Imspring 源码介绍（一）：基本概念

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概述

Imspring-core 模块围绕 ApplicationContext 和 Beanfactory 两个 Bean 工厂实现了 Spring 的核心 IOC 功能。整个模块涉及的核心知识点如下：

Bean 的全生命周期。（重点）

ApplicationContext 和 BeanFactory 的初始化流程。（重点）

包名扫描和加载。

依赖注入，以及三级缓存解决循环依赖问题。

使用 BeanFactoryPostProcessor 实现定制化 Bean 工厂（Configuration 配置类的基础）

使用 BeanPostProcessor 实现定制化 Bean。（AOP的基础）

配置文件加载和环境切换。

为了让大家更加清楚整个流程，先介绍下 Spring 的一些基础概念和组件。

基础概念

ApplicationContext 和 BeanFactory

这两个是 Spring 的核心概念。通俗易懂地解释，BeanFactory 是一个工厂接口，提供 IOC 的基本功能，包括读取 Bean 的 XML 配置文件，管理 Bean 的加载和实例化，维护 Bean 之间的依赖关系，管理 Bean 的生命周期等。这个接口大概长这样

这个接口的核心方法就是使用 getBean() 方法获取各种 Bean。我们并不需要关心这些 Bean 是怎么构造出来，只需要直接从容器取就可以了，这也符合工厂模式的理念。ApplicationContext 继承了 BeanFactory 接口，具备 BeanFactory 接口的全部功能，而且提供更丰富的特性。

由上面看出 ApplicationContext 持有 BeanFactory 的实例，所以具备 BeanFactory 的全部功能，并提供更完整的框架功能。两者的区别可以用下面表格来表示。

功能	BeanFactory	ApplicationContext
Bean 实例化时机	BeanFactroy 采用的是延迟加载形式来注入 Bean 的，即只有在使用到某个 Bean 时（调用`getBean()`），才对该 Bean 进行加载实例化。	ApplicationContext 采用预加载的方式注入 Bean，在启动的时候就会调用 `refresh()` 预加载所有单例 Bean，完成整个环境的初始化。
Bean 扩展	BeanPostProcessor 和 BeanFactoryPostProcessor 手动注册	BeanPostProcessor 和 BeanFactoryPostProcessor 自动注册
上下文	从 XML 文件中读取上下文（XmlBeanFactory）	支持通过 ClassPath、FileSystem、Web、Annotation 等方式读取上下文，并且可以设置多个（有继承关系）上下文，使得每一个上下文都专注于一个特定的层次。
国际化	/	支持国际化 i18n（ MessageSource）
访问资源	/	提供统一的资源文件访问方式，加载多种不同类型的资源（ResourceLoader）
环境切换	/	支持多环境切换，加载多个配置文件（Environment）
事件机制	/	强大的事件监听机制，当 ApplicationContext 中发布一个事件时，所有扩展ApplicationListener 的 Bean 都将接受到这个事件，并进行相应的处理。（ApplicationEvent 和 ApplicationListener）

总结：

BeanFactory 是 Spring 框架的基础设施，面向 Spring 本身。

ApplicationContext 提供更多面向实际开发的功能，几乎所有场合都可以直接使用，面向使用 Spring 的开发者。日常使用建议直接使用 ApplicationContext。

Bean 生命周期

Bean 的生命周期是指一个对象在 Spring 容器里面从创建到被销毁的整个过程。这里引用一个网上非常经典的图，这个图基本涵盖了 Bean 从初始化到被销毁的整个生命周期。为了方便记忆，可以分为四个阶段：

实例化（Instantiation）

属性赋值（Populate）

初始化（Initialization）

销毁（Destruction）

Imspring 项目严格遵循以上 Bean 生命周期的顺序，最后为了简化跳过了销毁阶段。

Resource 和 ResourceLoader

Spring 用 Resource 接口抽象所有的底层资源，包括 File、ClassPath、URL 等。Spring 通过 Resource 接口将对物理资源的访问方式统一为 URL 格式和 Ant 风格带通配符的资源地址。

Spring 提供多种 Resource 的实现类，我们可以直接使用。常用的有：
FileSystemResource：针对 java.io.File 的 Resource 实现类。可以消除操作系统底层差异，对不同的操作系统使用同一的 API 来访问。
ClassPathResource：访问类加载路径下的资源，对于 WEB 应用可以自动搜索位于 WEB-INF/classes 下的资源文件，是 Spring 中是非常常用的一种资源类型。
UrlResource：java.net.URL 的 Resource 实现类。可以访问网络资源，也可以访问本地资源。支持 http、https、file、ftp、jar 等协议。

