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Spring容器IOC初始化过程---今天终于进行总结了

作为一个经常使用Spring的后端程序员,小编很早就想彻底弄懂整个Spring框架了!但它整体是非常大的,所有继承图非常复杂,加上小编修行尚浅,显得力不从心。不过,男儿在世当立志,今天就先从Spring IOC容器的初始化开始说起,即使完成不了对整个Spring框架的完全掌握,也不丢人,因为小编动手了,稳住,咱能赢!

下面说一些阅读前的建议:

  • 1、阅读源码分析是非常无聊的,但既然你进来了,肯定也是对这个东西进行了解,也希望这篇总结能对你有所启发。
  • 2、前方高能,文章可能会非常的长,图文并茂。
  • 3、阅读前建议你对相关设计模式、软件设计6大原则有所了解,小编会在行文中进行穿插。
  • 4、小编在读大四,学识尚浅,喜欢专研,如果你发现文章观点有所错误或者与你见解有差异,欢迎评论区指出和交流!
  • 5、建议你边看文章的时候可以边在IDE中进行调试跟踪
  • 6、文章所有UML图利用idea自动生成,具体生成方法为: 选中一个类名,先ctrl+shift+alt+U,再ctrl+alt+B,然后回车即可

二、文章将围绕什么来进行展开?

不多,就一行代码,如下图:

Spring容器IOC初始化过程---今天终于进行总结了

这句是Spring初始化的代码,虽然只有一句代码,但内容贼多!

三、Spring 容器IOC 有哪些东西组成?

这样子,小编先理清下思路,一步一步来:

  • 1、上面那句代码有个文件叫 applicationContext.xml ,这是个资源文件,由于我们的 bean 都在里边进行配置定义,那Spring总得对这个文件进行 读取并解析 吧!所以Spring中有个模块叫 Resource 模块,顾名思义,就是 资源 嘛!用于对所有资源 xml、txt、property 等文件资源的抽象。关于对 Resource 的更多知识,可以参考下边两篇文章:

谈一谈我对Spring Resource的理解

Spring资源文件剖析和策略模式应用(李刚)

下面先贴一张小编生成的类图 (图片有点大,不知道会不会不清晰,如果不清晰可以按照上面说的idea生成方法去生成即可)

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可以看到 Resource 是整个体系的根接口,点进源码可以看到它定义了许多的 策略方法 ,因为它是用了 策略模式 这种设计模式,运用的好处就是 策略接口/类 定义了同一的策略,不同的子类有不同的具体策略实现,客户端调用时传入一个具体的实现对象 比如UrlResource或者FileSystemResource策略接口/类Resource 即可!

所有 策略 如下:

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  • 2、上面讲了Spring框架对各种资源的抽象采用了 策略模式 ,那么问题来了,现在表示资源的东西有了,那么是怎么把该资源加载进来呢?于是就有了下面的 ResourceLoader 组件,该组件负责对Spring资源的加载,资源指的是 xmlproperties 等文件资源,返回一个对应类型的 Resource 对象。。UML图如下:
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从上面的UML图可以看出, ResourceLoader 组件其实跟 Resource 组件差不多,都是一个根接口,对应有不同的子类实现,比如加载来自文件系统的资源,则可以使用 FileSystemResourceLoader ,加载来自 ServletContext 上下文的资源,则可以使用 ServletContextResourceLoader 。 还有最重要的一点,从上图看出, ApplicationContext , AbstractApplication 是实现了 ResourceLoader 的,这说明什么呢?说明我们的应用上下文 ApplicationContext 拥有加载资源的能力,这也说明了为什么可以通过传入一个 String resource pathClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml") 就能获得xml文件资源的原因了!清晰了吗?nice!

