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@RefreshScope 自动刷新原理（三）

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絮叨

上篇文章和大家分析了 Nacos 的配置中心原理，分析了客户端的原理还有服务端的原理，那么接下来就是我们要配合这个@RefreshScope这个注解来完成我们的自动配置

采坑SpringBoot2.2.0+Nacos做分布式配置中心原理（一）
Nacos做分布式配置中心原理（二）

BeanScope

在SpringIOC中，我们熟知的BeanScope有单例（singleton）、原型（prototype）， Bean的Scope影响了Bean的管理方式，例如创建Scope=singleton的Bean时，IOC会保存实例在一个Map中，保证这个Bean在一个IOC上下文有且仅有一个实例。SpringCloud新增了一个refresh范围的scope，同样用了一种独特的方式改变了Bean的管理方式，使得其可以通过外部化配置（.properties）的刷新，在应用不需要重启的情况下热加载新的外部化配置的值。

那么这个scope是如何做到热加载的呢？RefreshScope主要做了以下动作：

单独管理Bean生命周期创建Bean的时候如果是RefreshScope就缓存在一个专门管理的ScopeMap中，这样就可以管理Scope是Refresh的Bean的生命周期了重新创建Bean 外部化配置刷新之后，会触发一个动作，这个动作将上面的ScopeMap中的Bean清空，这样，这些Bean就会重新被IOC容器创建一次，使用最新的外部化配置的值注入类中，达到热加载新值的效果下面我们深入源码，来验证我们上述的讲法。

管理RefreshBean的生命周期

首先，若想要一个Bean可以自动热加载配置值，这个Bean要被打上@RefreshScope注解，那么就看看这个注解做了什么：

@Target({ ElementType.TYPE, ElementType.METHOD })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Scope("refresh")
@Documented
public @interface RefreshScope {

	/**
	 * @see Scope#proxyMode()
	 * @return proxy mode
	 */
	ScopedProxyMode proxyMode() default ScopedProxyMode.TARGET_CLASS;

}
复制代码

可以发现RefreshScope有一个属性 proxyMode=ScopedProxyMode.TARGET_CLASS，这个是AOP动态代理用，之后会再来提这个

可以看出其是一个复合注解，被标注了 @Scope("refresh") ，其将Bean的Scope变为refresh这个类型，在SpringBoot中BootStrap类上打上@SpringBootApplication注解（里面是一个@ComponentScan），就会扫描包中的注解驱动Bean，扫描到打上RefreshScope注解的Bean的时候，就会将其的BeanDefinition的scope变为refresh，这有什么用呢？

创建一个Bean的时候，会去BeanFactory的doGetBean方法创建Bean，不同scope有不同的创建方式：

protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,
                          @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {

  //....

  // Create bean instance.
  // 单例Bean的创建
  if (mbd.isSingleton()) {
    sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
      try {
        return createBean(beanName, mbd, args);
      }
      //...
    });
    bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
  }

  // 原型Bean的创建
  else if (mbd.isPrototype()) {
    // It's a prototype -> create a new instance.
		// ...
    try {
      prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
    }
    //...
    bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
  }

  else {
    // 由上面的RefreshScope注解可以知道，这里scopeName=refresh
    String scopeName = mbd.getScope();
    // 获取Refresh的Scope对象
    final Scope scope = this.scopes.get(scopeName);
    if (scope == null) {
      throw new IllegalStateException("No Scope registered for scope name '" + scopeName + "'");
    }
    try {
      // 让Scope对象去管理Bean
      Object scopedInstance = scope.get(beanName, () -> {
        beforePrototypeCreation(beanName);
        try {
          return createBean(beanName, mbd, args);
        }
        finally {
          afterPrototypeCreation(beanName);
        }
      });
      bean = getObjectForBeanInstance(scopedInstance, name, beanName, mbd);
    }
    //...
  }
}
//...
}

//...
}

复制代码

这里可以看到几件事情：

单例和原型scope的Bean是硬编码单独处理的
除了单例和原型Bean，其他Scope是由Scope对象处理的
具体创建Bean的过程都是由IOC做的，只不过Bean的获取是通过Scope对象

