Spring框架的设计理念与设计模式(6)-Ioc容器及BeanFactory工厂

关键词：Spring,Ioc,Bean,Context,BeanFactory工厂

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Ioc容器如何工作

前面介绍了Core组件、Bean组件和Context组件的结构与相互关系，下面这里从使用者角度看一下他们是如何运行的，以及我们如何让Spring完成各种功能，Spring到底能有那些功能，这些功能是如何得来的，下面介绍。

如何创建BeanFactory工厂

Ioc容器实际上就是Context组件结合其他两个组件共同构建了一个Bean关系网，如何构建这个关系网？构建的入口就在AbstractApplicationContext类的refresh方法中。这个方法的代码如下：清单1.AbstractApplicationContext.refresh

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {  
 
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {  
 
        // Prepare this context for refreshing.  
 
        prepareRefresh();  
 
        // Tell the subclass to refresh the internal bean factory.  
 
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();  
 
        // Prepare the bean factory for use in this context.  
 
        prepareBeanFactory(beanFactory);  
 
        try {  
 
            // Allows post- processing of the bean factory in context subclasses.  
 
            postProcessBeanFactory(beanFactory);  
 
            // Invoke factory processors registered as beans in& nbsp;the context.  
 
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);  
 
            // Register bean processors that intercept bean crea tion.  
 
            registerBeanPostProcessors (beanFactory);  
 
            // Initialize message source for this context.  
 
            initMessageSource();  
 
            // Initialize event multicaster for this context.  
 
            initApplicationEventMulticaster();  
 
            // Initialize other special beans in specific contex t subclasses.  
 
            onRefresh();  
 
            // Check for listener beans and register them.  
 
            registerListeners();  
 
            // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.  
 
            finishBeanFactoryInitialization (beanFactory);  
 
            // Last step: publish corresponding event.  
 
            finishRefresh();  
 
        }  
 
        catch (BeansException ex) {  
 
            // Destroy already created singletons to avoid dangl ing resources.  
 
            destroyBeans();  
 
            // Reset 'active' flag.  
 
            cancelRefresh(ex);  
 
            // Propagate exception to caller.  
 
            throw ex;  
 
        }  
 
    }  
 
}

这个方法就是构建整个Ioc容器过程的完整的代码，了解了里面的每一行代码基本上就了解大部分Spring的原理和功能了。

这段代码主要包含这样几个步骤：

◆构建BeanFactory，以便于产生所需的“演员”

◆注册可能感兴趣的事件

◆创建Bean实例对象

◆触发被监听的事件

下面就结合代码分析这几个过程。

第二三句就是在创建和配置BeanFactory。这里是refresh也就是刷新配置，前面介绍了Context有可更新的子类，这里正是实现这个功能，当BeanFactory已存在是就更新，如果没有就新创建。下面是更新BeanFactory的方法代码：

清单2.AbstractRefreshableApplicationContext.refreshBeanFactory

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {  
 
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {  
 
        // Prepare this context for refreshing.  
 
        prepareRefresh();  
 
        // Tell the subclass to refresh the internal bean factory.  
 
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();  
 
        // Prepare the bean factory for use in this context.  
 
        prepareBeanFactory(beanFactory);  
 
        try {  
 
            // Allows post- processing of the bean factory in context subclasses.  
 
            postProcessBeanFactory(beanFactory);  
 
            // Invoke factory processors registered as beans in& nbsp;the context.  
 
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);  
 
            // Register bean processors that intercept bean crea tion.  
 
            registerBeanPostProcessors (beanFactory);  
 
            // Initialize message source for this context.  
 
            initMessageSource();  
 
            // Initialize event multicaster for this context.  
 
            initApplicationEventMulticaster();  
 
            // Initialize other special beans in specific contex t subclasses.  
 
            onRefresh();  
 
            // Check for listener beans and register them.  
 
            registerListeners();  
 
            // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.  
 
            finishBeanFactoryInitialization (beanFactory);  
 
            // Last step: publish corresponding event.  
 
            finishRefresh();  
 
        }  
 
        catch (BeansException ex) {  
 
            // Destroy already created singletons to avoid dangl ing resources.  
 
            destroyBeans();  
 
            // Reset 'active' flag.  
 
            cancelRefresh(ex);  
 
            // Propagate exception to caller.  
 
            throw ex;  
 
        }  
 
    }  
 
}  protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException {  
 
    if (hasBeanFactory()) {  
 
        destroyBeans();  
 
        closeBeanFactory();  
 
    }  
 
    try {  
 
        DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();  
 
        beanFactory.setSerializationId(getId());  
 
        customizeBeanFactory(beanFactory);  
 
        loadBeanDefinitions(beanFactory);  
 
        synchronized (this.beanFactoryMonitor) {  
 
            this.beanFactory = beanFactory;  
 
        }  
 
    }  
 
    catch (IOException ex) {  
 
        throw new ApplicationContextException(  
 
                       "I/O error& nbsp;parsing bean definition source for "  
 