  • 3、上面两点讲到了,好!既然我们拥有了加载器 ResourceLoader ,也拥有了对资源的描述 Resource ,但是我们在xml文件中声明的 <bean/> 标签在Spring又是怎么表示的呢?注意这里只是说对 bean 的定义,而不是说如何将 <bean/> 转换为 bean 对象。我想应该不难理解吧!就像你想表示一个学生 Student ,那么你在程序中肯定要声明一个类 Student 吧!至于学生数据是从 excel 导入,或者程序运行时 new 出来,或者从 xml 中加载进来这些都不重要,重要的是你要有一个将现实中的实体表示为程序中的对象的东西,所以 <bean/> 也需要在Spring中做一个定义!于是就引入一个叫 BeanDefinition 的组件,UML图如下:
Spring容器IOC初始化过程---今天终于进行总结了

下面讲解下UML图:

首先配置文件中的 <bean/> 标签跟我们的 BeanDefinition 是一一对应的, <bean> 元素标签拥有 classscopelazy-init 等配置属性, BeanDefinition 则提供了相应的 beanClassscopelazyInit 属性。

其中 RootBeanDefinition 是最常用的实现类,它对应一般性的 <bean> 元素标签, GenericBeanDefinition 是自 2.5 以后新加入的 bean 文件配置属性定义类,是一站式服务类。在配置文件中可以定义父 <bean> 和子 <bean> ,父 <bean>RootBeanDefinition 表示,而子 <bean>ChildBeanDefiniton 表示,而没有父 <bean><bean> 就使用 RootBeanDefinition 表示。 AbstractBeanDefinition 对两者共同的类信息进行抽象。 Spring 通过 BeanDefinition 将配置文件中的 <bean> 配置信息转换为容器的内部表示,并将这些 BeanDefiniton 注册到 BeanDefinitonRegistry 中。 Spring 容器的 BeanDefinitionRegistry 就像是 Spring 配置信息的内存数据库,主要是以 map 的形式保存,后续操作直接从 BeanDefinitionRegistry 中读取配置信息。一般情况下, BeanDefinition 只在容器启动时加载并解析,除非容器刷新或重启,这些信息不会发生变化,当然如果用户有特殊的需求,也可以通过编程的方式在运行期调整 BeanDefinition 的定义。

  • 4、有了加载器 ResourceLoader ,也拥有了对资源的描述 Resource ,也有了对 bean 的定义,我们不禁要问,我们的 Resource 资源是怎么转成我们的 BeanDefinition 的呢?因此就引入了 BeanDefinitionReader 组件,Reader嘛!就是一种读取机制,UML图如下:
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从上面可以看出,Spring 对reader进行了抽象,具体的功能交给其子类去实现,不同的实现对应不同的类,如 PropertiedBeanDefinitionReader , XmlBeanDefinitionReader 对应从Property和xml的Resource解析成 BeanDefinition

其实这种读取数据转换成内部对象的,不仅仅是Spring专有的,比如:Dom4j解析器 SAXReader reader = new SAXReader(); Document doc = reader.read(url.getFile()); //url是一个URLResource对象 严格来说,都是Reader体系吧,就是将统一资源数据对象读取转换成相应内部对象。

  • 5、好了!基本上所有组件都快齐全了!对了,还有一个组件,你有了 BeanDefinition 后,你还必须将它们注册到工厂中去,所以当你使用 getBean() 方法时工厂才知道返回什么给你。还有一个问题,既然要保存注册这些 bean ,那肯定要有个数据结构充当容器吧!没错,就是一个 Map ,下面贴出 BeanDefinitionRegistry 的一个实现,叫 SimpleBeanDefinitionRegistry 的源码图:
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BeanDefinitionRegistry 的UML图如下:

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从图中可以看出, BeanDefinitionRegistry 有三个默认实现,分别是 SimpleBeanDefinitionRegistryDefaultListableBeanFactoryGenericApplicationContext ,其中 SimpleBeanDefinitionRegistryDefaultListableBeanFactory 都持有一个Map,也就是说这两个实现类把保存了bean。而 GenericApplicationContext 则持有一个 DefaultListableBeanFactory 对象引用用于获取里边对应的Map。 在 DefaultListableBeanFactory

