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Spring底层核心原理以及手写模拟实现

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Spring容器

  IOC容器是具有依赖注入功能的容器，负责对象的实例化、对象的初始化，对象和对象之间依赖关系配置、对象的销毁、对外提供对象的查找等操作，对象的整个生命周期都是由容器来控制。我们需要使用的对象都由ioc容器进行管理，不需要我们再去手动通过new的方式去创建对象，由ioc容器直接帮我们组装好，当我们需要使用的时候直接从ioc容器中直接获取就可以了。

spring ioc容器是如何知道需要管理哪些对象呢？

  需要我们给ioc容器提供一个配置清单，这个配置支持xml格式和java注解的方式，在配置文件中列出需要让ioc容器管理的对象，以及可以指定让ioc容器如何构建这些对象，当spring容器启动的时候，就会去加载这个配置文件，然后将这些对象给组装好以供外部访问者使用。

IOC容器也叫spring容器。

Spring自带了哪些容器实现？

  • bean 工厂是最简单的容器，提供基本的 DI 支持
  • 应用上下文基于 BeanFactory 构建，并提供应用框架级别的服务。

因为 bean 工厂对大多数应用来说往往太低级了，因此，应用上下文要比 bean 工厂更受欢迎。

创建Spring容器

		// 创建一个Spring容器
		AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
		//ClassPathXmlApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");

AnnotationConfigApplicationContext 、ClassPathXmlApplicationContext 是比较常见的两种创建Spring容器的方式。但是用ClassPathXmlApplicationContext其实已经过时了，在新版的Spring MVC和Spring Boot的底层主要用的都是AnnotationConfigApplicationContext。AnnotationConfigApplicationContext的用法和ClassPathXmlApplicationContext是非常类似的，只不过需要传入的是一个class，而不是一个xml文件。

手写Spring容器

传入一个Java配置类

public class MyApplicationContext {
    private Class configClass;
    public MyApplicationContext(Class configClass){
        this.configClass = configClass;
    }
}

这个时候，就可以通过MyApplicationContext构造方法传入AppConfig.class，然后再通过Java配置类上的 @ComponentScan 注解得到扫描路径

@ComponentScan注解类

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(value = ElementType.TYPE)
public @interface ComponentScan {

    String value() default "";
}

这样AppConfig.class即可通过@ComponentScan 注解添加扫描包路径
在这里插入图片描述

@ComponentScan("org.example.my.service")
public class AppConfig {
}

Spring容器通过AppConfig配置类获取扫描包路径

public class MyApplicationContext {
    private Class configClass;
    public MyApplicationContext(Class configClass){
        this.configClass = configClass;
        scan();
    }

    public void scan(){
        if(this.configClass.isAnnotationPresent(ComponentScan.class)){
            ComponentScan componentScanAnnotation = (ComponentScan)configClass.getAnnotation(ComponentScan.class);
            String path = componentScanAnnotation.value();
        }
    }

}

通过包路径加载所有class获取bean信息

这时候要去target目录下找到路径下的class文件而不是src下面的java文件，可以通过ClassLoader的getResource()方法
在这里插入图片描述

public void scan(){
        if(this.configClass.isAnnotationPresent(ComponentScan.class)){
            ComponentScan componentScanAnnotation = (ComponentScan)configClass.getAnnotation(ComponentScan.class);
            String path = componentScanAnnotation.value();
            path = path.replace(".","/");
            ClassLoader classLoader = MyApplicationContext.class.getClassLoader();
            URL resource = classLoader.getResource(path);
            System.out.println(resource); //file:/C:/Users/ZPJX/IdeaProjects/MySpring/target/classes/org/example/my/service
        }
    }

这里已经取得了扫描包的绝对路径了，然后再通过绝对路径获得扫描包的目录，再通过目录遍历扫描包下面的class文件。获得class文件后要想获得class文件里面是否含有@Component注解，Spring用的是AMS技术，而现在最简单的方式就是用应用程序类加载器加载这个class文件。

public void scan(){
        if(this.configClass.isAnnotationPresent(ComponentScan.class)){
            ComponentScan componentScanAnnotation = (ComponentScan)configClass.getAnnotation(ComponentScan.class);
            String path = componentScanAnnotation.value();
            path = path.replace(".","/");
            ClassLoader classLoader = MyApplicationContext.class.getClassLoader();
            URL resource = classLoader.getResource(path);
            System.out.println(resource); //file:/C:/Users/ZPJX/IdeaProjects/MySpring/target/classes/org/example/my/service
            File file = new File(resource.getFile());
            if (file.isDirectory()) {
                for (File f : file.listFiles()) {
                    String absolutePath = f.getAbsolutePath();
                    absolutePath = absolutePath.substring(absolutePath.lastIndexOf("classes")+"classes".length()+1,absolutePath.indexOf(".class"));
                    absolutePath = absolutePath.replace("\\",".");
                    try {
                        Class<?> clazz = classLoader.loadClass(absolutePath);
                        if(clazz.isAnnotationPresent(Component.class)){
                            //
                        }
                    } catch (ClassNotFoundException e) {
                        throw new RuntimeException(e);
                    }


