Spring IOC和Spring AOP的實現原理(原始碼主線流程)
阿新 • • 發佈：2019-02-15
寫在前面
正本文參考了《spring技術內幕》和spring 4.0.5原始碼。本文只描述原理流程的主線部分，其他比如驗證，快取什麼可以具體參考原始碼理解。Spring IOC
一、容器初始化
容器的初始化首先是在對應的構造器中進行，在applicationContext的實現類構造器中，首先對引數路徑中的${}進行了處理，用系統變數替換(setConfigLocations方法)然後呼叫refresh方法(這個就是最核心的容器初始化方法)。
1、Resource定位：
在refresh方法中呼叫obtainFreshBeanFactory方法告訴子類重新整理beanfactory(其中是呼叫refreshBeanFactory重新整理後getBeanFactory獲取重新整理後的factory返回)。在重新整理過程refreshBeanFactory中如果factory已經有了要消除再新建factory，其中loadBeanDefinitions是載入bean定義的方法。在loadBeanDefinitions方法中建立了BeanDefinitionReader的實現類呼叫其loadBeanDefinitions方法(這個方法是過載方法，引數有為Resource的也有為String路徑的，getConfigResources方法(預設返回null，子類重寫，如ClassPathXmlApplicationContext類)和getConfigLocations方法獲得Resource集合和資源路徑集合(一般一個為空，一般是將容器的引數path設定為configLocations，ClassPathXmlApplicationContext有一種構造器是不設定configLocations而是直接用引數path生成ClassPathResource集合設定為configResources)分別進行load，實際上以路徑為引數的過載方法在定位完Resource也會呼叫以resource為引數的loadBeanDefinitions來解析載入BeanDefinition，這個是第二步在下面介紹)。
在BeanDefinitionReader的loadBeanDefinitions(path引數)方法中根據ResourceLoader型別以兩種方式載入（如果是ant正則表示式方式的(如PathMatchingResourcePatternResolver)一個路徑定位多個resource或者預設方式(applicationContext繼承的是DefaultResourceLoader實現方式)定位一個resource），分別呼叫ResourceLoader的getResource(以/開頭的構建ClassPathContextResource，以classpath開頭的去掉classpath構建ClassPathResource，如果都不是的嘗試構建UrlResource,如果構建失敗就呼叫getResourceByPath這個具體applicationContext實現類裡重寫的方法構建特定Resource，如FileSystemXmlApplicationContext就是FileSystemResource)或
2、從Resource中解析和載入BeanDefinition：
同樣在BeanDefinitionReader的loadBeanDefinitions中呼叫完resourceLoader的getResource獲取Resource後將resource作為引數呼叫自己(BeanDefinitionReader)的loadBeanDefinitions(是一個介面方法給子類實現，因為不同的reader載入resource的方式不同)載入BeanDefinition。例如XmlBeanDefinitionReader是對XML檔案的IO操作,（將現在要處理的Resource加入當前執行緒正在處理(ThreadLocal)的Resource集合中）首先從resource中拿出InputStream封裝成InputSource呼叫自身的doLoadBeanDefinitions方法。
doLoadBeanDefinitions方法中呼叫doLoadDocument方法封裝成Document-----是用validationMode(預設是自動校驗方式，意思是如果沒有顯示定義校驗的方式就用XSD方式)和DocumentLoader(XmlBeanDefinitionReader中預設的是DefaultDocumentLoader)等引數呼叫DocumentLoader的loadDocument方法將Resource封裝成Document類(具體封裝方式不做介紹，有興趣的可以自己瞭解一下，用的是builder模式做的)呼叫registerBeanDefinitions方法解析載入bean。
registerBeanDefinitions方法是用BeanDefinitionDocumentReader的registerBeanDefinitions具體解析Document(樹形結構，從root(就是beans標籤)開始往下解析)中每個element各個標籤的解析和載入。其中如果是bean標籤BeabDefinitionParserDelegate的parseBeanDefinitionElement方法對XML元素的資訊按照spring的bean的規則進行解析(property的解析，當中value和ref解析方式不同，如果是value構建TypedStringValue, 如果ref的話構建RuntimeBeanReference，這個在之後依賴注入的時候用到，還有id，name，等屬性的解析)得到的BeanDefinition的封裝BeanDefinitionHolder(包括BeanDefinition,beanName(這裡是識別符號的意思，如果有id，id做識別符號，沒有id，name屬性中第一個別名做識別符號)和別名列表(name屬性中的內容，如果沒有id，name中第一個不作為別名而是識別符號))來進行下一步bean的註冊（BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition）。