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GenericApplicationContext

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  • 6、前面说的5个点基本上可以看出 ApplicationContext 上下文基本直接或间接贯穿所有的部分,因此我们一般称之为 容器 ,除此之外, ApplicationContext 还拥有除了 bean容器 这种角色外,还包括了获取整个程序运行的环境参数等信息(比如JDK版本,jre等),其实这部分Spring也做了对应的封装,称之为 Enviroment ,下面就跟着小编的eclipse,一起debug下容器的初始化工程吧!
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四、实践是检验真理的唯一标准

学生类 Student.java 如下:

package com.wokao666;

public class Student {

	private int id;
	private String name;
	private int age;

	public int getId() {
		return id;
	}

	public void setId(int id) {
		this.id = id;
	}

	public String getName() {
		return name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}

	public int getAge() {
		return age;
	}

	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}

	public Student(int id, String name, int age) {
		super();
		this.id = id;
		this.name = name;
		this.age = age;
	}

	public Student() {
		super();
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "Student [id=" + id + ", name=" + name + ", age=" + age + "]";
	}

}

application.xml 中进行配置,两个 bean :

<bean id="stu1" class="com.wokao666.Student">
 	<property name="id" value="1"></property>
 	<property name="name" value="xiaoming"></property>
 	<property name="age" value="21"></property>
 </bean>
  <bean id="stu2" class="com.wokao666.Student">
 	<property name="id" value="2"></property>
 	<property name="name" value="xiaowang"></property>
 	<property name="age" value="22"></property>
 </bean>

好了,接下来给最开头那段代码打个断点( Breakpoint ):

第一步: 急切地加载ContextClosedEvent类,以避免在WebLogic 8.1中的应用程序关闭时出现奇怪的类加载器问题。

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这一步无需太过在意!

第二步: 既然是new ClassPathXmlApplicationContext() 那么就调用构造器嘛!

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第三步:

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第四步:

好,我们跟着第三步中的 super(parent) ,再结合上面第三节的第6小点UML图一步一步跟踪,然后我们来到 AbstractApplicationContext 的这个方法:

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那么里边的 resourcePatternResolver 的类型是什么呢?属于第三节说的6大步骤的哪个部分呢?通过跟踪可以看到它的类型是 ResourcePatternResolver 类型的,而 ResourcePatternResolver 又是继承了 ResourceLoader 接口,因此属于加载资源模块,如果还不清晰,咱们再看看 ResourcePatternResolver 的源码即可,如下图:

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对吧!不仅继承 ResourceLoader 接口,而且只定义一个 getResources() 方法用于返回 Resource[] 资源集合。再者,这个接口还使用了 策略模式 ,其具体的实现都在实现类当中,好吧!来看看UML图就知道了!

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PathMatchingResourcePatternResolver 这个实现类呢!它就是用来解释不同路径资源的,比如你传入的资源路径有可能是一个常规的 url ,又或者有可能是以 classpath* 前缀,都交给它处理。

ServletContextResourcePatternResolver 这个实现类顾名思义就是用来加载 Servlet 上下文的,通常用在web中。

第五步:

接着第四步的方法,我们在未进入第四步的方法时,此时会对 AbstractApplicationContext 进行实例化,此时 this 对象的某些属性被初始化了 (如日志对象) ,如下图:

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接着进入 getResourcePatternResolver() 方法:

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第四步说了, PathMatchingResourcePatternResolver 用来处理不同的资源路径的,怎么处理,我们先进去看看!

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如果找到,此时控制台会打印 找到用于OSGi包URL解析的Equinox FileLocator 日志。没打印很明显找不到!

运行完成返回 setParent() 方法。

第六步:

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如果父代是非 null ,,则该父代与当前 this 应用上下文环境合并。显然这一步并没有做什么事! parent 显然是 null 的,那么就不合并嘛!还是使用当前 this 的环境。

做个总结:前六步基本上做了两件事:

  • 1、初始化相关上下文环境,也就是初始化 ClassPathXmlApplicationContext 实例
  • 2、获得一个 resourcePatternResolver 对象,方便第七步的资源解析成 Resource 对象

第七步:

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第七步又回到刚开始第三步的代码,因为我们前面6步已经完成对 super(parent) 的追踪。让我们看看 setConfigLocation() 方法是怎么一回事~

