三、IOC容器原理

三、IOC容器原理

    1、概述

        Sun ONE技术体系下的IOC容器有：轻量级的有Spring、Guice、Pico Container、Avalon、HiveMind；重量级的有EJB；不轻不重的有JBoss，Jdon等等。Spring框架作为Java开发中SSH(Struts、Spring、Hibernate)三剑客之一，大中小项目中都有使用，非常成熟，应用广泛，EJB在关键性的工业级项目中也被使用，比如某些电信业务。.Net技术体系下的IOC容器有：Spring.Net、Castle等等。Spring.Net是从Java的Spring移植过来的IOC容器，Castle的IOC容器就是Windsor部分。它们均是轻量级的框架，比较成熟，其中Spring.Net已经被逐渐应用于各种项目中。

        Spring的核心是容器，而容器并不唯一，框架本身就提供了很多个容器的实现，大概分为两种类型：一种是不常用的BeanFactory，这是最简单的容器，只能提供基本的DI功能；还有一种就是继承了BeanFactory后派生而来的应用上下文，应用上下文即是Spring容器抽象的一种实现，应用上下文的抽象接口也就是我们上面提到的ApplicationContext，ApplicationContext本质上说就是一个维护Bean定义以及对象之间协作关系的高级接口。它能提供更多企业级的服务，例如解析配置文本信息等等，这也是应用上下文实例对象最常见的应用场景。有了上下文对象，我们就能向容器注册需要Spring管理的对象了。对于上下文抽象接口，Spring也为我们提供了多种类型的容器抽象的实现：

public interface ApplicationContext extends EnvironmentCapable, ListableBeanFactory, HierarchicalBeanFactory, MessageSource, ApplicationEventPublisher, ResourcePatternResolver {...}

        (1)、AnnotationConfigApplicationContext：从一个或多个基于java的配置类中加载上下文定义，适用于java注解的方式；

        (2)、ClassPathXmlApplicationContext：从类路径下的一个或多个xml配置文件中加载上下文定义，适用于xml配置的方式；

        (3)、FileSystemXmlApplicationContext：从文件系统下的一个或多个xml配置文件中加载上下文定义，也就是说系统盘符中加载；

        (4)、AnnotationConfigWebApplicationContext：专门为web应用准备的，适用于注解方式；

        (5)、XmlWebApplicationContext：从web应用下的一个或多个xml配置文件加载上下文定义，适用于xml配置方式。

    2、依赖注入（Dependency Injection）和IOC（Inversion of Control）概述

        前提对象A依赖于对象B，那么对象A在初始化或者运行到某一点的时候，自己必须主动去创建对象B或者查找引用已经创建对象B。无论是创建还是查找引用对象B，控制权都在对象A自己手上。但是由于IOC容器的加入，对象A与对象B之间失去了直接联系，所以，当对象A运行到需要对象B的时候，IOC容器会主动创建一个对象B注入到对象A需要的地方。因此，对象A获得对象B的过程,由主动行为变为了被动行为，控制权颠倒过来了，这就是“控制反转”。所谓依赖注入，就是由IOC容器在运行期间，动态地将对象A和对象B的某种依赖关系注入到对象A之中，获得依赖对象的过程由自身管理变成了由IOC容器主动注入。所以，依赖注入（DI）和控制反转（IOC）是从不同的角度的描述的同一件事情，就是指通过引入IOC容器，利用依赖注入的方式，实现控制反转，进而实现对象之间的解耦。IOC容器就是一个对象制造工厂，你需要什么，它会给你送去，你直接使用就行了，而再也不用去关心你所用的东西是如何制成的，也不用关心最后是怎么被销毁的，这一切全部由IOC容器包办。

