Spring 三大核心组件的关系

Spring 框架的整体架构图

从上图中能够看出 Spring 框架中的核心组件只有三个：Core、Context 和 Beans。它们构建起了整个 Spring 的骨骼架构。没有它们就不可能有 AOP、Web 等上层的特性功能。下面也将主要从这三个组件入手分析 Spring。

Spring 的设计理念

前面介绍了 Spring 的三个核心组件，若是再在它们三个中选出核心的话，那就非 Beans 组件莫属了，为什么这样说，其实 Spring 就是面向 Bean 的编程（BOP,Bean Oriented Programming），Bean 在 Spring 中才是真正的主角。

Bean 在 Spring 中做用就像 Object 对 OOP 的意义同样，没有对象的概念就像没有面向对象编程，Spring 中没有 Bean 也就没有 Spring 存在的意义。就像一次演出舞台都准备好了可是却没有演员同样。为何要 Bean 这种角色 Bean 或者为什么在 Spring 如此重要，这由 Spring 框架的设计目标决定，Spring 为什么如此流行，咱们用 Spring 的缘由是什么，想一想你会发现原来 Spring 解决了一个很是关键的问题他可让你把对象之间的依赖关系转而用配置文件来管理，也就是他的依赖注入机制。而这个注入关系在一个叫 Ioc 容器中管理，那 Ioc 容器就是被 Bean 包裹的对象。Spring 正是经过把对象包装在 Bean 中而达到对这些对象的管理以及一些列额外操做的目的。

它这种设计策略彻底相似于 Java 实现 OOP 的设计理念，固然了 Java 自己的设计要比 Spring 复杂太多太多，可是都是构建一个数据结构，而后根据这个数据结构设计他的生存环境，并让它在这个环境中按照必定的规律在不停的运动，在它们的不停运动中设计一系列与环境或者与其余个体完成信息交换。这样想来咱们用到的其余框架都是大慨相似的设计理念。

 

核心组件如何协同工做

前面说 Bean 是 Spring 中关键因素，那 Context 和 Core 又有何做用呢？前面把 Bean 比做一场演出中的演员的话，那 Context 就是这场演出的舞台背景，而 Core 应该就是演出的道具了。只有他们在一块儿才能具有演出一场好戏的最基本条件。固然有最基本的条件还不能使这场演出脱颖而出，还要他表演的节目足够的精彩，这些节目就是 Spring 能提供的特点功能了。

咱们知道 Bean 包装的是 Object，而 Object 必然有数据，如何给这些数据提供生存环境就是 Context 要解决的问题，对 Context 来讲他就是要发现每一个 Bean 之间的关系，为它们创建这种关系而且要维护好这种关系。因此 Context 就是一个 Bean 关系的集合，这个关系集合又叫 Ioc 容器，一旦创建起这个 Ioc 容器后 Spring 就能够为你工做了。那 Core 组件又有什么用武之地呢？其实 Core 就是发现、创建和维护每一个 Bean 之间的关系所须要的一些列的工具，从这个角度看来，Core 这个组件叫 Util 更能让你理解。

它们之间能够用下图来表示：

 

核心组件详解

这里将详细介绍每一个组件内部类的层次关系，以及它们在运行时的时序顺序。咱们在使用 Spring 是应该注意的地方。

Bean 组件

前面已经说明了 Bean 组件对 Spring 的重要性，下面看看 Bean 这个组件式怎么设计的。Bean 组件在 Spring 的 org.springframework.beans 包下。这个包下的全部类主要解决了三件事：Bean 的定义、Bean 的建立以及对 Bean 的解析。对 Spring 的使用者来讲惟一须要关心的就是 Bean 的建立，其余两个由 Spring 在内部帮你完成了，对你来讲是透明的。

Spring Bean 的建立时典型的工厂模式，它的顶级接口是 BeanFactory，下图是这个工厂的继承层次关系：

 

