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基于Spring和Spring Boot框架的集成与扩展点

前言

对于每个Java程序员来说，Spring应该是我们Java学习中第一个开始接触的技术框架，而且应该是每个Java程序员使用和熟悉程度最高的技术框架。近些年来，Spring的生态慢慢变得的越来越丰富，Spring Boot作为一种开箱即用的集大成者，整合了常用的一些模块，大大减少了重复性的工作，这离不开Spring框架的扩展性，同时Spring Cloud也基于Spring衍生出了微服务实施的一整套解决方案，大大推进了微服务的技术落地。从2004年Spring框架发布，已经历经15年发展，Spring框架慢慢的成为Java生态中的基础设施，正是其不断的发展，让Java生命力的越来越强大。

最近在工作中使用到了Nacos作为配置中心，顺便熟悉了Nacos Spring Boot Starter和Nacos Spring Cloud的一些代码，发现对于Spring中的一些特性慢慢生疏，对此作了一些反思，主要平时更加专注于业务场景解决方案和其他中间件的使用，而且技术学习的重心更加倾向于原理介绍和最佳实践，然而目前作为一名Java开发人员，Java原生包是Java技术体系的根基，Spring框架是Java生态的基础设施，两者都需要持续不断的学习，更新知识体系。

伴随着对Nacos源码的阅读，慢慢带着问题重新学习了一些Spring框架中的常用类和结构，如果我们要基于Spring框架做扩展，或者集成一些基础中间件，这些特性和扩展点成为了不可或缺的知识。

Spring Bean和BeanFactory

Bean生命周期中的扩展点

Bean的生命周期

首先必须先了解Bean加载和实例化过程中都包含哪些过程

基于Spring和Spring Boot框架的集成与扩展点

通常来说Bean生命周期过程执行顺序包含了 1. 创建BeanDefinition

2. 创建Bean，初始化字段

3. 执行Aware接口(包括常见的BeanNameAware，BeanFactoryAware，EnvironmentAware，ApplicationContextAware等)

4. 执行BeanPostProcessor的postProcessBeforeInitialization

5. 执行InitializingBean#AfterProperiesSet方法

6. 执行init-method(xml)或者@InitMethod或者@Bean(initMethod="")指定的初始化方法

7. 执行BeanPostProcessor#postProcessAfterInitialization方法

8. 执行DisposableBean#destroy方法

请注意：实例化(Instantiation)和初始化(Initialization)是两个不一样的阶段

InstantiationAwareBeanPostProcessor接口

Bean Instantiation作为Bean生命周期的第一个阶段，这个接口提供Bean实例化过程的前置处理方法postProcessBeforeInitialization和后置处理方法postProcessAfterInitialization。通常来说，如果要扩展此接口，继承InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter是更好的选择。例如在Spring源码中，AutowiredAnnotationBeanPostProcessor就是作为InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter子类，实现了@Autowire和@Value注解的处理，同样，Nacos @NacosValue注解处理也采用了类似的方式。

另外一个子类是CommonAnnotationBeanPostProcessor，这个类用来处理 JSR-250 注解，例如我们常用的@Resource，和后面会提到的@PostConstruct，@PreDestroy。

那么如果我们要实现自定义注解的处理，可以采用类似的方式，通过实现InstantiationAwareBeanPostProcessor接口或者继承InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter类来完成。

Aware接口

正如接口名一样， Aware 接口通常用于我们需要对一些对象需要感知，通常使用较多的一些子类有

EnvironmentAware

通过setEnvironment方法感知环境信息，包括了profile和当前profile下的配置信息。Spring中的@Value和Spring Boot中的@PropertySource的Property值都是从Spring当前的Environment对象中获取，严格的Environment对象不仅仅包含了我们常用的application-{profile}.properties配置文件，同时包含了多个层级而且有优先级顺序的多种参数，例如JVM参数，系统参数等，可以通过 Spring Boot配置说明文档了解更多。Nacos作为分布式配置中心就是作为一个配置对象添加到Environment配置列表中。
ApplicationContextAware
BeanNameAware
BeanFactoryAware
ApplicationEventPublisherAware