                       + getDisplayName (), ex);  
 
    }  
 
}

这个方法实现了AbstractApplicationContext的抽象方法refreshBeanFactory，这段代码清楚的说明了BeanFactory的创建过程。注意BeanFactory对象的类型的变化，前面介绍了他有很多子类，在什么情况下使用不同的子类这非常关键。BeanFactory的原始对象是DefaultListableBeanFactory，这个非常关键，因为他设计到后面对这个对象的多种操作，下面看一下这个类的继承层次类图：

从这个图中发现除了BeanFactory相关的类外，还发现了与Bean的register相关。这在refreshBeanFactory方法中有一行loadBeanDefinitions(beanFactory)将找到答案，这个方法将开始加载、解析Bean的定义，也就是把用户定义的数据结构转化为Ioc容器中的特定数据结构。

这个过程可以用下面时序图解释：

Bean的解析和登记流程时序图如下：

创建好BeanFactory后，接下去添加一些Spring本身需要的一些工具类，这个操作在AbstractApplicationContext的prepareBeanFactory方法完成。

AbstractApplicationContext中接下来的三行代码对Spring的功能扩展性起了至关重要的作用。前两行主要是让你现在可以对已经构建的BeanFactory的配置做修改，后面一行就是让你可以对以后再创建Bean的实例对象时添加一些自定义的操作。所以他们都是扩展了Spring的功能，所以我们要学习使用Spring必须对这一部分搞清楚。

其中在invokeBeanFactoryPostProcessors方法中主要是获取实现BeanFactoryPostProcessor接口的子类。并执行它的postProcessBeanFactory方法，这个方法的声明如下：

清单3.BeanFactoryPostProcessor.postProcessBeanFactory

void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory)  
 
    throws BeansException;

它的参数是beanFactory，说明可以对beanFactory做修改，这里注意这个beanFactory是ConfigurableListableBeanFactory类型的，这也印证了前面介绍的不同BeanFactory所使用的场合不同，这里只能是可配置的BeanFactory，防止一些数据被用户随意修改。

registerBeanPostProcessors方法也是可以获取用户定义的实现了BeanPostProcessor接口的子类，并执行把它们注册到BeanFactory对象中的beanPostProcessors变量中。BeanPostProcessor中声明了两个方法：postProcessBeforeInitialization、postProcessAfterInitialization分别用于在Bean对象初始化时执行。可以执行用户自定义的操作。

后面的几行代码是初始化监听事件和对系统的其他监听者的注册，监听者必须是ApplicationListener的子类。

如何创建Bean实例并构建Bean的关系网

下面就是Bean的实例化代码，是从finishBeanFactoryInitialization方法开始的。

清单4.AbstractApplicationContext.finishBeanFactoryInitialization

protected void finishBeanFactoryInitialization(  
 
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {  
 
   
 
    // Stop using the temporary ClassLoader for type matching.  
 
    beanFactory.setTempClassLoader(null);  
 
   
 
    // Allow for caching all bean definition metadata, not expecting further changes .  
 
    beanFactory.freezeConfiguration();  
 
   
 
    // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.  
 
    beanFactory.preInstantiateSingletons();  
 
}

从上面代码中可以发现Bean的实例化是在BeanFactory中发生的。preInstantiateSingletons方法的代码如下：

清单5.DefaultListableBeanFactory.preInstantiateSingletons

public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {  
 
    if (this.logger.isInfoEnabled()) {  
 
        this.logger.info("Pre- instantiating singletons in " + this);  
 
    }  
 
    synchronized (this.beanDefinitionMap) {  
 
        for  (String beanName : this.beanDefinitionNames) {  
 
            RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);  
 
            if (!bd.isAbstract()  && bd.isSingleton()  
 
                && !bd.isLazyInit()) {  
 
                if  (isFactoryBean(beanName)) {  
 
                    final FactoryBean factory =  
 
                        (FactoryBean)  getBean(FACTORY_BEAN_PREFIX+ beanName);  
 
                    boolean isEagerInit;  
 
                    if (System.getSecurityManager()  != null  
 
                        &&  ;factory instanceof SmartFactoryBean) {  
 
                        isEagerInit = AccessController.doPrivileged(  
 
                          &nb sp; new PrivilegedAction<Boolean>() {  
 
                          &nb sp; public Boolean run() {  
 
 return ((SmartFactoryBean)  factory).isEagerInit();  
 
                          &nb sp; }  
 
                        }, getAcce ssControlContext());  
 
                    }  
 
                    else {  
 
                        isEagerInit = factory instanceof SmartFactoryBean  
 
                          &nb sp; && ((SmartFactoryBean) factory).isEagerInit();  
 
                    }  
 
                    if (isEagerInit) {  
 
                        getBean (beanName);  
 
                    }  
 
                }  
 
                else {  
 
                    getBean(beanName);  
 