/**
	 * Set the config locations for this application context.//未应用上下文设置资源路径
	 * <p>If not set, the implementation may use a default as appropriate.//如果未设置,则实现可以根据需要使用默认值。
	 */
	public void setConfigLocations(String... locations) {
		if (locations != null) {//非空
			Assert.noNullElements(locations, "Config locations must not be null");//断言保证locations的每个元素都不为null
			this.configLocations = new String[locations.length];
			for (int i = 0; i < locations.length; i++) {
				this.configLocations[i] = resolvePath(locations[i]).trim();//去空格,很好奇resolvePath做了什么事情?
			}
		}
		else {
			this.configLocations = null;
		}
	}

进入 resolvePath() 方法看看:

/**
	 * 解析给定的资源路径,必要时用相应的环境属性值替换占位符,应用于资源路径配置。
	 * Resolve the given path, replacing placeholders with corresponding
	 * environment property values if necessary. Applied to config locations.
	 * @param path the original file path
	 * @return the resolved file path
	 * @see org.springframework.core.env.Environment#resolveRequiredPlaceholders(String)
	 */
	protected String resolvePath(String path) {
		return getEnvironment().resolveRequiredPlaceholders(path);
	}

进入 getEnvironment() 看看:

/**
	 * {@inheritDoc}
	 * <p>If {@code null}, a new environment will be initialized via
	 * {@link #createEnvironment()}.
	 */
	@Override
	public ConfigurableEnvironment getEnvironment() {
		if (this.environment == null) {
			this.environment = createEnvironment();
		}
		return this.environment;
	}

进入 createEnvironment() ,方法,我们看到在这里创建了一个新的 StandardEnviroment 对象,它是 Environment 的实现类,表示容器运行的环境,比如JDK环境,Servlet环境,Spring环境等等,每个环境都有自己的配置数据,如 System.getProperties()System.getenv() 等可以拿到JDK环境数据; ServletContext.getInitParameter() 可以拿到Servlet环境配置数据等等,也就是说Spring抽象了一个 Environment 来表示环境配置。

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生成的 StandardEnviroment 对象并没有包含什么内容,只是一个标准的环境,所有的属性都是默认值。

总结:对传入的 path 进行路径解析

第八步: 这一步是重头戏

先做个小结:到现在为止,我们拥有了以下实例:

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现在代码运行到如下图的 refresh() 方法:

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看一下这个方法的内容是什么?

@Override
	public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
		synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
			// 刷新前准备工作,包括设置启动时间,是否激活标识位,初始化属性源(property source)配置
			prepareRefresh();

			// 创建beanFactory(过程是根据xml为每个bean生成BeanDefinition并注册到生成的beanFactory
			ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

			//准备创建好的beanFactory(给beanFactory设置ClassLoader,设置SpEL表达式解析器,设置类型转化器【能将xml String类型转成相应对象】,
			//增加内置ApplicationContextAwareProcessor对象,忽略各种Aware对象,注册各种内置的对账对象【BeanFactory,ApplicationContext】等,
			//注册AOP相关的一些东西,注册环境相关的一些bean
			prepareBeanFactory(beanFactory);

			try {
				// 模板方法,为容器某些子类扩展功能所用(工厂后处理器)这里可以参考BeanFactoryPostProcessor接口的postProcessBeanFactory方法
				postProcessBeanFactory(beanFactory);

				// 调用所有BeanFactoryPostProcessor注册为Bean
				invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

				// 注册所有实现了BeanPostProcessor接口的Bean
				registerBeanPostProcessors(beanFactory);

				// 初始化MessageSource,和国际化相关
				initMessageSource();

				// 初始化容器事件传播器
				initApplicationEventMulticaster();

				// 调用容器子类某些特殊Bean的初始化,模板方法
				onRefresh();

				// 为事件传播器注册监听器
				registerListeners();

				// 初始化所有剩余的bean(普通bean)
				finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

