Spring（三）核心容器 - ApplicationContext 上下文启动准备

前言

前面介绍了 Spring 容器的概念，其核心可归纳为两个类： BeanFactory 和 ApplicationContext，ApplicationContext 继承自 BeanFactory ，其不仅包含 BeanFactory 所有功能，还扩展了容器功能。之后介绍了在 SSM 时期和 SpringBoot 时期如何启动 ApplicationContext 。在结尾处，我们指出，ApplicationContext 核心其实是 refresh 方法，容器一系列功能都在该方法中实现，如：注册 Bean、注入 Bean 等。

在 refresh 方法中，实现容器核心功能前，先进行了一系列环境准备工作，我们以 SpringBoot 为当前运行环境，深入讨论这部分内容。

注：本篇文章使用的 SpringBoot 版本为 2.0.3.RELEASE，其 Spring 版本为 5.0.7.RELEASE

正文

refresh 方法定义在 ConfigurableApplicationContext 接口中，被 AbstractApplicationContext 抽象类实现，该方法由十几个子方法组成，这些子方法各司其职，但部分子方法被 AbstractApplicationContext 的子类进行扩展，来增强功能。其中，前四个子方法主要进行上下文准备工作。

第一步：prepareRefresh

我们先从 refresh 中的 prepareRefresh 方法开始讨论：

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
        // 初始化上下文环境，就是记录下容器的启动时间、活动状态等
        prepareRefresh();

        ...
    }
}

该方法被继承 AbstractApplicationContext 抽象类的子类进行扩展，扩展该方法的子类有：

因本次演示的环境是 SpringBoot ，前面我们讲过，SpringBoot 会根据当前 Web 应用类型创建不同的上下文对象 ，如 Servlet Web、Reactive Web 等。这里演示的是 Servlet Web 应用，所以创建的上下文对象是 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext 。该类的 prepareRefresh 方法会被执行：

public class AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext
        extends ServletWebServerApplicationContext implements AnnotationConfigRegistry {

    ...
    
    @Override
    protected void prepareRefresh() {
    
        // 清除 Class 的元数据缓存。底层用 Map 保存元数据，执行 Map 的 clear 方法
        this.scanner.clearCache();
        
        // 调用父类，也就是 AbstractApplicationContext 的 prepareRefresh 方法
        super.prepareRefresh();
    }
    ...        
}

public abstract class AbstractApplicationContext {
    
    ...
    
    private long startupDate;
    
    private final AtomicBoolean active = new AtomicBoolean();

    private final AtomicBoolean closed = new AtomicBoolean();

    private Set<ApplicationEvent> earlyApplicationEvents;

    ...

    protected void prepareRefresh() {
        
        // 记录此上下文开始时的系统时间（以毫秒为单位）
        this.startupDate = System.currentTimeMillis();
        
        // 记录此上下文是否已关闭，这里设置为未关闭
        this.closed.set(false);
        
        // 记录此上下文是否处于活动状态，这里设置为活动状态
        this.active.set(true);
    
        if (logger.isInfoEnabled()) {
            logger.info("Refreshing " + this);
        }
    
        // 这也是交由子类扩展的方法。具体子类为 GenericWebApplicationContext，主要是初始化属性源，
        // 将 ServletContext 和 ServletConfig 属性配置添加到 Environment 环境上下文中
        initPropertySources();
    
        // 校验 Environment 中那些必备的属性配置是否存在，不存在则抛异常。
        getEnvironment().validateRequiredProperties();
    
        // 创建 ApplicationEvent 事件集合
        this.earlyApplicationEvents = new LinkedHashSet<>();
    }

}

refresh 中的 prepareRefresh 方法执行结束，主要是记录容器的启动时间、活动状态、检查必备属性是否存在。其中，关于 Environment 环境配置，在前面 SpringBoot 系列文章中有详细讨论，感兴趣的同学可自行翻阅。

第二步：obtainFreshBeanFactory

接着进入 refresh 中的 obtainFreshBeanFactory 方法

public abstract class AbstractApplicationContext {
    
    ...
    
    public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
        synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
            
            ...
            
            ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
    
            ...
        }
    }
    ...
    
    protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory() {
        // 该方法也是由子类扩展，其子类有 AbstractRefreshableApplicationContext 和 GenericApplicationContext，
        // 因当前是 Servlet Web 应用，所以执行的是 GenericApplicationContext 中的 refreshBeanFactory 方法。
        // 该方法主要设置 BeanFactory 的 serializationId 属性值，也就是序列化id
        refreshBeanFactory();
        
        // 通过 getBeanFactory 返回 BeanFactory 对象。同样也是由子类扩展，调用的是 GenericApplicationContext 类中的 getBeanFactory 方法。
        // 返回的是 DefaultListableBeanFactory 。
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug("Bean factory for " + getDisplayName() + ": " + beanFactory);
        }
        return beanFactory;
    }
    
    ...
}

obtainFreshBeanFactory 方法很简单，但如果当前是非 Servlet Web 应用，执行的就是 AbstractRefreshableApplicationContext 中的 refreshBeanFactory 方法，那可就复杂多了，这里就不展开讨论。之后，该方法还返回了 BeanFactory 对象，从这也可以看出 ApplicationContext 底层是以 BeanFactory 为基础，逐步扩展 Spring 容器功能。

第三步：prepareBeanFactory

接着进入 refresh 中的 prepareBeanFactory 方法。prepareBeanFactory 方法主要是对 BeanFactory 做一些配置，包含各种类加载器、需要忽略的依赖以及后置处理器、解析器等，

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
            
        ...
        
        prepareBeanFactory(beanFactory);
        ...    
    }
    ...
}

protected void prepareBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
    // 设置类加载器
    beanFactory.setBeanClassLoader(getClassLoader());
    // 设置表达式解析器，主要用来解析 EL 表达式； Bean 初始化完成后填充属性时会用到
    beanFactory.setBeanExpressionResolver(new StandardBeanExpressionResolver(beanFactory.getBeanClassLoader()));
    // 设置属性注册解析器，主要用来解析 Bean 中的各种属性类型，如 String、int 等
    beanFactory.addPropertyEditorRegistrar(new ResourceEditorRegistrar(this, getEnvironment()));
    // 添加一个后置处理器：ApplicationContextAwareProcessor。
    // 该后置处理器用于向实现了 Aware 系列接口的 bean 设置相应属性。
    // （后置处理器和 Aware 接口也是比较核心的概念，后面会有文章详细讨论）
    beanFactory.addBeanPostProcessor(new ApplicationContextAwareProcessor(this));
    
    // 以下接口，在自动注入时会被忽略，其都是 Aware 系列接口
    beanFactory.ignoreDependencyInterface(EnvironmentAware.class);
    beanFactory.ignoreDependencyInterface(EmbeddedValueResolverAware.class);
    beanFactory.ignoreDependencyInterface(ResourceLoaderAware.class);
    beanFactory.ignoreDependencyInterface(ApplicationEventPublisherAware.class);
    beanFactory.ignoreDependencyInterface(MessageSourceAware.class);
    beanFactory.ignoreDependencyInterface(ApplicationContextAware.class);

    // 当以下特殊的 Bean 需自动注入时，指定其注入的类型 。
    // 如：注入 BeanFactory 时，注入的类型对象为 ConfigurableListableBeanFactory 。
    beanFactory.registerResolvableDependency(BeanFactory.class, beanFactory);
    beanFactory.registerResolvableDependency(ResourceLoader.class, this);
    beanFactory.registerResolvableDependency(ApplicationEventPublisher.class, this);
    beanFactory.registerResolvableDependency(ApplicationContext.class, this);

    // 添加 ApplicationListenerDetector 后置处理器。
    // 该后置处理器用来检测那些实现了 ApplicationListener 接口的 bean，并将其添加到应用上下文的事件广播器上。
    beanFactory.addBeanPostProcessor(new ApplicationListenerDetector(this));

    // 判断容器中是否存在 loadTimeWeaver Bean，如果存在则上下文使用临时的 ClassLoader 进行类型匹配。
    // 集成 AspectJ 时会用到 loadTimeWeaver 对象。
    if (beanFactory.containsBean(LOAD_TIME_WEAVER_BEAN_NAME)) {
        beanFactory.addBeanPostProcessor(new LoadTimeWeaverAwareProcessor(beanFactory));
        beanFactory.setTempClassLoader(new ContextTypeMatchClassLoader(beanFactory.getBeanClassLoader()));
    }