BeanFactory 有三个子类：ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory 和 AutowireCapableBeanFactory。可是从上图中咱们能够发现最终的默认实现类是 DefaultListableBeanFactory，实现了全部的接口。那为什么要定义这么多层次的接口呢？查阅这些接口的源码和说明发现，每一个接口都有使用的场合，它主要是为了区分在 Spring 内部对象的传递和转化过程当中，对对象的数据访问所作的限制。例如 ListableBeanFactory 接口表示这些 Bean 是可列表的，而 HierarchicalBeanFactory 表示的这些 Bean 是有继承关系的，也就是每一个 Bean 有可能有父 Bean。AutowireCapableBeanFactory 接口定义 Bean 的自动装配规则。这四个接口共同定义了 Bean 的集合、Bean 之间的关系、以及 Bean 行为。

Bean 的定义主要有 BeanDefinition 描述，以下图说明了这些类的层次关系：

 

Bean 的定义就是完整的描述了在 Spring 的配置文件中你定义的 节点中全部的信息，包括各类子节点。当 Spring 成功解析你定义的一个 节点后，在 Spring 的内部就被转化成 BeanDefinition 对象。之后全部的操做都是对这个对象完成的。

Bean 的解析过程很是复杂，功能被分的很细，由于这里须要被扩展的地方不少，必须保证有足够的灵活性，以应对可能的变化。Bean 的解析主要就是对 Spring 配置文件的解析。这个解析过程主要经过下图中的类完成：

 Bean 的解析类

固然还有具体对 tag 的解析这里并无列出。

Context 组件

Context 在 Spring 的 org.springframework.context 包下，前面已经讲解了 Context 组件在 Spring 中的做用，他实际上就是给 Spring 提供一个运行时的环境，用以保存各个对象的状态。下面看一下这个环境是如何构建的。

ApplicationContext 是 Context 的顶级父类，他除了能标识一个应用环境的基本信息外，他还继承了五个接口，这五个接口主要是扩展了 Context 的功能。下面是 Context 的类结构图：

 

从上图中能够看出 ApplicationContext 继承了 BeanFactory，这也说明了 Spring 容器中运行的主体对象是 Bean，另外 ApplicationContext 继承了 ResourceLoader 接口，使得 ApplicationContext 能够访问到任何外部资源，这将在 Core 中详细说明。

ApplicationContext 的子类主要包含两个方面：

1. ConfigurableApplicationContext 表示该 Context 是可修改的，也就是在构建 Context 中用户能够动态添加或修改已有的配置信息，它下面又有多个子类，其中最常用的是可更新的 Context，即 AbstractRefreshableApplicationContext 类。
2. WebApplicationContext 顾名思义，就是为 web 准备的 Context 他能够直接访问到 ServletContext，一般状况下，这个接口使用的少。

再往下分就是按照构建 Context 的文件类型，接着就是访问 Context 的方式。这样一级一级构成了完整的 Context 等级层次。

整体来讲 ApplicationContext 必需要完成如下几件事：

• 标识一个应用环境
• 利用 BeanFactory 建立 Bean 对象
• 保存对象关系表
• 可以捕获各类事件

Context 做为 Spring 的 Ioc 容器，基本上整合了 Spring 的大部分功能，或者说是大部分功能的基础。

 

Core 组件

Core 组件做为 Spring 的核心组件，他其中包含了不少的关键类，其中一个重要组成部分就是定义了资源的访问方式。这种把全部资源都抽象成一个接口的方式很值得在之后的设计中拿来学习。下面就重要看一下这个部分在 Spring 的做用。

下图是 Resource 相关的类结构图：

 

从上图能够看出 Resource 接口封装了各类可能的资源类型，也就是对使用者来讲屏蔽了文件类型的不一样。对资源的提供者来讲，如何把资源包装起来交给其余人用这也是一个问题，咱们看到 Resource 接口继承了 InputStreamSource 接口，这个接口中有个 getInputStream 方法，返回的是 InputStream 类。这样全部的资源都被能够经过 InputStream 这个类来获取，因此也屏蔽了资源的提供者。另外还有一个问题就是加载资源的问题，也就是资源的加载者要统一，从上图中能够看出这个任务是由 ResourceLoader 接口完成，他屏蔽了全部的资源加载者的差别，只须要实现这个接口就能够加载全部的资源，他的默认实现是 DefaultResourceLoader。