				// 初始化容器的生命周期事件处理器,并发布容器的生命周期事件
				finishRefresh();
			}
			catch (BeansException ex) {
				if (logger.isWarnEnabled()) {
					logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
							"cancelling refresh attempt: " + ex);
				}
				// 销毁已创建的bean
				destroyBeans();
				// 重置`active`标志
				cancelRefresh(ex);
				throw ex;
			}
			finally {
                                //重置一些缓存
				resetCommonCaches();
			}
		}
	}

在这里我想说一下,这个 refresh() 方法其实是一个模板方法,很多方法都让不同的实现类去实现,但该类本身也实现了其中一些方法,并且这些已经实现的方法是不允许子类重写的,比如: prepareRefresh() 方法。更多模板方法设计模式,可看我之前的文章 谈一谈我对‘模板方法’设计模式的理解(Template)

先进入 prepareRefresh() 方法:

/**
	 * Prepare this context for refreshing, setting its startup date and
	 * active flag as well as performing any initialization of property sources.
	 */
	protected void prepareRefresh() {
		this.startupDate = System.currentTimeMillis();//设置容器启动时间
		this.closed.set(false);//容器关闭标志,是否关闭?
		this.active.set(true);//容器激活标志,是否激活?
        
		if (logger.isInfoEnabled()) {//运行到这里,控制台就会打印当前容器的信息
			logger.info("Refreshing " + this);
		}

		// 空方法,由子类覆盖实现,初始化容器上下文中的property文件
		initPropertySources();

		//验证标记为必需的所有属性均可解析,请参阅ConfigurablePropertyResolver#setRequiredProperties
		getEnvironment().validateRequiredProperties();

		//允许收集早期的ApplicationEvents,一旦多播器可用,即可发布...
		this.earlyApplicationEvents = new LinkedHashSet<ApplicationEvent>();
	}

控制台输出:

三月 22, 2018 4:21:13 下午 org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext prepareRefresh
信息: Refreshing org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext@96532d6: startup date [Thu Mar 22 16:21:09 CST 2018]; root of context hierarchy

第九步:

进入 obtainFreshBeanFactory() 方法:

/**
	 * 告诉子类刷新内部bean工厂(子类是指AbstractApplicationContext的子类,我们使用的是ClassPathXmlApplicationContext)
	 * Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
	 */
	protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory() {
		refreshBeanFactory();//刷新Bean工厂,如果已经存在Bean工厂,那就关闭并销毁,再创建一个新的bean工厂
		ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();//获取新创建的Bean工厂
		if (logger.isDebugEnabled()) {
			logger.debug("Bean factory for " + getDisplayName() + ": " + beanFactory);//控制台打印
		}
		return beanFactory;
	}

进入 refreshBeanFactory() 方法:

/**
	 * 该实现执行该上下文的基础Bean工厂的实际刷新,关闭以前的Bean工厂(如果有的话)以及为该上下文的生命周期的下一阶段初始化新鲜的Bean工厂。
	 * This implementation performs an actual refresh of this context's underlying
	 * bean factory, shutting down the previous bean factory (if any) and
	 * initializing a fresh bean factory for the next phase of the context's lifecycle.
	 */
	@Override
	protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException {
		if (hasBeanFactory()) {//如果已有bean工厂
			destroyBeans();//销毁
			closeBeanFactory();//关闭
		}
		try {
			DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();//创建一个新的bean工厂
			beanFactory.setSerializationId(getId());//为序列化目的指定一个id,如果需要,可以将此BeanFactory从此id反序列化回BeanFactory对象。
			//定制容器,设置启动参数(bean可覆盖、循环引用),开启注解自动装配
			customizeBeanFactory(beanFactory);
			////将所有BeanDefinition载入beanFactory中,此处依旧是模板方法,具体由子类实现
			loadBeanDefinitions(beanFactory);
			//beanFactory同步赋值
			synchronized (this.beanFactoryMonitor) {
				this.beanFactory = beanFactory;
			}
		}
		catch (IOException ex) {
			throw new ApplicationContextException("I/O error parsing bean definition source for " + getDisplayName(), ex);
		}
	}

