Spring源码分析(一):Spring底层核心原理解析

2023-11-15

本节只讲结论,不做验证,后面会专门拉代码讲解验证。

Spring的核心是IOC和AOP,大概有这么几个核心知识点:

  1. Bean的生命周期底层原理
  2. 依赖注入底层原理
  3. 初始化底层原理
  4. 推断构造方法底层原理
  5. AOP底层原理
  6. Spring事务底层原理

Spring入门代码:

ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");
UserService userService = (UserService)context.getBean("userService");
userService.test();

但它已经过时了,在新版Spring MVC和Spring Boot中,底层主要用的都是AnnotationConfigApplicationContext,比如:

// ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");
ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
UserService userService = (UserService)context.getBean("userService");
userService.test();

两者非常类似,只不过一个传入的是class,一个是xml文件,AppConfig.class基本等价于spring.xml
spring.xml中的内容为:

<context:component-scan base-package="com.yth"/>

AppConfig中的内容为:

@ComponentScan("com.yth")
public class AppConfig {
	...
}

目前,我们基本很少直接使用上面的方式来用Spring,而是使用Spring MVC,或者Spring Boot,但它们底层都是基于上面这种方式需要在内部去创建一个ApplicationContext的,只不过:

  1. Spring MVC创建的是XmlWebApplicationContext,和ClassPathXmlApplicationContext类似,都是基于XML配置的
  2. Spring Boot创建的是AnnotationConfigApplicationContext

后续主要讲AnnotationConfigApplicationContext的底层实现,ClassPathXmlApplicationContext和AnnotationConfigApplicationContextClassPathXmlApplicationContext大部分底层都是共同的。

Spring的生命周期流程

如图:
在这里插入图片描述

Spring中是如何创建一个对象?

容器调用getBean()就会获取指定的对象,在Java中,肯定是需要根据某个类来创建一个对象的,我们在看一下实例代码:

ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
UserService userService = (UserService)context.getBean("userService");
userService.test();

那getBean方法内部怎么知道"userService"对应的是UserService类呢?由此我们可以分析出来,在调用AnnotationConfigApplicationContext的构造方法时,会去做一些事情:

  1. 解析AppConfig.class,得到扫描路径
  2. 遍历扫描路径下的所有Java类,如果发现某个类上存在@Component、@Service等注解,那么Spring就把这个类记录下来,存在一个Map中,比如Map<String,Class>。(实际上,Spring源码中确实存在类似的这么一个Map,叫做BeanDefinitionMap,后续会讲)
  3. Spring会根据某个规则生成当前类对应的beanName,作为key存入Map,当前类作为value

这样,但调用context.getBean(“userService”)时,就可以根据"userService"找到UserService类,从而就可以去创建对象了。

Bean的创建过程

那么Spring到底是如何来创建一个Bean的呢,这个就是Bean创建的生命周期,大致过程如下

  1. 利用该类的构造方法来实例化得到一个对象(但是如果一个类中有多个构造方法,Spring则会进行选择,这个叫做推断构造方法
  2. 得到一个对象后,Spring会判断该对象中是否存在被@Autowired注解了的属性,把这些属性找出来并由Spring进行赋值(依赖注入
  3. 依赖注入后,Spring会判断该对象是否实现了BeanNameAware接口、BeanClassLoaderAware接口、BeanFactoryAware接口,如果实现了,就表示当前对象必须实现该接口中所定义的setBeanName()、setBeanClassLoader()、setBeanFactory()方法,那Spring就会调用这些方法并传入相应的参数(Aware回调
  4. Aware回调后,Spring会判断该对象中是否存在某个方法被@PostConstruct注解了,如果存在,Spring会调用当前对象的此方法(初始化前
  5. 紧接着,Spring会判断该对象是否实现了InitializingBean接口,如果实现了,就表示当前对象必须实现该接口中的afterPropertiesSet()方法,那Spring就会调用当前对象中的afterPropertiesSet()方法(初始化
  6. 最后,Spring会判断当前对象需不需要进行AOP,如果不需要那么Bean就创建完了,如果需要进行AOP,则会进行动态代理并生成一个代理对象做为Bean(初始化后

通过最后一步,我们可以发现,当Spring根据UserService类来创建一个Bean时:

  1. 如果不用进行AOP,那么Bean就是UserService类的构造方法所得到的对象。
  2. 如果需要进行AOP,那么Bean就是UserService的代理类所实例化得到的对象,而不是UserService本身所得到的对象。

Bean对象创建出来后:

  1. 如果当前Bean是单例Bean,那么会把该Bean对象存入一个Map<String,Object>,Map的key为beanName,value为Bean对象。这样下次getBean时就可以直接从Map中拿到对应的Bean对象了。(实际上,在Spring源码中,这个Map就是单例池)
  2. 如果当前Bean是原型Bean,那么后续没有其他动作,不会存入一个Map,下次getBean时会再次执行上述创建过程,得到一个新的Bean对象。

推断构造方法

Spring在基于某个类生成Bean的过程中,需要利用该类的构造方法来实例化得到一个对象,但是如果一个类存在多个构造方法,Spring会使用哪个呢?