下面看一下 Context 和 Resource 是如何创建关系的？首先看一下他们的类关系图：

 

从上图能够看出，Context 是把资源的加载、解析和描述工做委托给了 ResourcePatternResolver 类来完成，他至关于一个接头人，他把资源的加载、解析和资源的定义整合在一块儿便于其余组件使用。Core 组件中还有不少相似的方式。

Ioc 容器如何工做

前面介绍了 Core 组件、Bean 组件和 Context 组件的结构与相互关系，下面这里从使用者角度看一下他们是如何运行的，以及咱们如何让 Spring 完成各类功能，Spring 到底能有那些功能，这些功能是如何得来的，下面介绍。

如何建立 BeanFactory 工厂

正如图 2 描述的那样，Ioc 容器实际上就是 Context 组件结合其余两个组件共同构建了一个 Bean 关系网，如何构建这个关系网？构建的入口就在 AbstractApplicationContext 类的 refresh 方法中。这个方法的代码以下：

清单 1. AbstractApplicationContext.refresh

 

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
        // Prepare this context for refreshing.
        prepareRefresh();
        // Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
        // Prepare the bean factory for use in this context.
        prepareBeanFactory(beanFactory);
        try {
            // Allows post-processing of the bean factory in context subclasses.
            postProcessBeanFactory(beanFactory);
            // Invoke factory processors registered as beans in the context.
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
            // Register bean processors that intercept bean creation.
            registerBeanPostProcessors(beanFactory);
            // Initialize message source for this context.
            initMessageSource();
            // Initialize event multicaster for this context.
            initApplicationEventMulticaster();
            // Initialize other special beans in specific context subclasses.
            onRefresh();
            // Check for listener beans and register them.
            registerListeners();
            // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
            finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
            // Last step: publish corresponding event.
            finishRefresh();
        }
        catch (BeansException ex) {
            // Destroy already created singletons to avoid dangling resources.
            destroyBeans();
            // Reset 'active' flag.
            cancelRefresh(ex);
            // Propagate exception to caller.
            throw ex;
        }
    }
}

这个方法就是构建整个 Ioc 容器过程的完整的代码，了解了里面的每一行代码基本上就了解大部分 Spring 的原理和功能了。

这段代码主要包含这样几个步骤：

• 构建 BeanFactory，以便于产生所需的”演员”
• 注册可能感兴趣的事件
• 建立 Bean 实例对象
• 触发被监听的事件

下面就结合代码分析这几个过程。

第二三句就是在建立和配置 BeanFactory。这里是 refresh 也就是刷新配置，前面介绍了 Context 有可更新的子类，这里正是实现这个功能，当 BeanFactory 已存在是就更新，若是没有就新建立。下面是更新 BeanFactory 的方法代码：

清单 2. AbstractRefreshableApplicationContext. refreshBeanFactory

protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException {
    if (hasBeanFactory()) {
        destroyBeans();
        closeBeanFactory();
    }
    try {
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();
        beanFactory.setSerializationId(getId());
        customizeBeanFactory(beanFactory);
        loadBeanDefinitions(beanFactory);
        synchronized (this.beanFactoryMonitor) {
            this.beanFactory = beanFactory;
        }
    }
    catch (IOException ex) {
        throw new ApplicationContextException(
            "I/O error parsing bean definition source for "
            + getDisplayName(), ex);
    }
}

这个方法实现了 AbstractApplicationContext 的抽象方法 refreshBeanFactory，这段代码清楚的说明了 BeanFactory 的建立过程。注意 BeanFactory 对象的类型的变化，前面介绍了他有不少子类，在什么状况下使用不一样的子类这很是关键。BeanFactory 的原始对象是 DefaultListableBeanFactory，这个很是关键，由于他设计到后面对这个对象的多种操做，下面看一下这个类的继承层次类图：