BeanPostProcessor接口

BeanPostProcessor接口提供对Bean初始化的前置和后置处理方法，主要包含了两个方法，具体执行时间参考生命周期图

postProcessBeforeInitialization
postProcessAfterInitialization

其中一些常用子类主要包含
MergedBeanDefinitionPostProcessor

```java /** * Post-process the given merged bean definition for the specified bean. - @param beanDefinition the merged bean definition for the bean
- @param beanType the actual type of the managed bean instance
- @param beanName the name of the bean
  
  **/ void postProcessMergedBeanDefinition(RootBeanDefinition beanDefinition, ClassbeanType, String beanName); ```
- 调用时间：Bean实例化后，PopulateBean前
- 使用场景：通过此方法可以获取到BeanDefinition信息，那么就可以Bean初始化前对BeanDefinition进行检查，或者动态修改BeanDefinition数据，但是在Spring框架中大部分用于对BeanDefinition的读取而不是变更

InitializingBean和DisposableBean接口

分别对应JSR-250里面的注解* @PostConstruct和@PreDestroy注解

其他

BeanFactoryPostProcessor

/**
     * Modify the application context's internal bean factory after its standard
     * initialization. All bean definitions will have been loaded, but no beans
     * will have been instantiated yet. This allows for overriding or adding
     * properties even to eager-initializing beans.
     * @param beanFactory the bean factory used by the application context
     * @throws org.springframework.beans.BeansException in case of errors
     */
    void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException;

调用时间：在Spring容器读取配置信息，但是Bean实例化前调用
使用场景：在所有配置信息读取后需要对某些Bean的BeanDefiniition进行修改，例如我们通常会使用Spel表达式来定义一些字段的值，Spring中的实现就是通过BeanFactoryPostProcessor的实现类PropertyPlaceholderConfigurer来解析并修改BeanDefiniition中的MutablePropertyValues，提前对应的表达式值解析，具体参考PropertyPlaceholderConfigurer#processProperties方法

容器启动过程扩展

ApplicationContextInitializer

Spring 容器在Environment创建成功后会在prepareContext方法内调用ApplicationContextInitializer#initialize
SmartInitializingSingleton

调用时间：所有的单例Bean都已经实例化，但是还没有初始化

使用场景：同样适用于自定义注解的处理，只不过处理的时机相对于InstantiationAwareBeanPostProcessor有了推迟。
SpringApplicationRunListener

Spring IOC容器启动过程中的监听，主要方法
- starting
- environmentPrepared
- contextPrepared
- contextLoaded
- started
- running
- failed
如果熟悉Spring容器启动流程的话，就了解每个方法的含义。

ApplicationEvent和ApplicationListener

public interface ApplicationListener<E extends ApplicationEvent> extends EventListener {

/**
* Handle an application event.
* @param event the event to respond to
*/
void onApplicationEvent(E event);

}

相对于SpringApplicationRunListener来说，ApplicationListener具有更强的扩展性，并且Spring内置了很多的Event类，通过这些Event，我们可以更好的监听IOC容器的启动过程，如果要自定义ApplicationEvent来扩展，可以通过实现ApplicationEventMulticaster接口管理来ApplicationListener和主动广播Event来实现。

下面是Spring Boot扩展的的ApplicationEvent

ApplicationEnvironmentPreparedEvent
ApplicationEnvironmentPreparedEvent
ApplicationPreparedEvent
ApplicationPreparedEvent
ApplicationStartedEvent
ApplicationStartedEvent
ApplicationReadyEvent
ApplicationReadyEvent
ApplicationFailedEvent
ApplicationFailedEvent
ApplicationStartingEvent
ApplicationStartingEvent
ContextRefreshedEvent

Spring Context的ApplicationEvent

ContextClosedEvent
ContextRefreshedEvent
ContextStoppedEvent
ContextStartedEvent

@EventListener

当然Spring 4.2版本后提供了一种更为简单的扩展方式，我们可以在作为EventListener来处理事件的方法上使用@EventListener注解,方法的参数通常代表了Event类，可以是一个任意的类型，然后通过注入ApplicationEventPublisher来发布对应的Event，

/**
     * Notify all <strong>matching</strong> listeners registered with this