                }
            }
        }
    }

获取到文件的class对象以后，如果class文件有@Component注解，再将这个bean的定义，也就是beanDefinition保存到一个Map中。

	if(clazz.isAnnotationPresent(Component.class)){
		//取出beanName
		Component componentAnnotation = (Component)clazz.getAnnotation(Component.class);
		String beanName = componentAnnotation.value();
        if("".equals(beanName)){
        	beanName = Introspector.decapitalize(clazz.getSimpleName());
        }
		//创建beanDefinition
		BeanDefinition beanDefinition = new BeanDefinition();
		beanDefinition.setBeanClass(clazz);
		beanDefinition.setBeanName(beanName);
  	    if(clazz.isAnnotationPresent(Scope.class)){
    		Scope scopeAnnotation = (Scope)clazz.getAnnotation(Scope.class);
    	    String scope = scopeAnnotation.value();
    	    beanDefinition.setScopeType(scope);
 	    }else {
 	    	//默认为单例bean
     	   beanDefinition.setScopeType("singleton");
 	  	}
        beanDefinitionMap.put(beanName,beanDefinition);
	}

通过beanDefinitionMap创建单例bean

扫描包完成以后，要通过beanDefinitionMap遍历创建单例bean

		//创建单例bean
        for (Map.Entry<String, BeanDefinition> entry : beanDefinitionMap.entrySet()) {
            BeanDefinition beanDefinition = entry.getValue();
            if(beanDefinition.getScopeType().equals("singleton")){
                Object o = createBean(beanDefinition);
                singletonMap.put(entry.getKey(),o);
            }
        }

	public Object createBean(BeanDefinition beanDefinition){
        Class clazz = beanDefinition.getBeanClass();
        Object instance = null;
        try {
            instance = clazz.getConstructor().newInstance();
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        return instance;
    }

再写getBean(String beanName)方法

    public Object getBean(String beanName){
        if(!beanDefinitionMap.containsKey(beanName)){
            throw new RuntimeException();
        }
        BeanDefinition beanDefinition = beanDefinitionMap.get(beanName);
        String scope = beanDefinition.getScopeType();
        if("singleton".equals(scope)){
            Object singletonBean = singletonMap.get(beanName);
            return singletonBean;
        }else{
            Object prototypeBean = createBean(beanDefinition);
            return prototypeBean;
        }
    }

@Autowired注解类（这里不考虑循环依赖）

再添加@Autowired注解，在createBean中创建一个实例的时候，需要遍历class中的所有字段，判断是否含有@Autowired注解，如果有，则给instance中的该字段注入bean对象。先通过字段类型找bean，如果找到多个，再通过字段名称找bean。

    public Object createBean(BeanDefinition beanDefinition){
        Class clazz = beanDefinition.getBeanClass();
        Object instance = null;
        try {
            instance = clazz.getConstructor().newInstance();
            for (Field field : clazz.getDeclaredFields()) {
                if (field.isAnnotationPresent(Autowired.class)) {
                    field.setAccessible(true);
                    Class type = field.getType();
                    List<String> beanNames = beanDefinitionMap.entrySet().stream().filter(new Predicate<Map.Entry<String, BeanDefinition>>() {
                        @Override
                        public boolean test(Map.Entry<String, BeanDefinition> entry) {
                            BeanDefinition bean = entry.getValue();
                            if(bean.getBeanClass().equals(type)){
                                return true;
                            }
                            return false;
                        }
                    }).map(e->e.getKey()).collect(Collectors.toList());
                    if(beanNames.size()==1){
                        field.set(instance,getBean(beanNames.get(0)));
                    }else {
                        String name = field.getName();
                        field.set(instance,getBean(name));
                    }

                }
            }
        } catch (InstantiationException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (IllegalAccessException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (InvocationTargetException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        return instance;
    }

在给instance注入bean对象的时候，bean对象可能还没创建，当bean为单例的时候，在singletonMap中还找不到，需要创建。
在这里插入图片描述

实现初始化、初始化前、初始化后

注入完成以后，就开始 初始化前、初始化、初始化后等动作了
初始化比较简单，实现一个InitializingBean接口，让bean实现afterPropertiesSet()方法

public interface InitializingBean {

    void afterPropertiesSet() throws Exception;
}

if(instance instanceof InitializingBean){
	((InitializingBean) instance).afterPropertiesSet();
}

在这里插入图片描述
初始化前和初始化后都和BeanPostProcessor有关，可以自定义一个类去实现该接口，同时给类加上@Component注解

public interface BeanPostProcessor {

    default Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName){
        return bean;
    }

    default Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName){
        return bean;
    }
}

在扫描包的时候扫到BeanPostProcessor后放到List

if(BeanPostProcessor.class.isAssignableFrom(clazz)){
	BeanPostProcessor instance = (BeanPostProcessor) clazz.getConstructor().newInstance();
	beanPostProcessorList.add(instance);
	continue;
}


for (BeanPostProcessor beanPostProcessor : beanPostProcessorList) {
	instance = beanPostProcessor.postProcessBeforeInitialization(instance,beanName);
}
if(instance instanceof InitializingBean){
	((InitializingBean) instance).afterPropertiesSet();
}
for (BeanPostProcessor beanPostProcessor : beanPostProcessorList) {
	instance = beanPostProcessor.postProcessAfterInitialization(instance,beanName);
}

beanPostProcessor可以实现动态代理各种操作，就是AOP的实现方法，通过beanPostProcessor实现切面逻辑。

Aware机制

还可以实现各种Aware接口，比如BeanNameAware接口。

if (instance instanceof BeanNameAware) {
	((BeanNameAware) instance).setBeanName(beanName);
}

在这里插入图片描述
一个基本的Spring底层实现就完成啦！

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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