其他如import，alias等標籤自行看原始碼理解。
3、BeanDefinition在IOC容器的註冊
BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition用BeanDefinitionRegistry(DefaultListableBeanFactory)的registerBeanDefinition方法註冊beanName和BeanDefinition(就是把beanName加入到一個已經註冊的bean的beanName的Set中，然後put到beanName對應BeanDefinition的map中，其中如果不允許覆蓋並且有同名beanName要報錯)。再用BeanDefinitionRegistry的registerAlias方法註冊beanName和別名列表(put到一個beanName對應alias的map中，其中如果有alias跟beanName相同的要移除)。二、IOC容器依賴注入
1、getBean第一次呼叫lazy-init的bean
是以BeanFactory的getBean方法為入口觸發的(實現在AbstractBeanFactory實現類中)。如果是單例會快取起來只加載一次，如果是FactoryBean這種特殊的bean會把這個bean的例項傳入getObjectForBeanInstance方法獲得FactoryBean產生的bean(呼叫FactoryBean的getObject方法，這就是自定義的FactoryBean要重寫的方法，AOP也是這個原理，詳情見下方AOP分析)。在第一次載入時要先判斷這個BeanDefinition在當前BeanFactory有沒有，沒有就從雙親BeanFactory中找，一直遞迴。找到後要驗證是否存在遞迴依賴，有則報錯無則設定當前bean依賴bean的依賴關係到兩個map中（一個是被依賴map，一個是依賴map），其中：
(1)如果是單例第一次載入就呼叫getSingleton方法(方法中回調了引數中ObjectFactory的getObject方法，這裡重寫了這個方法呼叫createBean)獲得例項用getObjectForBeanInstance獲得FactoryBean產生的bean(如果它是FactoryBean的話)。
(2)如果是prototype載入呼叫createBean後呼叫getObjectForBeanInstance。
(3)如果是其他scope型別:request、session和global session,這三種就用scope.get獲取例項(和getSingleton類似回撥重寫的getObject也就是呼叫createBean)後呼叫getObjectForBeanInstance。
最後如果getBean指定了requiredType要檢驗獲取的bean能不能轉化成指定的型別不能的話就報錯。
createBean方法就是生成bean的方法並對一些比如init-method屬性、後置處理器等一些初始化進行了處理。方法中在例項化之前判斷是否有post-processor，如果有這樣的processor則短路指定bean的建立，直接返回一個proxy而不是指定的bean（這種processor可以指定生成一個其他型別的物件）沒有的話用doCreateBean建立bean返回。
doCreateBean是用createBeanInstance生成BeanWrapper(包裝bean)之後用populateBean向其中的bean完成依賴bean的注入(autowire等)。
createBeanInstance建立beanWrapper時分三類進行處理：
(1)如果有工廠方法，呼叫instantiateUsingFactoryMethod建立。
(2)如果是構造器注入的方式呼叫autowireConstructor。
(3)簡單方式呼叫instantiateBean。呼叫的是策略類(預設SimpleInstantiationStrategy)的instantiate而其中又是通過bean方法是否有跟IOC容器同名的(會被覆蓋)來分兩類處理(沒同名方法的從BeanDefinition中拿出class直接用jdk的反射拿構造器來newinstance一個例項，如果有同名的則是用CGLIB的方式來new一個例項)。
populateBean為生成的bean依賴注入，先對非簡單型別屬性有autowire的進行處理，判斷這個屬性在之前解析載入beanDefinition時property裡有沒有，有的話進行getBean初始化後放入PropertyValue集合中(這個就是propertyname和value的封裝)，然後更新依賴map，再對非autowire的或一般屬性進行注入，有要轉化的要經過valueResolver的轉化(如果是RuntimeBeanReference之前載入時XML中配置是ref的就getBean(如果在雙親BeanFactory中就從雙親中取)獲得後也放到PropertyValue集合中，也要更新依賴map)。最後再注入到bean中，這裡說的注入其實真實發生在最後的BeanWraper的setPropertyValue(propertyValue集合)方法，具體實現就是通過反射的方式獲得setter方法賦值。