Spring的判断逻辑如下:

  1. 如果一个类只存在一个构造方法,不管该构造方法是无参构造方法,还是有参构造方法,Spring都会用这个构造方法
  2. 如果一个类存在多个构造方法
    a. 这些构造方法中,存在一个无参的构造方法,那么Spring就会用这个无参的构造方法
    b. 这些构造方法中,不存在一个无参的构造方法,那么Spring就会报错

Spring的设计思想是这样的:

  1. 如果一个类只有一个构造方法,那么没得选择,只能用这个构造方法
  2. 如果一个类存在多个构造方法,Spring不知道如何选择,就会看是否有无参的构造方法,因为无参构造方法本身表示了一种默认的意义
  3. 不过如果某个构造方法上加了@Autowired注解,那就表示程序员告诉Spring就用这个加了注解的方法,那Spring就会用这个加了@Autowired注解构造方法了

需要重视的是,如果Spring选择了一个有参的构造方法,Spring在调用这个有参构造方法时,需要传入参数,那这个参数是怎么来的呢?

Spring会根据入参的类型和入参的名字去Spring中找Bean对象(以单例Bean为例,Spring会从单例池那个Map中去找):

  1. 先根据入参类型找,如果只找到一个,那就直接用来作为入参
  2. 如果根据类型找到多个,则再根据入参名字来确定唯一一个
  3. 最终如果没有找到,则会报错,无法创建当前Bean对象

确定用哪个构造方法,确定入参的Bean对象,这个过程就叫做推断构造方法

属性注入也是先根据类型找、在根据参数名找,一样的

AOP大致流程

AOP就是进行动态代理,在创建一个Bean的过程中,Spring在最后一步会去判断当前正在创建的这个Bean是不是需要进行AOP,如果需要则会进行动态代理。
如何判断当前Bean对象需不需要进行AOP:

  1. 找出所有的切面Bean
  2. 遍历切面中的每个方法,看是否写了@Before、@After等注解
  3. 如果写了,则判断所对应的Pointcut是否和当前Bean对象的类是否匹配
  4. 如果匹配则表示当前Bean对象有匹配的的Pointcut,表示需要进行AOP

一方面会判断当前Bean是否需要进行AOP,同时会缓存当前Bean会用到的通知(切面的方法),代理对象生成和执行的时候直接用

利用cglib进行AOP的大致流程:

  1. 生成代理类UserServiceProxy,代理类继承UserService
  2. 代理类中重写了父类的方法,比如UserService中的test()方法
  3. 代理类中还会有一个target属性,该属性的值为被代理对象(也就是通过UserService类推断构造方法实例化出来的对象,进行了依赖注入、初始化等步骤的对象)
  4. 代理类中的test()方法被执行时的逻辑如下:
    a. 执行切面逻辑(比如@Before,先不考虑环绕通知情况)
    b. 调用target.test()

当我们从Spring容器得到UserService的Bean对象时,拿到的就是UserServiceProxy所生成的对象,也就是代理对象。

UserService代理对象.test()—>执行切面逻辑—>target.test(),注意target对象不是代理对象,而是被代理对象。

Spring事务

当我们在某个方法上加了@Transactional注解后,就表示该方法在调用时会开启Spring事务,而这个方法所在类所对应的Bean对象会是该类的代理对象。

Spring事务的代理对象执行某个方法时的步骤:

  1. 判断当前执行的方法是否存在@Transactional注解
  2. 如果存在,则利用事务管理器(TransactionMananger)新建一个数据库连接
  3. 修改数据库连接的autocommit为false
  4. 执行target.test(),执行程序员所写的业务逻辑代码,也就是执行sql
  5. 执行完了之后如果没有出现异常,则提交,否则回滚

Spring事务是否会失效的判断标准:某个加了@Transactional注解的方法被调用时,要判断到底是不是直接被代理对象调用的,如果是则事务会生效,如果不是则失效

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