零基础带你看Spring源码——IOC控制反转

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本章开始来学习下Spring的源码，看看Spring框架最核心、最常用的功能是怎么实现的。
网上介绍Spring，说源码的文章，大多数都是生搬硬推，都是直接看来的观点换个描述就放出来。这并不能说有问题，但没有从一个很好的、容易切入的角度去了解学习。博主来尝试抛弃一些所知，从使用上入手，步步回溯源码去了解学习。

很多人会混乱IOC和DI的两个概念，其实这两者是层面的不同。
具体的区别的区别：IOC是DI的原理。依赖注入是向某个类或方法注入一个值，其中所用到的原理就是控制反转。
所以说到操作层面的时候用DI，原理层的是说IOC，下文亦同。

对于DI最新使用方法，现在都是建议用Java注解去标识。但是相信笔者，不要用这种方式去看源码。笔者本来是想从Java注解入手去一步步看源码，debug看看发生什么了。但发现更多时间是在调SpringBoot和AOP的源码。在看了一天后，还是换一种思路吧，因为AOP是打算在下一章再讲的。

所以我用XML的方式，搭了一个最简单的Spring项目来学习其中IOC的源码。建议大家把代码拉下来，跟着笔者思路来一起看。
源码在此：https://github.com/Zack-Ku/spring-ioc-demo

搭建内容

maven的依赖,只添加了spring-context模板，用的是4.3.11版本（部分代码）

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 <dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework</groupId>
        <artifactId>spring-context</artifactId>
        <version>4.3.11.RELEASE</version>
    </dependency>
</dependencies>

作为Bean的Service（部分代码）

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public class TestBeanServiceImpl implements TestBeanService {
    public String getBean() {
        return "a test bean";
    }
}

配置XML（部分代码）

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<bean id="testBeanService" class="com.zack.demo.TestBeanServiceImpl"/>

启动类。只是加载了下spring的xml配置，然后从context中拿出Bean，这就是完整IOC的过程了。（部分代码）

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public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        // 加载xml配置
        ApplicationContext context =
            new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:application.xml");

        // IOC获取Bean
        TestBeanService testBeanService = context.getBean(TestBeanService.class);

        System.out.println(testBeanService.getBean());
    }
}

最后启动就能获取这个bean，看到getMessage()打印的内容了。

这样就是一个比较纯粹的Spring-IOC的项目了。我们直接从启动类开始看起

Bean的含义

前置先解释下这个Bean的含义，因为会贯穿整个流程。
通俗地讲，Bean就是IOC的容器。如上面的例子，将TestBeanService注册到Spring里，那么TestBeanService就是Spring的里面的一个Bean。Demo里面context.getBean()就是从Spring中取出这个Bean，完成控制反转的。

所以我们的重点就是要看看Spring到底是怎么生成管理这些Bean的。

ClassPathXmlApplicationContext

启动类中，加载配置的ClassPathXmlApplicationContext肯定就是完成IOC的核心。不知道它到底是怎么做的，怎么入手呢？
先来看看它的类图

先分析下这个类图，

  1. ClassPathXmlApplicationContext类是AbstractApplicationContext抽象类的子类
  2. AbstractApplicationContext类是ApplicaionContext接口的实现。
  3. ApplicaionContext接口集合了非常多的内容，其中和IOC比较相关的就是ListableBeanFactory接口和HierarchicalBeanFactory接口
  4. ListableBeanFactory接口和HierarchicalBeanFactory接口是继承BeanFactory

从此分析可以看出，ClassPathXmlApplicationContext是什么，了解下ApplicaionContext；它怎么和IOC有关，要了解BeanFactory。
所以后面我们先来看看ApplicaionContext与BeanFactory。

ApplicationContext


从该接口的注解描述可知，ApplicationContext是整个项目的配置，Spring项目在启动或运行的时候都需要依赖到它。

其中Bean管理相关的则是ListableBeanFactory和HierarchicalBeanFactory。

BeanFactory

ListableBeanFactory和HierarchicalBeanFactory都是继承BeanFactory的。
先看看BeanFactory的文件注解

从上图可知，BeanFactory就是获取Bean容器的地方。而且他可以提供单例的对象或者是独立的对象


从这段可以得知，HierarchicalBeanFactory是一个分层的Bean，如果实现了这个接口，所有方法都会经过父类的工厂。所以这个是个拓展的类，暂时先不看它。