这里scope.get获取的Scope对象为RefreshScope，可以看到，创建Bean还是由IOC来做（createBean方法），但是获取Bean，都由RefreshScope对象的get方法去获取，其get方法在父类GenericScope中实现：

public Object get(String name, ObjectFactory<?> objectFactory) {
  // 将Bean缓存下来
  BeanLifecycleWrapper value = this.cache.put(name,
                                              new BeanLifecycleWrapper(name, objectFactory));
  this.locks.putIfAbsent(name, new ReentrantReadWriteLock());
  try {
    // 创建Bean，只会创建一次，后面直接返回创建好的Bean
    return value.getBean();
  }
  catch (RuntimeException e) {
    this.errors.put(name, e);
    throw e;
  }
}
复制代码

首先这里将Bean包装起来缓存下来

public Object get(String name, ObjectFactory<?> objectFactory) {
  // 将Bean缓存下来
  BeanLifecycleWrapper value = this.cache.put(name,
                                              new BeanLifecycleWrapper(name, objectFactory));
  this.locks.putIfAbsent(name, new ReentrantReadWriteLock());
  try {
    // 创建Bean，只会创建一次，后面直接返回创建好的Bean
    return value.getBean();
  }
  catch (RuntimeException e) {
    this.errors.put(name, e);
    throw e;
  }
}

复制代码

private final ScopeCache cache;
// 这里进入上面的 BeanLifecycleWrapper value = this.cache.put(name, new BeanLifecycleWrapper(name, objectFactory));
public BeanLifecycleWrapper put(String name, BeanLifecycleWrapper value) {
  return (BeanLifecycleWrapper) this.cache.put(name, value);
}

复制代码

这里的ScopeCache对象其实就是一个HashMap：

public class StandardScopeCache implements ScopeCache {

  private final ConcurrentMap<String, Object> cache = new ConcurrentHashMap<String, Object>();

  //...

  public Object get(String name) {
    return this.cache.get(name);
  }

  // 如果不存在，才会put进去
  public Object put(String name, Object value) {
    // result若不等于null，表示缓存存在了，不会进行put操作
    Object result = this.cache.putIfAbsent(name, value);
    if (result != null) {
      // 直接返回旧对象
      return result;
    }
    // put成功，返回新对象
    return value;
  }
}

复制代码

这里就是将Bean包装成一个对象，缓存在一个Map中，下次如果再GetBean，还是那个旧的BeanWrapper。回到Scope的get方法，接下来就是调用BeanWrapper的getBean方法：

// 实际Bean对象，缓存下来了
private Object bean;

public Object getBean() {
  if (this.bean == null) {
    synchronized (this.name) {
      if (this.bean == null) {
        this.bean = this.objectFactory.getObject();
      }
    }
  }
  return this.bean;
}

复制代码

可以看出来，BeanWrapper中的bean变量即为实际Bean，如果第一次get肯定为空，就会调用BeanFactory的createBean方法创建Bean，创建出来之后就会一直保存下来。

由此可见，RefreshScope管理了Scope=Refresh的Bean的生命周期。

重新创建RefreshBean

当配置中心刷新配置之后，有两种方式可以动态刷新Bean的配置变量值，（SpringCloud-Bus还是Nacos差不多都是这么实现的）：

向上下文发布一个RefreshEvent事件
Http访问/refresh这个EndPoint

不管是什么方式，最终都会调用ContextRefresher这个类的refresh方法，那么我们由此为入口来分析一下，热加载配置的原理：

// 这就是我们上面一直分析的Scope对象（实际上可以看作一个保存refreshBean的Map）
private RefreshScope scope;

public synchronized Set<String> refresh() {
  // 更新上下文中Environment外部化配置值
  Set<String> keys = refreshEnvironment();
  // 调用scope对象的refreshAll方法
  this.scope.refreshAll();
  return keys;
}
复制代码

我们一般是使用@Value、@ConfigurationProperties去获取配置变量值，其底层在IOC中则是通过上下文的Environment对象去获取property值，然后依赖注入利用反射Set到Bean对象中去的。

那么如果我们更新Environment里的Property值，然后重新创建一次RefreshBean，再进行一次上述的依赖注入，是不是就能完成配置热加载了呢？@Value的变量值就可以加载为最新的了。

这里说的刷新Environment对象并重新依赖注入则为上述两个方法做的事情：

Set keys = refreshEnvironment();
this.scope.refreshAll();

刷新Environment对象

下面简单介绍一下如何刷新Environment里的Property值

public synchronized Set<String> refreshEnvironment() {
  // 获取刷新配置前的配置信息，对比用
  Map<String, Object> before = extract(
    this.context.getEnvironment().getPropertySources());
  // 刷新Environment
  addConfigFilesToEnvironment();
  // 这里上下文的Environment已经是新的值了
  // 进行新旧对比，结果返回有变化的值
  Set<String> keys = changes(before,
                          extract(this.context.getEnvironment().getPropertySources())).keySet();
  this.context.publishEvent(new EnvironmentChangeEvent(this.context, keys));
  return keys;
}

