手撕Spring总结，Bean生命周期从始至终

前言

最近通过阅读 小傅哥 的手撕Spring系列文章，跟着源码敲了一遍。
此文通过Bean生命周期对简化版Spring的执行流程进行总结。

源码仓库 ：https://gitee.com/ithuameng/small-spring

Bean 生命周期

一、Xml 配置文件与 Refresh 方法

1. 准备 xml 配置文件：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
      http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd
	 http://www.springframework.org/schema/context">>
    <!--目标对象-->
    <bean id="userService" class="com.ithuameng.springframework.test.bean.UserService3"/>
    <!--注册 BeanPostProcessor-->
    <bean class="com.ithuameng.springframework.aop.framework.autoproxy.DefaultAdvisorAutoProxyCreator"/>
    <!--自定义环绕拦截-->
    <bean id="beforeAdvice" class="com.ithuameng.springframework.test.advice.UserServiceBeforeAdvice"/>
    <!--方法拦截器-->
    <bean id="methodInterceptor"
          class="com.ithuameng.springframework.aop.framework.adapter.MethodBeforeAdviceInterceptor">
        <property name="advice" ref="beforeAdvice"/>
    </bean>
    <!--pointcutAdvisor 切面配置-->
    <bean id="pointcutAdvisor" class="com.ithuameng.springframework.aop.aspectj.AspectJExpressionPointcutAdvisor">
        <property name="expression" value="execution(* com.ithuameng.springframework.test.bean.IUserService.*(..))"/>
        <property name="advice" ref="methodInterceptor"/>
    </bean>
    <context:component-scan base-package="com.ithuameng.springframework.test.bean"/>
</beans>

可以 自定义Bean，配置AOP代理，也可以 使用注解 @Component，通过 component-scan 来扫描。

2. 测试方法使用 ClassPathXmlApplicationContext 加载 xml配置文件：
   
3. 通过 ClassPathXmlApplicationContext 构造方法执行 Spring 核心方法 refresh ：
   

注：下文将通过这个 refresh 方法来解析各方面的执行流程。

二、BeanDefinition

一个 BeanDefinition 描述了一个 Bean 实例，实例包含属性值、构造方法参数值以及更多实现信息。主要目的是允许修改属性值和其他 Bean 元数据。

BeanDefinition 一些属性信息：

通过 refresh 方法第一行代码 refreshBeanFactory() 来加载 xml 中定义的 Bean 信息。

@Component 注解扫描

xml 使用了如下的组件扫描配置：

Java 代码判断是否使用了 component-scan：

通过Java代码对 xml 中配置的包路径进行扫描，判断是否有使用了 @Component 注解的类，若有则将其定义为 BeanDefinition 注册进 beanDefinitionMap 中：

findCandidateComponents 方法如下：

解析 xml 自定义

xml 配置文件中，可以自定义各种各样的 Bean，使用 Java进行解析处理，将其注册到 beanDefinitionMap 中：

三、BeanFactoryPostProcessor

Spring IoC 容器允许 BeanFactoryPostProcessor 在容器实例化任何 bean之前读取bean的定义(配置元数据)，通过beanFactory可以获取bean的定义信息，并 可以修改bean的定义信息。

refresh方法中第四行代码执行 BeanFactoryPostProcessor 对 BeanDefinition 进行修改：

方法中使用 BeanFactory 获取所有实现 BeanFactoryPostProcessor 接口的 Bean，执行其中的 postProcessBeanFactory 方法：

private void invokeBeanFactoryPostProcessors(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
    Map<String, BeanFactoryPostProcessor> beanFactoryPostProcessorMap = beanFactory.getBeansOfType(BeanFactoryPostProcessor.class);
    for (BeanFactoryPostProcessor beanFactoryPostProcessor : beanFactoryPostProcessorMap.values()) {
        beanFactoryPostProcessor.postProcessBeanFactory(beanFactory);
    }
}

可以通知自定义 BeanFactoryPostProcessor 接口的实现类，进行对某个 BeanDefinition 进行修改，例如下面的实现类，对 userService 这个 Bean定义信息进行修改：

public class MyBeanFactoryPostProcessor implements BeanFactoryPostProcessor {
    @Override
    public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {
        BeanDefinition beanDefinition = beanFactory.getBeanDefinition("userService");
        PropertyValues propertyValues = beanDefinition.getPropertyValues();
        propertyValues.addPropertyValue(new PropertyValue("company", "改为：字节跳动"));
    }
}

将其定义在 xml 配置文件中，交由 Spring IOC 管理：

四、BeanPostProcessor

BeanPostProcessor也称为Bean后置处理器，它是Spring中定义的接口，在Spring容器的创建过程中（具体为Bean初始化前后）会回调BeanPostProcessor中定义的两个方法。BeanPostProcessor的源码如下：

其中 postProcessBeforeInitialization 方法会在每一个bean对象的初始化方法调用之前回调；postProcessAfterInitialization 方法会在每个bean对象的初始化方法调用之后被回调。

BeanPostProcessor 与 AOP 的实现有着密切的关系。

五、Bean实例化

Bean 实例化是整个 Bean生命周期中最为重要的地方，也是整个 IOC 与 AOP 体现所在。

创建 Bean 实例

protected Object createBeanInstance(BeanDefinition beanDefinition, String beanName, Object[] args) {
    Constructor constructorToUse = null;
    Class<?> beanClass = beanDefinition.getBeanClass();
    Constructor<?>[] declaredConstructors = beanClass.getDeclaredConstructors();
    for (Constructor ctor : declaredConstructors) {
        if (null != args && ctor.getParameterTypes().length == args.length) {
            constructorToUse = ctor;
            break;
        }
    }
    return getInstantiationStrategy().instantiate(beanDefinition, beanName, constructorToUse, args);
}