ResourceLoader 接口是 Resource 的加载器，用于快速加载一个 Resource 资源对象。Spring 中的默认实现是 DefaultResourceLoader。

简单来说，Spring 通过 Resource 和 ResourceLoader 对外提供统一的资源访问方式。

BeanDefinition 和 BeanDefinitionRegistry

BeanDefinition 是用来描述 Bean 的元数据信息。除了我们熟悉的 Bean 的 Class 对象之外，还保存了 Bean 是否是单例、Bean 是否在容器中是懒加载、Bean 在容器中的名字等信息。Spring 依赖这些信息来完成一个 Bean 的实例化。

简单来说，Spring 将 Bean 的定义和 Bean 的实例分开处理。首先将类文件 Class 解析为 BeanDefinition，然后再根据 BeanDefinition 的定义，在合适的时机（例如延迟创建）创建正确类型的 Bean 实例（单例或原型）。这个 Bean 实例就是我们日常使用的 Bean。

BeanDefinitionRegistry 可以理解为 BeanDefinition 的容器接口，完成 BeanDefinition 的注册、移除和删除等功能。Spring 的 BeanFactory 默认实现类 DefaultListableBeanFactory 实现了 BeanDefinitionRegistry 接口，使用 beanDefinitionMap 集合来存放所有的 BeanDefinition。

Spring 中命名为 XXXRegistry 的接口或者类，在 Spring 中通常扮演注册中心的职责，维护管理对应的一组实例。

SingletonBeanRegistry

上面谈到 Spring 中 Bean 的定义和 Bean 的实例是分开处理。我们日常使用 Spring 的时候，99% 的场景都是使用 Spring Bean 的单例实例。SingletonBeanRegistry 相当于 Bean 单例实例的容器接口，提供了统一访问单例 Bean 的功能。

Spring 中 SingletonBeanRegistry 的默认实现类是 DefaultSingletonBeanRegistry。这个类非常非常的重要，可以认为是 Spring IOC 容器的核心内容，大名鼎鼎的三级缓存就放在这里面。除此之外还有非常多的缓存用于提高性能，并且做的事情也很多，比如解决 Bean 的循环依赖问题。

BeanPostProcessor 和 BeanFactoryPostProcessor

BeanFactoryPostProcessor 和 BeanPostProcessor 这两个接口，都是 Spring 初始化 Bean 对外暴露的扩展点。在这之前我们先明确两个概念，一个是 Instantiation ，一个是 Initialization 。

Instantiation ：实例化，就是创建 Bean 的过程（比如调用构造函数）。

Initialization ：初始化，就是对 Bean 进行赋值（比如调用 setter 方法）、配置属性的过程。

BeanFactoryPostProcessor 是针对 BeanFactory 的扩展，是在 Bean 实例化（Instantiation）之前调用的。根据名称可以看出是对 BeanFactory 的修改，比如修改 Bean 的定义或者作用域等，从而影响 Bean 实例的创建。

这个接口有一个很重要的实现类 ConfigurationClassPostProcessor。这个类负责解析带 @Configuration 注解的配置类，把 @Bean 修饰的方法和 @Import 引入的类加载成 Bean 注入到容器。除此之外还可以解析 @ComponentScan，扫描指定路径下的类文件，筛选出需要加载的 Bean。这个类是 Spring 实现自动配置的关键。

BeanPostProcessor 是针对 Bean 的扩展，这时候 Bean 实例化（Instantiation）已经完成了，准备开始初始化（Initialization）。初始化过程包括以下几个动作：

执行 BeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization，也就是常说的前置处理。

执行 InitializingBean#afterPropertiesSet。

执行 init-method（@PostConstruct 修饰的方法）。

执行 BeanPostProcessor#postProcessAfterInitialization，也就是常说的后置处理。

由此看出 BeanPostProcessor 主要是在初始化前后完成对 Bean 实例的一些修改，比如为 Bean 实例创建代理对象。

BeanPostProcessor 有一个非常重要的子接口：InstantiationAwareBeanPostProcessor，这个接口定义的方法主要是在 Bean 实例化（Instantiation）前后执行。