 

从这个图中发现除了 BeanFactory 相关的类外，还发现了与 Bean 的 register 相关。这在 refreshBeanFactory 方法中有一行 loadBeanDefinitions(beanFactory) 将找到答案，这个方法将开始加载、解析 Bean 的定义，也就是把用户定义的数据结构转化为 Ioc 容器中的特定数据结构。

建立好 BeanFactory 后，接下去添加一些 Spring 自己须要的一些工具类，这个操做在 AbstractApplicationContext 的 prepareBeanFactory 方法完成。

AbstractApplicationContext 中接下来的三行代码对 Spring 的功能扩展性起了相当重要的做用。前两行主要是让你如今能够对已经构建的 BeanFactory 的配置作修改，后面一行就是让你能够对之后再建立 Bean 的实例对象时添加一些自定义的操做。因此他们都是扩展了 Spring 的功能，因此咱们要学习使用 Spring 必须对这一部分搞清楚。

其中在 invokeBeanFactoryPostProcessors 方法中主要是获取实现 BeanFactoryPostProcessor 接口的子类。并执行它的 postProcessBeanFactory 方法，这个方法的声明以下：

BeanFactoryPostProcessor.postProcessBeanFactory

void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory)
    throws BeansException;

它的参数是 beanFactory，说明能够对 beanFactory 作修改，这里注意这个 beanFactory 是 ConfigurableListableBeanFactory 类型的，这也印证了前面介绍的不一样 BeanFactory 所使用的场合不一样，这里只能是可配置的 BeanFactory，防止一些数据被用户随意修改。

registerBeanPostProcessors 方法也是能够获取用户定义的实现了 BeanPostProcessor 接口的子类，并执行把它们注册到 BeanFactory 对象中的 beanPostProcessors 变量中。BeanPostProcessor 中声明了两个方法：postProcessBeforeInitialization、postProcessAfterInitialization 分别用于在 Bean 对象初始化时执行。能够执行用户自定义的操做。

后面的几行代码是初始化监听事件和对系统的其余监听者的注册，监听者必须是 ApplicationListener 的子类。

如何建立 Bean 实例并构建 Bean 的关系网

下面就是 Bean 的实例化代码，是从 finishBeanFactoryInitialization 方法开始的。

AbstractApplicationContext.finishBeanFactoryInitialization

protected void finishBeanFactoryInitialization(
    ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {

    // Stop using the temporary ClassLoader for type matching.
    beanFactory.setTempClassLoader(null);

    // Allow for caching all bean definition metadata, not expecting further changes.
    beanFactory.freezeConfiguration();

    // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
    beanFactory.preInstantiateSingletons();
}

从上面代码中能够发现 Bean 的实例化是在 BeanFactory 中发生的。preInstantiateSingletons 方法的代码以下：

DefaultListableBeanFactory.preInstantiateSingletons

public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
    if (this.logger.isInfoEnabled()) {
        this.logger.info("Pre-instantiating singletons in " + this);
    }
    synchronized (this.beanDefinitionMap) {
        for (String beanName : this.beanDefinitionNames) {
            RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
            if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton()
                && !bd.isLazyInit()) {
                if (isFactoryBean(beanName)) {
                    final FactoryBean factory =
                        (FactoryBean) getBean(FACTORY_BEAN_PREFIX+ beanName);
                    boolean isEagerInit;
                    if (System.getSecurityManager() != null
                        && factory instanceof SmartFactoryBean) {
                        isEagerInit = AccessController.doPrivileged(
                            new PrivilegedAction<Boolean>() {
                            public Boolean run() {
                                return ((SmartFactoryBean) factory).isEagerInit();
                            }
                        }, getAccessControlContext());
                    }
                    else {
                        isEagerInit = factory instanceof SmartFactoryBean
                            && ((SmartFactoryBean) factory).isEagerInit();
                    }
                    if (isEagerInit) {
                        getBean(beanName);
                    }
                }
                else {
                    getBean(beanName);
                }
            }
        }
    }
}

