【Spring】白话IoC及容器的初始化

IoC就是交易

IoC（Invert Of Control，控制反转）的概念其实出现的蛮早的，但是由于概念枯燥难懂所以被接受的程度一直不高，老头子灵机一动，为亲儿子Spring重新起了一个名字DI（Dependency Inject，依赖注入）后，总算有人请他出山了。

DI其实也不高端，本质就是交易，人类自从脱离刀耕火种后已经用了好几千年了，只不过因为当时软件编程还处于个人英雄主义时代，所以对其并不重视。

Bean放在IoC容器中

Spring通过ApplicationContext（应用上下文）来管理下属所有的IoC容器（Spring中称为BeanFactory），容器中堆放了所有需要管理的实例，这些实例被老头子称为Bean。容器会自动地提供用户程序所需要的实例，只要“客户”通过Spring规定的方式予以告知，其他诸如实例的生命周期、如何生产实例之类的事情全由容器代劳。

说句题外话，Bean这个名字在当时被深深地吐槽，群众们纷纷批评老头子不要B脸，居然蹭当时如日中天的企业级应用的Top解决方案JavaEE的热点，直接抄袭其命名创意。不过时光荏苒，谁能想到10年之后，Bean这个词语已然被Spring垄断。

下面进入主线：BeanFactory是怎么服务“客户”程序的？下面分为两个状态分析

第一态：BeanFactory初始化时

以不差钱企业普遍使用的Tomcat服务器 + MyBatis/iBatis+Spring+Struts/SpringMVC的Web三贱客为例，Tomcat启动时会拉起Spring的WebApplicationContext，并调用其refresh方法。也可以脱离服务器环境，直接执行new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml")，同样会调用refresh方法。

refresh中与IoC密切相关的操作共有5步，我把重要的用粗体标出来：

1. obtainFreshBeanFactory 获得新的BeanFactory
2. prepareBeanFactory 一些配置
3. invokeBeanFactoryPostProcessors 处理BeanFactory的回调
4. registerBeanPostProcessors 注册Bean的回调
5. finishBeanFactoryInitialization 初始化所有非懒加载的单例

refresh完成后，IoC容器中已经堆放了必要的实例，可以对外提供服务了。

obtainFreshBeanFactory：解析XML、Java类，并加载BeanDefinition（Bean定义）

在Web项目中，通常用户指定的Bean定义的方式通常有两种，一种是XML文件配置，另一种是注解。

• 项目中会配置若干个spring配置文件（xml格式），ApplicationContext启动时会加载并解析xml文件，以appcontext-client.xml为例，文件中自定义了一个id为shopInfoOpenService的Bean，规定了若干property（属性）的值、Bean的生成方式、Bean的初始化方法，这些都属于BeanDefinition。

   <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
   <beans xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       default-lazy-init="true"
       xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
          http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
   
       <bean id="shopInfoOpenService" class="com.dianping.dpsf.spring.ProxyBeanFactory" init-method="init">
           <property name="serviceName" value="http://service.dianping.com/orderdish/dbh/deploymanage/shopInfoOpenService_1.0.0"/>
           <property name="iface" value="com.dianping.orderdish.dbh.deploymanage.service.ShopInfoOpenService"/>
           <property name="serialize" value="hessian"/>
           <property name="callMethod" value="sync"/>
           <property name="timeout" value="5000"/>
       </bean>
   </beans>

• 注解的应用更为方便和分散。标注在类上的注解如@Service、@Component、@Controller、@Repository可以方便的标记该类的实例是单例Bean，Spring会扫描指定包名下的所有类，发现这些特定的类并载入其BeanDefinition。

  @Service
  public class QueryShopService {
      @Autowired
      private ShopInfoOpenService shopInfoOpenService;
      
      public ShopListVO queryByShop(QueryShopParam queryShopParam) throws TException {
          return null;
      }
  }

Spring解析加载的过程也分为两步：

1. 首先解析xml中默认的命名空间下的xml标签。一共有4种：<bean>、<beans>、<import>、<alias>
2. 接着解析xml中自定义的命名空间下的xml标签。其他所有的标签都在这儿处理，包括对被@Component注解的类的扫描，对被@Autowired注解的成员变量的预处理，下面具体分析一下这个步骤是在什么时候触发的，靠什么机制触发的？