     * application of an application event. Events may be framework events
     * (such as RequestHandledEvent) or application-specific events.
     * @param event the event to publish
     * @see org.springframework.web.context.support.RequestHandledEvent
     */
    default void publishEvent(ApplicationEvent event) {
      publishEvent((Object) event);
    }

    /**
     * Notify all <strong>matching</strong> listeners registered with this
     * application of an event.
     * <p>If the specified {@code event} is not an {@link ApplicationEvent},
     * it is wrapped in a {@link PayloadApplicationEvent}.
     * @param event the event to publish
     * @since 4.2
     * @see PayloadApplicationEvent
     */
    void publishEvent(Object event);

通过API可以看到，在Spring 4.2后支持任意类型的Event发布，而不需要实现ApplicationEvent接口

自动配置

spring.factories

Spring Boot开箱即用的特性，是通过大量AutoXXXConfiguration类来完成一些Configuration Metadata的自动配置，而实现和扩展auto-configuration的入口便是spring.factories文件。

那么，如果我们要提供一些spring-boot-starter包,并且完成自定义Configuration的auto-configuration，只需要在jar包内的 META-INF/spring.factories 文件中增加 org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=CustomClass 就可以实现自动配置。官方文档也给出了更为详细的说明。
动态Import

除了通过AutoXXXConfiguration类来完成自动配置，我们也经常在Spring boot中看到@EnableXXX这样的注解，这些类提供了对应特性的手动开启，而底层就是在对应的@EnableXXX注解上添加@Import实现，通过@Import来实现对应Configuration类的导入。

一种用法是直接通过@Import指定要加载的类。

另外一种常用方法是通过在@Enable*注解中指定Import对应特定的类，并通过注解的Metadata来让用户指定对应的参数，这样就可以更加灵活，例如Spring中的@EnableAsync和@EnableCaching。那么，如果需要根据注解的Metadata来动态加载Bean，通常来说需要用到
- ImportSelector
java /** * Select and return the names of which class(es) should be imported based on * the {@link AnnotationMetadata} of the importing @{@link Configuration} class. */ String[] selectImports(AnnotationMetadata importingClassMetadata); selectImports方法返回哪些类需要被加载
- ImportBeanDefinitionRegistrar
java /** * Register bean definitions as necessary based on the given annotation metadata of * the importing {@code @Configuration} class. * <p>Note that {@link BeanDefinitionRegistryPostProcessor} types may <em>not</em> be * registered here, due to lifecycle constraints related to {@code @Configuration} * class processing. * @param importingClassMetadata annotation metadata of the importing class * @param registry current bean definition registry */ public void registerBeanDefinitions( AnnotationMetadata importingClassMetadata, BeanDefinitionRegistry registry); 通过AnnotationMetadata参数可以获取@EnableXXX注解的一些配置信息，然后通过BeanDefinitionRegistry修改BeanDefinition，比如设置Bean的某些Field的值。

工具类

ReflectionUtils

反射工具类
Assert

断言工具类，提供一些常用的isTrue，isEmpty之类的断言判断方法
StopWatch

类似于guava中的Stopwatch类，用于记录执行耗时
AnnotationUtils和AnnotatedElementUtils

区别在于前者不支持 annotation attribute overrides ， Spring注解模型对 annotation attribute overrides 有详细说明
MethodIntrospector

方法内省，ReflectionUtils提供了类级别的一些基本的方法，而MethodIntrospector只针对方法，内置的多个selectMethods可以对包含特性信息的方法进行查找，例如@EventListener的注解处理类EventListenerMethodProcessor就是通过这个工具来查找包含了@EventListener注解的方法。
BeanWrapper和BeanWrapperImpl

Bean操作类，相对于apache commons的BeanMap类，BeanWrapper支持对嵌套属性的访问和修改，以及对Map，List特定元素的修改。

如同 Spring 设计哲学中提到的 Provide choice at every level 一样，Spring在设计过程中通过极强的扩展性和良好的API，我们可以即使在系统已经完成设计后，通过不同的扩展接口来无侵入对系统进行扩展和改造，并且Spring优秀的接口和类结构设计也为Spring生态的持续健康发展提供了保证，我想这也是我在API设计时应该学习和借鉴的。