    // 注册和环境相关的 Bean，如 environment、systemProperties、systemEnvironment
    if (!beanFactory.containsLocalBean(ENVIRONMENT_BEAN_NAME)) {
        beanFactory.registerSingleton(ENVIRONMENT_BEAN_NAME, getEnvironment());
    }
    if (!beanFactory.containsLocalBean(SYSTEM_PROPERTIES_BEAN_NAME)) {
        beanFactory.registerSingleton(SYSTEM_PROPERTIES_BEAN_NAME, getEnvironment().getSystemProperties());
    }
    if (!beanFactory.containsLocalBean(SYSTEM_ENVIRONMENT_BEAN_NAME)) {
        beanFactory.registerSingleton(SYSTEM_ENVIRONMENT_BEAN_NAME, getEnvironment().getSystemEnvironment());
    }
}

在 prepareBeanFactory 方法中，主要对 BeanFactory 添加了一系列属性项，如添加忽略自动注入的接口、添加 BeanPostProcessor 后置处理器、手动注册部分特殊的 Bean及环境相关的 Bean 。

第四步：postProcessBeanFactory

postProcessBeanFactory 方法是上下文准备的最后一步，主要用来注册 Web 请求相关的处理器、Bean及配置。

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
        
        ...
        
        postProcessBeanFactory(beanFactory);
        ...   
    }
}

该方法也是由子类进行扩展，实现该方法的子类有：

前面也说过，当前是 Servlet Web 应用，所以创建的 ApplicationContext 上下文是 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext，执行该类的 postProcessBeanFactory 方法。

public class AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext
        extends ServletWebServerApplicationContext implements AnnotationConfigRegistry {

    private final AnnotatedBeanDefinitionReader reader;

    private final ClassPathBeanDefinitionScanner scanner;

    private final Set<Class<?>> annotatedClasses = new LinkedHashSet<>();

    private String[] basePackages;
    
    ...
    
    @Override
    protected void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
        // 先执行父类 ServletWebServerApplicationContext 的 postProcessBeanFactory 方法。
        // 跳转到 1 查看父类实现
        super.postProcessBeanFactory(beanFactory);
        
        // basePackages 存储的是类路径。先判断是否为 null，不为 null 则通过 ClassPathBeanDefinitionScanner 的 scan 方法
        // 扫描该路径下符合条件的 Class，并将 Class 信息包装成 BeanDefinition 注册到容器中，
        // 当然，这里没有指定扫描路径，所以不会进入这个 if。
        // （BeanDefinition 概念会在后面章节详细讨论）
        if (this.basePackages != null && this.basePackages.length > 0) {
            this.scanner.scan(this.basePackages);
        }
        
        // annotatedClasses 存储的 Class 集合。先判断该集合是否为空，不为空则通过
        // AnnotatedBeanDefinitionReader 的 register 方法将 Class 信息包装成 BeanDefinition 注册到容器中，
        // 这里同样没有设置 Class 集合内容，所以不会进入这个 if。
        if (!this.annotatedClasses.isEmpty()) {
            this.reader.register(ClassUtils.toClassArray(this.annotatedClasses));
        }
    }        
}

1、
public class ServletWebServerApplicationContext extends GenericWebApplicationContext
        implements ConfigurableWebServerApplicationContext {
    ...

    @Override
    protected void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
        // 添加 BeanPostProcessor 后置处理器：WebApplicationContextServletContextAwareProcessor，
        // 该后置处理器主要是从 ConfigurableWebApplicationContext 上下文中获取 ServletContext 和 ServletConfig 对象
        beanFactory.addBeanPostProcessor(new WebApplicationContextServletContextAwareProcessor(this));
        
        // 添加一个 忽略自动注入的接口
        beanFactory.ignoreDependencyInterface(ServletContextAware.class);
    }
    ...            
}

postProcessBeanFactory 方法执行的操作和前面类似，也是添加了后置处理器和忽略自动注入的接口。

总结

ApplicationContext 上下文准备工作基本结束，主要还是在 BeanFactory 中添加一系列后置处理器、注册特殊的 Bean 及设置忽略自动注入的接口。其中还提到了 Spring 容器的三个核心部分：Aware 系列接口、BeanPostProcessor 后置处理器、BeanDefinition ，这部分在后面的文章会逐步讨论。接下来将对 Spring 容器的核心功能展开讨论。

以上就是本章内容，如果文章中有错误或者需要补充的请及时提出，本人感激不尽。