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
    xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
    http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-2.5.xsd
    http://www.springframework.org/schema/context
    http://www.springframework.org/schema/context/spring-context-2.5.xsd">

    <context:component-scan base-package="com.dianping"/>
    <context:annotation-config/>
</beans>

整个动作由xml中的这两个标签触发：<context:component-scan>和<context:annotation-config/>。在Spring解析自定义命名空间的标签之前，会通过一系列的NamespaceHandler注册相关的BeanDefinitionParser，比如ContextNamespaceHandler就负责注册<context>标签下的所有解析器。<context:component-scan>就由ComponentScanBeanDefinitionParser负责解析，并委托ClassPathBeanDefinitionScanner发现并返回指定包名下所有被@Component标注的BeanDefinition。<context:annotation-config/>由AnnotationConfigBeanDefinitionParser负责解析，并委托静态方法AnnotationConfigUtils.registerAnnotationConfigProcessors返回@Autowired、@Required等注解的BeanPostProcessor处理器，最后统一注册到容器中。

BeanPostProcessor是一种插件机制，允许用户在Bean的生命周期的各个阶段插入一些自己的操作，甚至改变容器原有的行为。举个例子，用户可以在Bean初始化之前、之后插入自己的行为。

finishBeanFactoryInitialization：初始化非懒加载的Bean单例

该方法遍历容器中所有的BeanDefinition，调用getBean方法获得Bean实例，如果上级容器找不到Bean实例的话，会先生成被当前Bean直接依赖（depends-on）的其他Bean实例，最后调用createBean方法，完成单个Bean的初始化。整个初始化过程分为4步：

1. Bean的实例化。Java中常见的实例化方法有new ClassA()、new ClassA(args...)，Spring中的分类略有不同，除了上面的有参构造器和无参构造器，还引入了工厂模式的FactoryBean，即用FactoryBean工厂生成产品Bean的实例。还记得上面名为shopInfoOpenService的Bean吗，这就是FactoryBean的典型使用方式。容器会按照FactoryBean、有参构造器、无参构造器的优先顺序尝试生成Bean实例。
2. 为Bean实例注入属性。需要注入的属性定义来自xml中的property标签，有两种典型用法：<property name="" value="">或者<property name="" ref="">，前者注入一个基本类型值，后者注入一个Bean实例。这里有一个问题，即如何识别ref字段的值并将其对应到容器中唯一一个Bean实例。Spring提供了两种方案，第一种是按照ref的name，可以唯一匹配或者匹配不到Bean；第二种是按照ref的type，由于存在类型的转化与继承，因此可能存在多个符合的Bean，容器按照一定的规则选出最符合的Bean。如果BeanDefinitin中有实现了InstantiationAwareBeanPostProcessor接口的BeanPostProcessor，也会遍历执行其postProcessPropertyValues方法。被@Autowired标记的成员变量的值注入就是通过AutowiredAnnotationBeanPostProcessor实现的。可以看出BeanPostProcessor是一个非常强大的插件机制，不光用户可以使用，容器本身也大量应用该机制来优雅的扩展自己的功能。
3. 对Bean实例执行init-method。用户自定义方法，可以执行在前两个阶段无法做出的初始化动作。
4. 为Bean实例注册destroy-method。用户自定义方法，容器会在该Bean实例被销毁前执行该方法。

第二态：BeanFactory初始化完成后

在第一态中容器生成了所有非懒加载的单例。
单例（singleton）是容器规定的一种scope（作用域），即Bean在整个容器中保持为唯一。Spring还定义了其他scope：prototype（原型、多例，每次getBean都会重新生成其实例）、request（在WebApplicationContext中有效，只在单个HTTP Request内保持单例）、session（同request，作用于扩大到HTTP Session），用户也可以定义自己的scope。

被定义为懒加载的Bean只有在被用户真正使用到时才会被初始化，在第一态时只是在容器中生成了一个负责真正初始化Bean的代理Bean，用户有2种方式来定义一个懒加载的Bean。第一种通过xml，<bean lazy-init="false" />或者<beans default-lazy-init="true">，前者作用于单个Bean，后者作用于多个Bean；第二种通过注解，如在类上标注@Lazy。

在第二态中所有的Bean都只会在被“客户”实际使用到时才会实时生成其实例。

Revison

Reference