提供了两种实例化 Bean 的方法，使用了策略模式进行算法选择：

Bean 三级缓存

循环依赖问题

• 循环依赖主要分为这三种，自身依赖于自身、互相循环依赖、多组循环依赖。
• 无论循环依赖的数量有多少，循环依赖的本质是一样的。就是你的完整创建依赖于我，而我的完整创建也依赖于你，但我们互相没法解耦，最终导致依赖创建失败。

三级缓存就为了解决 Bean之间相互注入收发的循环依赖问题，一级缓存存放的是完整的 Bean 实例，二级缓存存放的是代理之后的 Bean 实例，三级缓存存放的是代理对象方法。

实例一个 Bean 首先需要向缓存中获取，如果缓存中已经有这个 Bean 则直接返回，没有则需要创建 Bean：

上面使用策略算法实例化 Bean之后，将没有完全实例化的 Bean存放到第三级缓存中：

// 创建 Bean实例
bean = createBeanInstance(beanDefinition, beanName, args);
// 处理循环依赖，将实例化后的 Bean 对象提前放入缓存中暴露出来
if (beanDefinition.isSingleton()) {
    Object finalBean = bean;
    addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, beanDefinition, finalBean));
}

从三级缓存中获取数据的时候，会使用 AOP 对实例的 Bean 对象进行代理，如果 AOP 没有进行配置，则会返回之前实例的 Bean 保存到 第二级缓存中，将第三级缓存中的数据删除。

Bean 填充属性

之前在介绍解析 xml 配置文件时，已经将 Bean的属性信息解析配置到 PropertyValue 中，不过还有一种是使用了注解的方式进行属性内容注入，例如 @Value，@Autowired 这两个注解，这个时候我们就需要手动的对使用了注解的属性进行解析：

解析完之后存放到 PropertyValues 中，就可以给 Bean 进行属性填充了：

Aware 感知

Aware 感知指的是 Bean 实现某些接口，可以获取应用程序上下文中的一些对象信息，比如 BeanFactory、ClassLoader 等。

例如定义一个 BeanFactoryAware 的接口，标识需要获取 BeanFactory 对象信息：

spring 中的 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 类实现这个接口：

执行 Bean的初始化方法时获取这些感知对象：

这样就可以使用这些感知对象了。

Bean 对象的初始化方法

Bean 初始化方法来源于实现了 InitializingBean 接口或者是在 xml 中配置了 init-method 信息，调用 invokeInitMethods 执行 Bean的初始化方法：

private void invokeInitMethods(String beanName, Object bean, BeanDefinition beanDefinition) throws Exception {
    // 1.Bean 实现了 InitializingBean接口
    if (bean instanceof InitializingBean) {
        ((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet();
    }
    // 2.配置信息 init-method
    String initMethodName = beanDefinition.getInitMethodName();
    if (StrUtil.isNotEmpty(initMethodName)) {
        Method initMethod = beanDefinition.getBeanClass().getMethod(initMethodName);
        if (null == initMethod) {
            throw new BeansException("Could not find an init method named '" + initMethodName + "' on bean with name '" + beanName + "'");
        }
        initMethod.invoke(bean);
    }
}

在执行这个初始化方法之前，将会执行 BeanPostProcessor Before 处理：

@Override
public Object applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(Object existingBean, String beanName) throws BeansException {
    Object result = existingBean;
    for (BeanPostProcessor processor : getBeanPostProcessors()) {
        Object current = processor.postProcessBeforeInitialization(result, beanName);
        if (null == current) {
            return result;
        }
        result = current;
    }
    return result;
}

在执行这个初始化方法之后，将会执行 BeanPostProcessor After 处理：

@Override
public Object applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(Object existingBean, String beanName) throws BeansException {
    Object result = existingBean;
    for (BeanPostProcessor processor : getBeanPostProcessors()) {
        Object current = processor.postProcessAfterInitialization(result, beanName);
        if (null == current) {
            return result;
        }
        result = current;
    }
    return result;
}

Bean 对象的销毁方法

Bean 销毁方法来源于实现了 DisposableBean 接口或者是在 xml 中配置了 destroy-method 信息。我们需要在应用上下文中注册虚拟机钩子：

Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(this::close));

当程序关闭时，执行程序上下文中的 close 事件，调用 Bean 的 destory方法：

@Override
public void destroy() throws Exception {
    // 1.bean实现接口 DisposableBean
    if (bean instanceof DisposableBean) {
        ((DisposableBean) bean).destroy();
    }
    // 2.配置信息 destroy-method {判断是为了避免二次执行销毁}
    if (StrUtil.isNotEmpty(destroyMethodName) && !(bean instanceof DisposableBean && "destroy".equals(this.destroyMethodName))) {
        Method initMethod = bean.getClass().getMethod(destroyMethodName);
        if (null == initMethod) {
            throw new BeansException("Could not find an destroy method named '" + destroyMethodName + "' on bean with name '" + beanName + "'");
        }
        initMethod.invoke(bean);
    }
}

六、总结

这个简化版 spring 还实现了容器事件和事件监听器，类型转换器等功能，具体的实现不一一演示。

此文用于记录 spring 中 Bean 的生命周期是如何进行的，用于巩固已学知识。

学海无涯，作者：浪子花梦，写于：2022 / 8 / 27