BeanPostProcessor 和 InstantiationAwareBeanPostProcessor 这两个扩展点非常重要，是 AOP 的基础。这两个接口中的方法对容器中所有的 Bean 都生效，在每个 Bean 实例化之后都会调到这两个接口的方法，判断该 Bean 是否满足创建代理对象的条件，如果满足的话就创建并返回代理对象，这就是 AOP 的原理。上面的过程，可以使用下面的流程图来描述。

Environment、Profile 和 Property

Spring 中的 Environment 相当于一个外部资源的容器。Spring 在启动的时候会把所有外部配置源中的属性，包括本地配置文件、远程配置文件（比如 Nacos、Apollo），都加载到 Environment 中保存起来。

Environment 再进行进一步细分的话，分为 Property 和 Profile 两部分。

Property：配置项，本质是配置文件的一组键值对配置信息。在项目中会把配置项从代码中分离出来，这样的好处在于修改起来很容易，只需修改下配置文件或命令行参数，然后重启一下就可以了。

Profile：配置环境。大多数项目都有多套配置对应多个环境，一般来说有开发环境、测试环境和生产环境，这里的环境就是 Profile。程序读取 Profile 的值，根据 Profile 的不同展示不同的特性。

从本质上讲，Profile 也是属于 Property 的一种，作用是负责环境的切换。只是这个配置太重要了，也比较特殊，所以作为一个单独的概念来处理。

简单总结，Environment = Property + Profile。

既然涉及到属性读取，我们肯定需要一个工具从外部配置源读取文件，PropertyResolver 接口承担了这个角色，负责解析外部配置源，加载和获取 Property。Environment 接口继承了 PropertyResolver接口，提供了 Profile 的相关功能，用于加载和获取 Profile。

Spring 提供多个 Environment 的实现，StandardXXX 开头的是标准实现，其中最常用的就是 StandardServletEnvironment，负责加载 Web 应用的环境信息，例如从 WEB-INF/web.xml 加载 servlet 上下文等。
Environment 本身也会被保存为容器中的一个 Bean 实例。绝大数情况下，bean 都不需要直接访问 Environment 实例，而是通过类似 @Value 注解的方式把属性值注入进来。
如果后面项目中实在需要用到 Environment，可以手动将 Environment 实例注入到该业务 Bean 中，也可以实现 EnvironmentAware 接口，得到 Environment 类型的 Bean 实例之后可以通过 getProperty() 获取具体属性值。

总结

BeanFactory 是 Spring 的容器工厂接口，提供 IOC 的基本功能。ApplicationContext 继承了 BeanFactory 接口，具备 BeanFactory 的全部功能并提供更丰富的特性。

Bean 生命周期是指一个对象在 Spring 容器里面从创建到被销毁的整个过程，包括：实例化（Instantiation）、属性赋值（Populate）、初始化（Initialization）和销毁（Destruction）四个阶段。

Resource 接口把所有的底层资源抽象为统一的类，通过 URL 格式和 Ant 风格带通配符的资源地址进行访问。ResourceLoader 接口是 Resource 的加载器，用于快速加载一个 Resource 资源对象。

Spring 中 Bean 的定义和 Bean 的实例是分开处理的。

BeanDefinition 相当于 Bean 的定义，用来描述 Bean 的元数据信息。Spring 依赖这些元数据来完成一个 Bean 的实例化。BeanDefinitionRegistry 是 BeanDefinition 的容器接口，完成 BeanDefinition 的注册、移除和删除等功能。
SingletonBeanRegistry 是 Bean 单例实例的容器接口，提供了统一访问单例 Bean 的功能。

BeanFactoryPostProcessor 和 BeanPostProcessor 这两个接口，都是 Spring 初始化 Bean 对外暴露的扩展点，负责在 Bean 实例化（Instantiation）和初始化（Initialization）前后对 Bean 实例进行增强操作。

Environment 是 Spring 存放外部资源的容器。Spring 在启动的时候会把所有外部配置源中的属性，包括本地配置文件、远程配置文件（比如 Nacos、Apollo），都加载到 Environment 中保存起来。Environment = Property + Profile。

Property：配置项，本质是配置文件的一组键值对配置信息。
Profile：配置环境，通过切换 Profile 显示不同环境的特性。

上面这些就是 Spring 源码的核心概念，包括一些重要的实现类也列了出来。记不住这些概念也没关系，先大概有个印象，在源码里面这些概念和类会反复出现，不断加深印象。