    3、体系结构

        (1)、BeanFactory

            BeanFactory是接口，提供了IOC容器最基本的形式，给具体的IOC容器的实现提供了规范，是一个典型的工厂模式(接口)，它是负责生产和管理bean的一个工厂。在Spring中，BeanFactory是IOC容器的核心接口，它的职责包括：实例化、定位、配置应用程序中的对象及建立这些对象间的依赖。BeanFactory只是个接口，并不是IOC容器的具体实现，但是Spring容器给出了很多种实现，如DefaultListableBeanFactory、XmlBeanFactory、ApplicationContext等。其中XmlBeanFactory就是常用的一个，该实现将以XML方式描述组成应用的对象及对象间的依赖关系。XmlBeanFactory类将持有此XML配置元数据，并用它来构建一个完全可配置的系统或应用。DefaultListableBeanFactory、XmlBeanFactory、ApplicationContext等具体的容器都是实现了BeanFactory，再在其基础之上附加了其他的功能。BeanFactory和ApplicationContext就是Spring框架的两个IOC容器，现在一般使用ApplicationContext，其不但包含了BeanFactory的作用，同时还进行更多的扩展。ApplicationContext以一种更面向框架的方式工作以及对上下文进行分层和实现继承，还提供了一些支持信息源、访问资源和支持应用事件等附加服务。

            BeanFactory：最顶层的一个接口类，定义了IOC容器的基本功能规范

            ListableBeanFactory：表示这些 Bean是可列表的，Bean的集合

            HierarchicalBeanFactory：表示的是这些Bean是有继承关系的，Bean之间的关系

            AutowireCapableBeanFactory：定义Bean的自动装配规则，Bean的行为

        (2)、BeanDefinition

            BeanDefinition是配置文件<bean>元素标签在容器中地内部表示。<bean>元素标签拥有class、scope、lazy-init等配置属性，BeanDefinition则提供了相应地beanClass、scope、lazyInit类属性，BeanDefinition就像<bean>的镜中人，二者是一一对应的。

            创建BeanDefinition主要包括两个步骤：

            ①、利用BeanDefinitionReader读取承载配置信息的Resource，通过XML解析器解析配置信息的DOM对象，简单地每个<bean>生成对应地BeanDefinition对象。但是这里生成的BeanDefinition可能是半成品，因为在配置文件中，可能通过占位符变量引用外部属性文件的属性，这些占位符变量在这一步里还没有被解析出来；

            ②、利用容器中注册的BeanFatoryPostProcessor对半成品的BeanDefinition进行加工处理，将以占位符表示的配置解析为最终的实际值，这样半成品的BeanDefinition就成为成品的BeanDefinition。

    4、Spring IOC容器初始化流程

        (1)、Web应用是部署在Web容器（Tomcat）中，Web容器启动时会读取项目中web.xml中的配置项来生成上下文对象ServletContext，ServletContext是一个全局的上下文环境，整个Web项目都能使用这个上下文，为后面的Spring IOC容器提供宿主环境。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<web-app xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee" xsi:schemaLocation="http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee http://xmlns.jcp.org/xml/ns/javaee/web-app_3_1.xsd" id="WebApp_ID" version="3.1">
    <!-- Spring资源上下文定义，在指定地址找到Spring的xml配置文件 -->
    <context-param>
        <param-name>contextConfigLocation</param-name>
        <param-value>classpath:applicationContext.xml</param-value>
    </context-param>
    <!-- Spring的上下文监听器 -->
    <listener>
        <listener-class>org.springframework.web.context.ContextLoaderListener</listener-class>
    </listener>
    <!-- DispatcherServlet的配置，这个Servlet主要用于前端控制，这是SpringMVC的基础 -->
    <servlet>
        <servlet-name>springDispatcherServlet</servlet-name>
        <servlet-class>org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet</servlet-class>
        <load-on-startup>1</load-on-startup>
    </servlet>
</web-app>

        (2)、容器将读取<context-param>Bean定义的配置并转化为键值对传给ServletContext，这时候Web项目还没有完全启动完成，这个动作会比所有的Servlet都要早。

        (3)、创建<listener></listener>中的类实例，即创建监听，节点中的监听器类必须实现ServletContextListener接口。

        (4)、Web容器启动时，会触发容器初始化事件，此时contextLoaderListener会监听到这个事件，其contextInitialized()方法会被调用。

