60分钟徒手撸出Spring框架:高仿版

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讲师信息

方老司
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同济大学计算机系,先后担任500强过CISCO开发、中金所开发、有渔学堂技术合伙人,RabbitMQ中文rabbitmq.org.cn联合发起人,现专职云原生服务的研究

内容简介

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一 讲座简介

在上一篇《60分钟徒手撸出Spring框架:经典版》中,我们已经能够使用纯jdk模拟出Spring IOC最重要的三个过程了,bean->注册并载入bean->注入bean。 而在本节课豪华版中我们将按照Spring的设计模式、构建步骤模仿Spring封装出一个小型Spring : tiny-spring

tiny-spring相当于一个简化的Spring, 从原生Spring庞杂的体系的抽象出了最核心的功能,帮助你去理解Spring的精髓,而不被其细枝末节所困扰。

内容大纲

  1. 仿造Spring bean加载流程
  2. 模板模式构建BeanFactory
  3. 代理模式构建ApplicationContext
  4. 如何思考软件架构

面向人群
初、中级后端开发

目标
更好的掌握Spring的原理,理解如何运用基本的设计模式

二 tiny-spring简介

tiny-spring是模拟Spring的一个简单的框架,主要包含如下设计模式:

模板方法模式

该模式大量使用,例如在 BeanFactory 中,把 getBean() 交给子类实现,不同的子类 BeanFactory 对其可以采取不同的实现。

代理模式

在tiny-spring 中,ApplicationContext继承了BeanFactory接口,具备了 getBean() 功能,但是又内置了一个BeanFactory实例,getBean()直接调用 BeanFactory的 getBean() 。但是ApplicationContext 加强了 BeanFactory,它把类定义的加载也包含进去了。

策略模式

生成代理对象时,可以使用 JDK 的动态代理和 Cglib 的动态代理,对于不同的需求可以委托给不同的类实现

三 tiny-spring IOC构建流程

(节选之tiny-spring的changelog.md)

1.step1-最基本的容器

IoC最基本的角色有两个:容器(BeanFactory)和Bean本身。这里使用BeanDefinition来封装了bean对象,这样可以保存一些额外的元信息。测试代码:

// 1.初始化beanfactory
BeanFactory beanFactory = new BeanFactory();

// 2.注入bean
BeanDefinition beanDefinition = new BeanDefinition(new HelloWorldService());
beanFactory.registerBeanDefinition("helloWorldService", beanDefinition);

// 3.获取bean
HelloWorldService helloWorldService = (HelloWorldService) beanFactory.getBean("helloWorldService");
helloWorldService.helloWorld();

2.step2-将bean创建放入工厂

step1中的bean是初始化好之后再set进去的,实际使用中,我们希望容器来管理bean的创建。于是我们将bean的初始化放入BeanFactory中。为了保证扩展性,我们使用Extract Interface的方法,将BeanFactory替换成接口,而使用AbstractBeanFactoryAutowireCapableBeanFactory作为其实现。"AutowireCapable"的意思是“可自动装配的”,为我们后面注入属性做准备。

 // 1.初始化beanfactory
BeanFactory beanFactory = new AutowireCapableBeanFactory();

// 2.注入bean
BeanDefinition beanDefinition = new BeanDefinition();
beanDefinition.setBeanClassName("us.codecraft.tinyioc.HelloWorldService");
beanFactory.registerBeanDefinition("helloWorldService", beanDefinition);

// 3.获取bean
HelloWorldService helloWorldService = (HelloWorldService) beanFactory.getBean("helloWorldService");
helloWorldService.helloWorld();

3.step3-为bean注入属性

这一步,我们想要为bean注入属性。我们选择将属性注入信息保存成PropertyValue对象,并且保存到BeanDefinition中。这样在初始化bean的时候,我们就可以根据PropertyValue来进行bean属性的注入。Spring本身使用了setter来进行注入,这里为了代码简洁,我们使用Field的形式来注入。

// 1.初始化beanfactory
BeanFactory beanFactory = new AutowireCapableBeanFactory();

// 2.bean定义
BeanDefinition beanDefinition = new BeanDefinition();
beanDefinition.setBeanClassName("us.codecraft.tinyioc.HelloWorldService");

// 3.设置属性
PropertyValues propertyValues = new PropertyValues();
propertyValues.addPropertyValue(new PropertyValue("text", "Hello World!"));
beanDefinition.setPropertyValues(propertyValues);