                }  
 
            }  
 
        }  
 
    }  
}

这里出现了一个非常重要的Bean——FactoryBean，可以说Spring一大半的扩展的功能都与这个Bean有关，这是个特殊的Bean他是个工厂Bean，可以产生Bean的Bean，这里的产生Bean是指Bean的实例，如果一个类继承FactoryBean用户可以自己定义产生实例对象的方法只要实现他的getObject方法。然而在Spring内部这个Bean的实例对象是FactoryBean，通过调用这个对象的getObject方法就能获取用户自定义产生的对象，从而为Spring提供了很好的扩展性。Spring获取FactoryBean本身的对象是在前面加上&来完成的。

如何创建Bean的实例对象以及如何构建Bean实例对象之间的关联关系式Spring中的一个核心关键，下面是这个过程的流程图。

如果是普通的Bean就直接创建他的实例，是通过调用getBean方法。下面是创建Bean实例的时序图：

还有一个非常重要的部分就是建立Bean对象实例之间的关系，这也是Spring框架的核心竞争力，何时、如何建立他们之间的关系请看下面的时序图：

Ioc容器的扩展点

现在还有一个问题就是如何让这些Bean对象有一定的扩展性，就是可以加入用户的一些操作。那么有哪些扩展点呢？Spring又是如何调用到这些扩展点的？

对Spring的Ioc容器来说，主要有这么几个。BeanFactoryPostProcessor，BeanPostProcessor。他们分别是在构建BeanFactory和构建Bean对象时调用。还有就是InitializingBean和DisposableBean他们分别是在Bean实例创建和销毁时被调用。用户可以实现这些接口中定义的方法，Spring就会在适当的时候调用他们。还有一个是FactoryBean他是个特殊的Bean，这个Bean可以被用户更多的控制。

这些扩展点通常也是我们使用Spring来完成我们特定任务的地方，如何精通Spring就看你有没有掌握好Spring有哪些扩展点，并且如何使用他们，要知道如何使用他们就必须了解他们内在的机理。可以用下面一个比喻来解释。

我们把Ioc容器比作一个箱子，这个箱子里有若干个球的模子，可以用这些模子来造很多种不同的球，还有一个造这些球模的机器，这个机器可以产生球模。那么他们的对应关系就是BeanFactory就是那个造球模的机器，球模就是Bean，而球模造出来的球就是Bean的实例。那前面所说的几个扩展点又在什么地方呢？BeanFactoryPostProcessor对应到当造球模被造出来时，你将有机会可以对其做出设当的修正，也就是他可以帮你修改球模。而InitializingBean和DisposableBean是在球模造球的开始和结束阶段，你可以完成一些预备和扫尾工作。BeanPostProcessor就可以让你对球模造出来的球做出适当的修正。最后还有一个FactoryBean，它可是一个神奇的球模。这个球模不是预先就定型了，而是由你来给他确定它的形状，既然你可以确定这个球模型的形状，当然他造出来的球肯定就是你想要的球了，这样在这个箱子里尼可以发现所有你想要的球

Ioc容器如何为我所用

前面的介绍了Spring容器的构建过程，那Spring能为我们做什么，Spring的Ioc容器又能做什么呢？我们使用Spring必须要首先构建Ioc容器，没有它Spring无法工作，ApplicatonContext.xml就是Ioc容器的默认配置文件，Spring的所有特性功能都是基于这个Ioc容器工作的，比如后面要介绍的AOP。

Ioc它实际上就是为你构建了一个魔方，Spring为你搭好了骨骼架构，这个魔方到底能变出什么好的东西出来，这必须要有你的参与。那我们怎么参与？这就是前面说的要了解Spring中那有些扩展点，我们通过实现那些扩展点来改变Spring的通用行为。至于如何实现扩展点来得到我们想要的个性结果，Spring中有很多例子，其中AOP的实现就是Spring本身实现了其扩展点来达到了它想要的特性功能，可以拿来参考。

目录--Spring框架的设计理念与设计模式

Spring框架的设计理念与设计模式(1)-Spring的架构http://javapub.iteye.com/blog/751539

Spring框架的设计理念与设计模式(2)-Spring的设计理念http://javapub.iteye.com/blog/751545

Spring框架的设计理念与设计模式(3)-Bean组件http://javapub.iteye.com/blog/751550

Spring框架的设计理念与设计模式(4)-Context组件http://javapub.iteye.com/blog/751625

Spring框架的设计理念与设计模式(5)-Core组件http://javapub.iteye.com/blog/751627

Spring框架的设计理念与设计模式(6)-Ioc容器及BeanFactory工厂http://javapub.iteye.com/blog/751635

Spring框架的设计理念与设计模式(7)-Spring中AOP特性与实现http://javapub.iteye.com/blog/751642

Spring框架的设计理念与设计模式(8)-代理模式http://javapub.iteye.com/blog/751652

Spring框架的设计理念与设计模式(9)-策略模式http://javapub.iteye.com/blog/751653