2、lazy-init==false初始化(只對singleton，也是預設方式)
在refresh方法中的finishBeanFactoryInitialization方法中進行初始化(實際也是呼叫getBean方法)。Spring AOP
ProxyFacotryBean是FacotryBean的一種實現，FacotryBean要產生bean都要重寫getObject方法,而ProxyFacotryBean這裡的這個getObject正是為代理做了準備並返回代理物件。首先用initializeAdvisorChain(第一次去取代理物件時初始化一遍)初始化Advisor鏈後對於singleton和prototype進行區分生成對應的proxy。
1、初始化Advisor鏈
initializeAdvisorChain初始化Advisor鏈是遍歷ProxyFacotryBean中配置的interceptorNames，如果結尾有萬用字元只能是ListableBeanFacotory來載入否則報錯，去掉結尾萬用字元*後呼叫addGlobalAdvosor（這個是獲取ListableBeanFacotory的所有globalAdvisorNames和globalInterceptorNames，分別遍歷用getBean(beanName)獲取advice，把其中符合萬用字元格式的advice呼叫addAdvisorOnChainCreation封裝成advicsor後新增到Advisor鏈，如果結尾沒有萬用字元的情況下無論是singleton還是prototype在獲得advice後都要用addAdvisorOnChainCreation方法註冊到advisor鏈上。addAdvisorOnChainCreation用namedBeanToAdvisor方法把advice包裝成advisor，判斷如果advice是單例singleton的話是用AdvisorAdapterRegistry(預設DefaultAdvisorAdapterRegistry單例)wrap方法判斷如果這個advice是MethodInterceptor或者AdvisorAdapterRegistry三種固定的adapter(before,afterreturning,throws)如果任一adapter支援的話(支援不支援就是在具體的adapter中判斷advice是不是這個adapter對應具體的advice類的子類)就封裝成DefaultPointcutAdvisor返回。如果是prototype的話不獲取getBean，而是直接用name包裝成PrototypePlaceholderAdvisor。
2、生成代理類
以singleton為例，singleton代理的生成getSingletonInstance方法。是用AopProxyFactory(在構造器中設定了預設的DefaultAopProxyFactory)的createAopProxy方法根據ProxyFacotryBean中配置的target判斷是否是個介面(實際上不是這麼簡單的區分，具體看原始碼瞭解)來建立不同AopProxy的子類(JdkDynamicAopProxy或者ObjenesisCglibAopProxy(CglibAopProxy的子類，增加了ObjenesisStd))呼叫他們各自的getProxy方法以不同的方式建立代理物件返回。JdkDynamicAopProxy就是以動態代理的方式構建代理物件返回(具體動態代理原理自行了解哦)。
CglibAopProxy就是以Cglib的方式進行代理，Cglib採用了非常底層的位元組碼技術，其原理是通過位元組碼技術為一個類建立子類，並在子類中採用方法攔截的技術攔截所有父類方法的呼叫，順勢織入橫切邏輯。具體細節超出這文章的範圍拉。
prototype代理的方式大致相同有些許的差別也不做介紹，可以參考原始碼。
3、呼叫時攔截
在呼叫目標類的方法時因為代理呼叫的是invoke(jdk動態代理)或者intercept(cglib)。在invoke(jdk動態代理)或者intercept(cglib)中根據目標類被呼叫方法分別處理。如果是hashCode和equals方法直接呼叫代理類中重寫了的hashCode和equals方法(具體參考原始碼)。
如果是Adviced介面中定義的方法(ProxyFactoryBean就是Adviced介面實現類)直接以反射的方式拿到method呼叫方法(AopUtils的invokeJoinpointUsingReflection方法)。
其他情況就是拿到攔截器鏈(只初始化一次，每次呼叫時有個currentInterceptorIndex記錄處理到第幾個攔截器)呼叫攔截器的proceed方法前進呼叫。
proceed前進呼叫不是遞迴，其中用matcher進行匹配，如果匹配上呼叫攔截器的invoke方法，匹配不上就直接繼續前進呼叫，攔截器interceptor的invoke方法就是通知方法(自己實現的如afterReturning等)對目標方法(實際是攔截器鏈的proceed前進呼叫)的具體加強，就是順序問題等等。
直到攔截器鏈前進到底呼叫target目標類的對應方法(jdk反射獲取method呼叫)。
初始化攔截器鏈是通過遍歷之前IOC容器getBean獲取到advisor鏈中的Advisor，通過AdvisorAdapterRegistry當中設定的3種adapter(before,afterreturning,throws)的supportsAdvice判斷是否支援該advisor，如果支援就將advisor中的advice註冊成不同的AdviceInterceptor列表(一個advisor可以被多個adapter支援，因為只要自己寫的通知類實現多種advice介面即可)都加入到攔截器鏈。