// 4.生成bean
beanFactory.registerBeanDefinition("helloWorldService", beanDefinition);

// 5.获取bean
HelloWorldService helloWorldService = (HelloWorldService) beanFactory.getBean("helloWorldService");
helloWorldService.helloWorld();

4.step4-读取xml配置来初始化bean

这么大一坨初始化代码让人心烦。这里的BeanDefinition只是一些配置,我们还是用xml来初始化吧。我们定义了BeanDefinitionReader初始化bean,它有一个实现是XmlBeanDefinitionReader

// 1.读取配置
XmlBeanDefinitionReader xmlBeanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReader(new ResourceLoader());
xmlBeanDefinitionReader.loadBeanDefinitions("tinyioc.xml");

// 2.初始化BeanFactory并注册bean
BeanFactory beanFactory = new AutowireCapableBeanFactory();
for (Map.Entry<String, BeanDefinition> beanDefinitionEntry : xmlBeanDefinitionReader.getRegistry().entrySet()) {
        beanFactory.registerBeanDefinition(beanDefinitionEntry.getKey(), beanDefinitionEntry.getValue());
}

// 3.获取bean
HelloWorldService helloWorldService = (HelloWorldService) beanFactory.getBean("helloWorldService");
helloWorldService.helloWorld();

5.step5-为bean注入bean

使用xml配置之后,似乎里我们熟知的Spring更近了一步!但是现在有一个大问题没有解决:我们无法处理bean之间的依赖,无法将bean注入到bean中,所以它无法称之为完整的IoC容器!如何实现呢?我们定义一个BeanReference,来表示这个属性是对另一个bean的引用。这个在读取xml的时候初始化,并在初始化bean的时候,进行解析和真实bean的注入。

for (PropertyValue propertyValue : mbd.getPropertyValues().getPropertyValues()) {
    Field declaredField = bean.getClass().getDeclaredField(propertyValue.getName());
    declaredField.setAccessible(true);
    Object value = propertyValue.getValue();
    if (value instanceof BeanReference) {
        BeanReference beanReference = (BeanReference) value;
        value = getBean(beanReference.getName());
    }
    declaredField.set(bean, value);
}

同时为了解决循环依赖的问题,我们使用lazy-init的方式,将createBean的事情放到getBean的时候才执行,是不是一下子方便很多?这样在注入bean的时候,如果该属性对应的bean找不到,那么就先创建!因为总是先创建后注入,所以不会存在两个循环依赖的bean创建死锁的问题。

// 1.读取配置
XmlBeanDefinitionReader xmlBeanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReader(new ResourceLoader());
xmlBeanDefinitionReader.loadBeanDefinitions("tinyioc.xml");

// 2.初始化BeanFactory并注册bean
AbstractBeanFactory beanFactory = new AutowireCapableBeanFactory();
for (Map.Entry<String, BeanDefinition> beanDefinitionEntry : xmlBeanDefinitionReader.getRegistry().entrySet()) {
    beanFactory.registerBeanDefinition(beanDefinitionEntry.getKey(), beanDefinitionEntry.getValue());
}

// 3.初始化bean
beanFactory.preInstantiateSingletons();

// 4.获取bean
HelloWorldService helloWorldService = (HelloWorldService) beanFactory.getBean("helloWorldService");
helloWorldService.helloWorld();

6.step6-ApplicationContext登场

现在BeanFactory的功能齐全了,但是使用起来有点麻烦。于是我们引入熟悉的ApplicationContext接口,并在AbstractApplicationContextrefresh()方法中进行bean的初始化工作。

ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("tinyioc.xml");
HelloWorldService helloWorldService = (HelloWorldService) applicationContext.getBean("helloWorldService");
helloWorldService.helloWorld();

是不是非常熟悉?至此为止,我们的tiny-spring的IoC部分可说完工了。这部分的类、方法命名和作用,都是对应Spring中相应的组件。虽然代码量只有400多行,但是已经有了基本的IoC功能!

