退诚意。面对这种状况怎么办呢？ 有三个技巧能够结合使用：

• 按快捷键 Alt+7，能够查看该类的全部成员及方法，概览一下，大体猜想其意图；
• 首先只关注那些对核心问题求解有重要影响的成员，暂时忽略那些用来提高性能、可扩展性等方面的成员；
• 单步调试，仔细看看运行时的成员对象如何，这样会更加直观具体一些。好比 DefaultListableBeanFactory 这个类，单步调试后获得以下图示：

技术难点

技术难点也是理解源码实现的一个主要障碍。技术难点主要有三类：

• 数据结构与算法：好比 HashMap 用到了哈希表和红黑树，须要先阅读文献（好比《算法导论》）理解其结构与算法；
• 原理机制：好比 IO 读写、内存管理、文件系统、编译原理、网络协议，先学习相关的原理机制，夯实基础；
• 编程模型：特别的编程手法和技巧，好比读 hystrix 源码，就要先熟悉函数式编程和响应式编程。

如何找到论述原理机制的相关文献呢？有一些基本方法可循：

• 经典书籍：好比数据结构与算法，就有《算法导论》、《算法》、《计算机程序设计艺术》（排序与查找）等；
• 经典论文：一些还没来得及写入书籍的论文解读，好比 Raft 算法等；
• 技术书籍：好比 Linux 操做系统内核实现，TCP 协议详解等；
• 官方文档：优秀项目主页的文档部分，每每有相关原理机制的介绍，好比 ES 的官方文档；
• JavaDoc：优秀源码的 Java Doc 每每会引用相关出处，好比 AQS 的源码；
• 优秀博文：优秀博文每每有一些文献引用，能够阅读相关文献引用；
• 百科与搜索：在维基百科上搜索出处和引用来源；或者使用搜索引擎。

越到后面，就会发现，真正须要仔细阅读和钻研的书籍和论文，其实并很少。花费不少时间阅读网络文章，这些偷懒和捷径，反而是走了弯路。

耐心与意志

阅读框架源码须要很大的耐心和意志。有点像蚕宝宝吃桑叶，须要一点一点地啃。各个击破。在这个过程当中，须要克服很多障碍，才能“修得正果”。

可使用多种辅助手段：

• 边听音乐边阅读代码；
• 拉取代码分支，边读边作标记并提交；
• 阅读原理、架构及源码分析文章。
  
  

小结

源码阅读技能，能够说是程序员的“内功心法”之一。如果能读通优秀源码，则应对平常编程工做游刃有余，而应对难题则有路可循。

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。