public class ContextLoaderListener extends ContextLoader implements ServletContextListener {
    //初始化方法
    public void contextInitialized(ServletContextEvent event) {
        this.initWebApplicationContext(event.getServletContext());
    }
    //销毁方法，用于关闭应用前释放资源，比如说数据库连接的关闭等
    public void contextDestroyed(ServletContextEvent event) {
        this.closeWebApplicationContext(event.getServletContext());
        ContextCleanupListener.cleanupAttributes(event.getServletContext());
    }
}
/**
 * ContextLoader类的初始化Spring容器方法
 */
public WebApplicationContext initWebApplicationContext(ServletContext servletContext) {
    //SpringIOC容器的重复性创建校验
    if (servletContext.getAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE) != null) {
        throw new IllegalStateException("Cannot initialize context because there is already a root application context present - check whether you have multiple ContextLoader* definitions in your web.xml!");
    } else {
        ......
        try {
            //创建Spring容器实例
            if (this.context == null) {
                this.context = this.createWebApplicationContext(servletContext);
            }
            if (this.context instanceof ConfigurableWebApplicationContext) {
                ConfigurableWebApplicationContext cwac = (ConfigurableWebApplicationContext)this.context;
                if (!cwac.isActive()) {
                    ...... 
                    //重点操作：配置并刷新容器
                    this.configureAndRefreshWebApplicationContext(cwac, servletContext);
                }
            }
            //将创建完整的Spring容器作为一条属性添加到Servlet容器中
            servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, this.context);
            ......             
            return this.context;
        } catch (Error | RuntimeException var8) {
            ......
        }
    }
}

            在这个方法中，Spring会初始化一个启动上下文，这个上下文被称为根上下文，即WebApplicationContext，这是一个接口类，确切的说，其实际的实现类是XmlWebApplicationContext。这个就是Spring的IOC容器，其对应的Bean定义的配置由web.xml中的context-param标签指定。在这个IOC容器初始化完毕后，Spring以WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE为属性Key，将其存储到ServletContext中，便于获取。

        (5)、读取web.xml中的配置<servlet>初始化Servlet。

            ①、Servlet接口中定义了Servlet — init(ServletConfig var1)方法，该方法是DispatcherServlet类初始化入口，容器初始化Servlet会调用该方法。

            ②、抽象类GenericServlet实现了接口Servlet — init(ServletConfig config)方法，并在该方法中调用自己的GenericServlet — init()方法。

            ③、抽象类HttpServletBean重写了父类HttpServlet的父类GenericServlet — init()方法，并在该方法中调用自己的HttpServletBean — initServletBean()方法。

            ④、抽象类FrameworkServlet重写了父类HttpServletBean — initServletBean()方法，并在该方法中调用自己的FrameworkServlet — initWebApplicationContext()方法，然后又在initWebApplicationContext()方法中调用自己的FrameworkServlet — onRefresh(ApplicationContext context)方法。

                DispatcherServlet上下文在初始化的时候会建立自己的IOC上下文，用以持有Spring MVC相关的Bean。在建立DispatcherServlet自己的IOC上下文时，在方法initWebApplicationContext()中会利用WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE，先从ServletContext中获取之前的根上下文（即WebApplicationContext）作为自己上下文的Parent上下文，再初始化自己持有的上下文。

            ⑤、类DispatcherServlet重写了父类FrameworkServlet — onRefresh(ApplicationContext context)方法，并在该方法中调用自己的DispatcherServlet — initStrategies(ApplicationContext context)方法。

protected void initStrategies(ApplicationContext context) {
    this.initMultipartResolver(context);
    this.initLocaleResolver(context);
    this.initThemeResolver(context);
    //初始化Handler映射关系
    this.initHandlerMappings(context);
    //初始化Handler适配器
    this.initHandlerAdapters(context);
    //Handler执行发生异常的异常解析器
    this.initHandlerExceptionResolvers(context);
    this.initRequestToViewNameTranslator(context);
    //解析View对象的视图解析器
    this.initViewResolvers(context);
    this.initFlashMapManager(context);
}

            DispatcherServlet初始化自己上下文的工作在initStrategies(ApplicationContext context)方法中，此Servlet自己持有的上下文默认实现类也是xmlWebApplicationContext。初始化完毕后，Spring以与Servlet的名字相关（此处不是简单的以servlet名为Key，而是通过一些转换，具体可自行查看源码）的属性为属性Key，也将其存到ServletContext中，以便后续使用。这样每个Servlet就持有自己的上下文，即拥有自己独立的bean空间，同时各个servlet共享相同的bean，即根上下文（第4步中初始化的上下文）定义的那些bean。