四 tiny-spring的核心类

4.1 Resource家族

Resource以及继承它的几个类,用于IOC的类定位,也就是:配置文件从哪读、如何读。

Resource接口

标识一个外部资源。定义getInputStream()方法来获取资源的输入流。

UrlResource

实现 Resource 接口的资源类,通过 URL 获取资源。

ResourceLoader

资源加载类。通过 getResource(String)方法获取一个Resouce对象,是获取Resouce的主要途径。

4.2 BeanDefinition家族

BeanDefinition为核心的几个类,是用来定义Bean:名字是什么、类型是什么、属性赋予了哪些值或者引用,使得IoC容器可以根据这个定义来生成实例。

BeanDefinition

该类保存了Bean定义,包括,名字(String beanClassName)、类型(Class beanClass)、属性(PropertyValues propertyValues)。根据其类型可以生成一个类实例,然后可以把属性 注入进去。

BeanDefinitionReader

解析BeanDefinition的接口。通过loadBeanDefinitions(String)从一个地址加载类定义。

AbstractBeanDefinitionReader

实现 BeanDefinitionReader 接口的抽象类(未具体实现 loadBeanDefinitions,而是规范了 BeanDefinitionReader 的基本结构)。内置一个 HashMap rigistry,用于保存 String - beanDefinition 的键值对。内置一个 ResourceLoader resourceLoader,用于保存类加载器。使用时,只需要向其 loadBeanDefinitions() 传入一个资源地址,就可以自动调用其类加载器,并把解析到的 BeanDefinition 保存到 registry 中去。

XmlBeanDefinitionReader

具体实现了loadBeanDefinitions()方法,并从XML文件中读取类定义。

4.3 BeanFactory家族

以BeanFactory为核心的类,用于IoC容器在已经获取Bean时,对Bean实例的装配、获取。

BeanFactory

接口,标识一个 IoC 容器。通过 getBean(String) 方法来获取一个对象

AbstractBeanFactory

BeanFactory 的一种抽象类实现,规范了 IoC 容器的基本结构,但是把生成 Bean 的具体实现方式留给子类实现。

同时维护一个 beanDefinitionMap 哈希表用于保存类的定义信息(BeanDefinition)。获取 Bean 时,如果 Bean 已经存在于容器中,则返回之,否则则调用 doCreateBean 方法装配一个 Bean。

AutowireCapableBeanFactory

实现了 doCreateBean 方法,该方法分三步:1 通过 BeanDefinition 中保存的类信息实例化一个对象;2 把对象保存在 BeanDefinition 中,以备下次获取;3 为其装配属性。

4.4 ApplicationContext家族

以ApplicationContext 接口为核心的类,主要是对前面 Resouce、BeanFactoryBeanDefinition 进行了功能的封装,解决 根据地址获取 IoC 容器并使用的问题。

ApplicationContext

标记接口,继承了 BeanFactory。通常,要实现一个 IoC 容器时,需要先通过 ResourceLoader 获取一个 Resource,其中包括了容器的配置、Bean 的定义信息。接着,使用 BeanDefinitionReader 读取该 Resource 中的 BeanDefinition 信息。最后,把 BeanDefinition 保存在 BeanFactory 中,容器配置完毕可以使用。

注意到 BeanFactory只实现了Bean的装配、获取,并未说明Bean的来源 也就是 BeanDefinition是如何加载的。该接口把 BeanFactory 和 BeanDefinitionReader 结合在了一起。

AbstractApplicationContext

ApplicationContext的抽象实现,内部包含一个BeanFactory类。主要方法有 getBean() 和 refresh() 方法。getBean() 直接调用了内置 BeanFactory 的 getBean() 方法,refresh() 则用于实现 BeanFactory 的刷新,也就是告诉 BeanFactory 该使用哪个资源(Resource)加载类定义(BeanDefinition)信息,该方法留给子类实现,用以实现 从不同来源的不同类型的资源加载类定义 的效果

ClassPathXmlApplicationContext

从类路径加载资源的具体实现类。内部通过 XmlBeanDefinitionReader 解析 UrlResourceLoader 读取到的 Resource,获取 BeanDefinition 信息,然后将其保存到内置的 BeanFactory 中。

五 总结

在上一篇《60分钟徒手撸出Spring框架:经典版》中,已建议大家不要直接阅读Spring源码,因为其过于庞杂,会把你带入迷魂阵中。而本课程拆分出Spring最核心的功能,帮助你理解Spring的精髓之所在


4 条评价

想入的是非非 · 7月17日

BeanDefinition里面的属性bean 有啥意义么 beanClass就可以实例化了,不明白为什么多了一个属性bean

  • +1
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优惠啦 · 4月9日

我不是说理论听不懂,而是老师讲课磕巴,就像信号不好似的,听起来难受。希望老师在语言表达这方面尽量改进

  • +1
  • 1 回复
方老司讲师 · 4月9日

谢谢,逐渐进步中

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楼主 · 3月8日
  • +2
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陶聪聪 · 3月8日
  • +2
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