接下来看看ListableBeanFactory注解说明

这个接口是要实现预先加载Bean的配置，生成好实例，直接管理Bean的实例，而不是来一个请求，生成一个。

好了，以上就是基本的概念和认知，现在带着这些概念，我们回头看看ClassPathXmlApplicationContext的执行流程，看看它到底怎么的生成管理Bean的。

初始化IOC容器

从ClassPathXmlApplicationContext的构造函数看，最核心的就是refresh()函数，其他只是设一些值。
而这个refresh()是调用父类AbstractApplicationContext中的refresh()。
根据它的注解可知它是加载刷新了整个context，并且加载所有Bean定义和创建对应的单例。

看下这个方法做了什么

里面有许多步骤，重点看下obtainFreshBeanFactory()（重新获取一个BeanFactory）。
它里面有个核心的方法refreshBeanFactory()

如果已有BeanFactory，先删除所有Bean，然后关闭BeanFactory。
然后创建一个新的ListableBeanFactory，上面说到这个工厂里会预先加载所有的Bean。
最后核心的就是loadBeanDefinitions(beanFactory)，它是加载Bean的定义。实现交给了子类。

用的是XmlBeanDefinitionReader直接读配置文件加载Bean Definition(Bean定义)到BeanFactory。它里面一步步把xml的配置文件拆解读取，把一个个Bean Definition加载到BeanFactory里。
至此，已经有用一个加载好Bean Definition的BeanFactory了。

其他方法也是围绕BeanFactory后置处理和Context的配置准备。内容太多，想更深入了解的话建议顺着以上思路，找到对应代码阅读以下。

依赖注入

回到启动类中，看看怎么从context中获取bean的。

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context.getBean(TestBeanService.class)

是根据类去拿bean的，当然也可以根据id。
其对应的源码实现，在DefaultListableBeanFactory中，上文有说到对应的BeanFactory选型。

NamedBeanHolder是里面包含一个实例化的对象，和bean的名字。resolveNamedBean()是怎么拿出Bean的关键。

一步步Debug，可以看到，它是遍历BeanFactory里面维护的beanDefinitionNames和manualSingletonNames成员变量，找出命中的beanName返回。

然后拿着这个beanName去找具体的bean实例。这里的代码比较长，在AbstractBeanFactory里面的doGetBean()中实现。
大意是先尝试去找手动添加bean的单例工厂里找有没有对应的实例，没有的话就往父类beanFactory里面找，最后没有的话就生成一个。

spring中一个bean是如何加载和如何注入大致如此，更细节的内容，可以自己debug看看源码。

控制反转的优点

最后来以我个人观点谈谈控制反转的优点吧。
举个例子，我要装修房子，需要门、浴具、厨具、油漆、玻璃等材料。

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decorateHouse(Door,BathThing,CookThing,....)

但是我作为一个装修工人，我需要去制造门、制造浴具，合成玻璃油漆吗？
不需要，也不关心其建造的过程，对应的会有人去做这些东西。

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door = buildDoor();
glass = buildGlass();

所有材料放到建材商城里面，装修工人需要什么材料就去建材商城里面取。

对应Spring的IOC，门、玻璃等材料就是Bean，建材商城就是IOC容器，把材料放到建材商城就是Bean加载，去商城拿材料就是依赖注入的过程。

程序开发发展至今，一个简答的项目或许也要分几个模板，几个人去开发。划分好职责，设计好接口，面向接口编程。每个人只需要完成好自己那部分的工作，依赖调用就可以了。这样做同时有助于降低项目的耦合度，让项目有更好的延伸性。由此Spring的IOC就是基于以上的需求所诞生的。

总结

回顾下全文的内容

  1. ApplicationContext是Spring项目的核心配置，项目运行依赖于它，其中包含许多方面的内容。
  2. BeanFactory是Context包含的内容之一，它负责管理Bean的加载，生成，注入等内容。
  3. Spring控制反转为了降低项目耦合，提高延伸性。

本文讲Spring IOC还比较浅显，仅仅讲了如何加载的重点和注入的重点，关于生命周期，BeanFactory的处理由于篇幅问题并没有细讲。有兴趣的读者可以用Demo跑起来，一步步Debug看看。因为Demo基本是最小化的Spring IOC了，所以这个Debug不会太难，很容易就能看清楚整个流程做了什么。

Demo：https://github.com/Zack-Ku/spring-ioc-demo

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