这里出现了一个很是重要的 Bean —— FactoryBean，能够说 Spring 一大半的扩展的功能都与这个 Bean 有关，这是个特殊的 Bean 是一个工厂 Bean，能够产生 Bean 的 Bean，这里的产生 Bean 是指 Bean 的实例，若是一个类继承 FactoryBean 用户只要实现他的 getObject 方法，就能够本身定义产生实例对象的方法。然而在 Spring 内部这个 Bean 的实例对象是 FactoryBean，经过调用这个对象的 getObject 方法就能获取用户自定义产生的对象，从而为 Spring 提供了很好的扩展性。Spring 获取 FactoryBean 自己的对象是在前面加上 & 来完成的。

如何建立 Bean 的实例对象以及如何构建 Bean 实例对象之间的关联关系式 Spring 中的一个核心关键，下面是这个过程的流程图。

若是是普通的 Bean 就直接建立他的实例，是经过调用 getBean 方法

Ioc 容器的扩展点

如今还有一个问题就是如何让这些 Bean 对象有必定的扩展性，就是能够加入用户的一些操做。那么有哪些扩展点呢？ Spring 又是如何调用到这些扩展点的？

对 Spring 的 Ioc 容器来讲，主要有这么几个。BeanFactoryPostProcessor， BeanPostProcessor。他们分别是在构建 BeanFactory 和构建 Bean 对象时调用。还有就是 InitializingBean 和 DisposableBean， 他们分别是在 Bean 实例建立和销毁时被调用。用户能够实现这些接口中定义的方法，Spring 就会在适当的时候调用他们。还有一个是 FactoryBean 他是个特殊的 Bean，这个 Bean 能够被用户更多的控制。

这些扩展点一般也是咱们使用 Spring 来完成咱们特定任务的地方，如何精通 Spring 就看你有没有掌握好 Spring 有哪些扩展点，而且如何使用他们，要知道如何使用他们就必须了解他们内在的机理。能够用下面一个比喻来解释。

咱们把 Ioc 容器比做一个箱子，这个箱子里有若干个球的模子，能够用这些模子来造不少种不一样的球，还有一个造这些球模的机器，这个机器能够产生球模。那么他们的对应关系就是：BeanFactory 是那个造球模的机器，球模就是 Bean，而球模造出来的球就是 Bean 的实例。那前面所说的几个扩展点又在什么地方呢？ BeanFactoryPostProcessor 对应到当造球模被造出来时，你将有机会能够对其作出适当的修正，也就是他能够帮你修改球模。而 InitializingBean 和 DisposableBean 是在球模造球的开始和结束阶段，你能够完成一些预备和扫尾工做。BeanPostProcessor 就可让你对球模造出来的球作出适当的修正。最后还有一个 FactoryBean，它但是一个神奇的球模。这个球模不是预先就定型了，而是由你来给他肯定它的形状，既然你能够肯定这个球模型的形状，固然他造出来的球确定就是你想要的球了，这样在这个箱子里你能够发现全部你想要的球。

Ioc 容器如何为我所用

前面的介绍了 Spring 容器的构建过程，那 Spring 能为咱们作什么，Spring 的 Ioc 容器又能作什么呢？咱们使用 Spring 必需要首先构建 Ioc 容器，没有它 Spring 没法工做，ApplicatonContext.xml 就是 Ioc 容器的默认配置文件，Spring 的全部特性功能都是基于这个 Ioc 容器工做的，好比后面要介绍的 AOP。

Ioc 它实际上就是为你构建了一个魔方，Spring 为你搭好了骨骼架构，这个魔方到底能变出什么好的东西出来，这必需要有你的参与。那咱们怎么参与？这就是前面说的要了解 Spring 中有哪些扩展点，咱们经过实现那些扩展点来改变 Spring 的通用行为。至于如何实现扩展点来获得咱们想要的个性结果，Spring 中有不少例子，其中 AOP 的实现就是 Spring 自己实现了其扩展点来达到了它想要的特性功能，能够拿来参考。