复制代码

我们的重点在addConfigFilesToEnvironment方法，刷新Environment：

ConfigurableApplicationContext addConfigFilesToEnvironment() {
  ConfigurableApplicationContext capture = null;
  try {
    // 从上下文拿出Environment对象，copy一份
    StandardEnvironment environment = copyEnvironment(
      this.context.getEnvironment());
    // SpringBoot启动类builder，准备新做一个Spring上下文启动
    SpringApplicationBuilder builder = new SpringApplicationBuilder(Empty.class)
      // banner和web都关闭，因为只是想单纯利用新的Spring上下文构造一个新的Environment
      .bannerMode(Mode.OFF).web(WebApplicationType.NONE)
      // 传入我们刚刚copy的Environment实例
      .environment(environment);
    // 启动上下文
    capture = builder.run();
    // 这个时候，通过上下文SpringIOC的启动，刚刚Environment对象就变成带有最新配置值的Environment了
    // 获取旧的外部化配置列表
    MutablePropertySources target = this.context.getEnvironment()
      .getPropertySources();
    String targetName = null;
    // 遍历这个最新的Environment外部化配置列表
    for (PropertySource<?> source : environment.getPropertySources()) {
      String name = source.getName();
      if (target.contains(name)) {
        targetName = name;
      }
      // 某些配置源不做替换，读者自行查看源码
      // 一般的配置源都会进入if语句
      if (!this.standardSources.contains(name)) {
        if (target.contains(name)) {
          // 用新的配置替换旧的配置
          target.replace(name, source);
        }
        else {
          //....
        }
      }
    }
  }
  //....
}

复制代码

可以看到，这里归根结底就是SpringBoot启动上下文那种方法，新做了一个Spring上下文，因为Spring启动后会对上下文中的Environment进行初始化，获取最新配置，所以这里利用Spring的启动，达到了获取最新的Environment对象的目的。然后去替换旧的上下文中的Environment对象中的配置值即可。

重新创建RefreshBean

经过上述刷新Environment对象的动作，此时上下文中的配置值已经是最新的了。思路回到ContextRefresher的refresh方法，接下来会调用Scope对象的refreshAll方法：

public void refreshAll() {
  // 销毁Bean
  super.destroy();
  this.context.publishEvent(new RefreshScopeRefreshedEvent());
}

public void destroy() {
  List<Throwable> errors = new ArrayList<Throwable>();
  // 缓存清空
  Collection<BeanLifecycleWrapper> wrappers = this.cache.clear();
  // ...
}

复制代码

还记得上面的管理RefreshBean生命周期那一节关于缓存的讨论吗，cache变量是一个Map保存着RefreshBean实例，这里直接就将Map清空了。

思路回到BeanFactory的doGetBean的流程中，从IOC容器中获取RefreshBean是交给RefreshScope的get方法做的：

public Object get(String name, ObjectFactory<?> objectFactory) {
  // 由于刚刚清空了缓存Map，这里就会put一个新的BeanLifecycleWrapper实例
  BeanLifecycleWrapper value = this.cache.put(name,
                                              new BeanLifecycleWrapper(name, objectFactory));
  this.locks.putIfAbsent(name, new ReentrantReadWriteLock());
  try {
    // 在这里是新的BeanLifecycleWrapper实例调用getBean方法
    return value.getBean();
  }
  catch (RuntimeException e) {
    this.errors.put(name, e);
    throw e;
  }
}

复制代码

public Object getBean() {
  // 由于是新的BeanLifecycleWrapper实例，这里一定为null
  if (this.bean == null) {
    synchronized (this.name) {
      if (this.bean == null) {
        // 调用IOC容器的createBean，再创建一个Bean出来
        this.bean = this.objectFactory.getObject();
      }
    }
  }
  return this.bean;
}

复制代码

可以看到，此时RefreshBean被IOC容器重新创建一个出来了，经过IOC的依赖注入功能，@Value的就是一个新的配置值了。到这里热加载功能实现基本结束。

根据以上分析，我们可以看出只要每次我们都从IOC容器中getBean，那么拿到的RefreshBean一定是带有最新配置值的Bean。