总结:这一步主要的工作就是判断刷新容器前是否已经有beanfactory存在,如果有,那么就销毁旧的beanfactory,那么就销毁掉并且创建一个新的beanfactory返回给容器,同时将xml文件的 BeanDefinition 注册到beanfactory中。 如果不太清楚可以回过头看看我们的第三节第5点内容

第十步:

进入第九步的 loadBeanDefinitions(beanFactory) 方法中去 take a look :

/**
	 * 使用XmlBeanDefinitionReader来加载beandefnition,之前说过使用reader机制加载Resource资源变为BeanDefinition对象
	 * Loads the bean definitions via an XmlBeanDefinitionReader.
	 * @see org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanDefinitionReader
	 * @see #initBeanDefinitionReader
	 * @see #loadBeanDefinitions
	 */
	@Override
	protected void loadBeanDefinitions(DefaultListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException, IOException {
		// 创建XmlBeanDefinitionReader对象
		XmlBeanDefinitionReader beanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReader(beanFactory);

		// 使用当前上下文Enviroment中的Resource配置beanDefinitionReader,因为beanDefinitionReader要将Resource解析成BeanDefinition嘛!
		beanDefinitionReader.setEnvironment(this.getEnvironment());
		beanDefinitionReader.setResourceLoader(this);
		beanDefinitionReader.setEntityResolver(new ResourceEntityResolver(this));

		//初始化这个reader
		initBeanDefinitionReader(beanDefinitionReader);
		//将beandefinition注册到工厂中(这一步就是将bean保存到Map中)
		loadBeanDefinitions(beanDefinitionReader);
	}

控制台输出:

三月 22, 2018 5:09:40 下午 org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanDefinitionReader loadBeanDefinitions
信息: Loading XML bean definitions from class path resource [applicationContext.xml]

第十一步:

进入 prepareBeanFactory(beanFactory) 方法:

//设置bean类加载器
//设置Spring语言表达式(SpEL)解析器
//扫描ApplicationContextAware bean
//注册类加载期类型切面织入(AOP)LoadTimeWeaver
//为各种加载进入beanFactory的bean配置默认环境

第十二步:

postProcessBeanFactory(beanFactory) 方法:

postProcessBeanFactory 同样作为一个模板方法,由子类来提供具体的实现,子类可以有自己的特殊对 BeanDefinition 后处理方法,即子类可以在这对前面生成的 BeanDefinition ,即 bean 的元数据再处理。比如修改某个 beanid/name 属性、 scope 属性、 lazy-init 属性等。

第十三步:

invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory) 方法:

该方法调用所有的 BeanFactoryPostProcessor ,它是一个接口,实现了此接口的类需重写 postProcessBeanFactory() 这个方法,可以看出该方法跟第十二步的方法是一样的,只不过作为接口,更多的是提供给开发者来对生成的 BeanDefinition 做处理,由开发者提供处理逻辑。

第十四步:

其余剩下的方法基本都是像 初始化消息处理源 , 初始化容器事件 , 注册bean监听器到事件传播器上 ,最后完成容器刷新。

五、总结

恭喜我,我终于写完了,同样也恭喜你,你也阅读完了。

我很佩服我自己能花这么长时间进行总结发布,之所以要进行总结,那是因为小编还是赞同 好记性不如烂笔头 的说法。

你不记,你过阵子就会忘记,你若记录,你过阵子也会忘记!区别在于忘记了,可以回过头在很短的时间内进行回忆,查漏补缺,减少学习成本。

再者,我认为我分析的还不是完美的,缺陷很多,因此我将我写的所有文章发布出来和大家探讨交流,汕头大学有校训说得非常地好,那就是说之知识是用来共享的,因为共享了,知识才能承前启后。

现在再梳理一下Spring初始化过程:

  • 1、首先初始化上下文,生成 ClassPathXmlApplicationContext 对象,在获取 resourcePatternResolver 对象将 xml 解析成 Resource 对象。
  • 2、利用1生成的context、resource初始化工厂,并将resource解析成beandefinition,再将beandefinition注册到beanfactory中。

朋友们,发现毛病,请评论告诉小编,一起交流一起交流!

原文  https://juejin.im/post/5ab30714f265da237b21fbcc
正文到此结束
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