Spring源码：bean的生命周期（一）
【摘要】 Spring的Bean定义环节是Spring IoC容器中的核心流程之一。在这个过程中，Spring会扫描指定的包路径，找到符合条件的Bean，并将其转换为Bean定义。在这个过程中，Spring使用了ASM技术来解析类的注解信息，判断当前类是否符合要求。然后，Spring将符合条件的Bean定义加入到候选集合中，并对其进行唯一标识命名、默认值赋值、常见定义注解的解析等操作。最后，Spring使用
前言
本节将正式介绍Spring源码细节，将讲解Bean生命周期。请注意，虽然我们不希望过于繁琐地理解Spring源码，但也不要认为Spring源码很简单。在本节中，我们将主要讲解Spring 5.3.10版本的源代码。如果您看到的代码与我讲解的不同，也没有关系，因为其中的原理和业务逻辑基本相同。为了更好地理解，我们将先讲解Bean的生命周期，再讲解Spring的启动原理和流程，因为启动是准备工作的一部分。
题外话
目前在该版本中，引入了一个名为jfr的JDK技术，类似于Java飞行日志（JFL），也称为飞行数据记录器（Black Box）技术。具体作用不再详细阐述，读者可以参考此文：JFR介绍
如果您看到以下代码，请直接跳过，因为它并没有太大的作用：
public AnnotationConfigApplicationContext() {
StartupStep createAnnotatedBeanDefReader = this.getApplicationStartup().start("spring.context.annotated-bean-reader.create");
// 额外会创建StandardEnvironment
this.reader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(this);
createAnnotatedBeanDefReader.end();
this.scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(this);
}
需要注意的是，其中的 StartupStep 关于默认实现并没有什么实际作用。但是，还有一种实现方式是 FlightRecorderStartupStep，它是JDK的JFR技术。
Bean的生成过程
生成BeanDefinition
BeanDefinition的作用大家基本通过前面的文章也知道了大概，就是用来描述bean的。
那么它是如何加载的呢？首先我们看一下 ClassPathBeanDefinitionScanner 类，它是用于扫描的。其中有一个属性是 BeanDefinitionRegistry，即Bean定义的注册类。默认实现是 DefaultListableBeanFactory，但是在 ClassPathBeanDefinitionScanner 类中并没有直接使用该类作为属性，而是使用了它的父接口 BeanDefinitionRegistry。这是因为 ClassPathBeanDefinitionScanner 类实际上并没有使用 BeanDefinitionRegistry 接口中的许多方法来注册Bean定义。
接下来，我们来分析 ClassPathBeanDefinitionScanner 类的 scan 方法：
protected Set<BeanDefinitionHolder> doScan(String... basePackages) {
Assert.notEmpty(basePackages, "At least one base package must be specified");
Set<BeanDefinitionHolder> beanDefinitions = new LinkedHashSet<>();
for (String basePackage : basePackages) {
Set<BeanDefinition> candidates = findCandidateComponents(basePackage);
for (BeanDefinition candidate : candidates) {
ScopeMetadata scopeMetadata = this.scopeMetadataResolver.resolveScopeMetadata(candidate);
candidate.setScope(scopeMetadata.getScopeName());
String beanName = this.beanNameGenerator.generateBeanName(candidate, this.registry);
if (candidate instanceof AbstractBeanDefinition) {
postProcessBeanDefinition((AbstractBeanDefinition) candidate, beanName);
}
if (candidate instanceof AnnotatedBeanDefinition) {
// 解析@Lazy、@Primary、@DependsOn、@Role、@Description
AnnotationConfigUtils.processCommonDefinitionAnnotations((AnnotatedBeanDefinition) candidate);
}
// 检查Spring容器中是否已经存在该beanName
if (checkCandidate(beanName, candidate)) {
BeanDefinitionHolder definitionHolder = new BeanDefinitionHolder(candidate, beanName);
definitionHolder =
AnnotationConfigUtils.applyScopedProxyMode(scopeMetadata, definitionHolder, this.registry);
beanDefinitions.add(definitionHolder);
// 注册
registerBeanDefinition(definitionHolder, this.registry);
}
}
}
return beanDefinitions;
}
大致逻辑如下：
- 获取扫描包路径
- findCandidateComponents:获取符合条件的bean
- 遍历candidate（候选bean），由于第二部使用了ASM技术，所以并没有真正获取beanclass而是使用了beanname替代所以，遍历的做法就是将符合条件的bean定义进行注册。
- scopeMetadata解析scope注解。
- beanNameGenerator构建当前bean的唯一名字。
- postProcessBeanDefinition这里其实就是进行默认值赋值。
- processCommonDefinitionAnnotations进行解析@Lazy、@Primary、@DependsOn、@Role、@Description
- checkCandidate(beanName, candidate)再次检查是否该beanName已经注册过。
- registerBeanDefinition，注册到我们的DefaultListableBeanFactory的BeanDefinitionMap中。
其实这里基本就已经大概了解 的差不多了，然后再继续讲解下每一个流程里面都走了那些逻辑：
findCandidateComponents
其主要逻辑会进入如下源码：
private Set<BeanDefinition> scanCandidateComponents(String basePackage) {
Set<BeanDefinition> candidates = new LinkedHashSet<>();
try {
// 获取basePackage下所有的文件资源
String packageSearchPath = ResourcePatternResolver.CLASSPATH_ALL_URL_PREFIX +
resolveBasePackage(basePackage) + '/' + this.resourcePattern;
Resource[] resources = getResourcePatternResolver().getResources(packageSearchPath);
boolean traceEnabled = logger.isTraceEnabled();
boolean debugEnabled = logger.isDebugEnabled();
for (Resource resource : resources) {
if (traceEnabled) {
logger.trace("Scanning " + resource);
}
if (resource.isReadable()) {
try {
MetadataReader metadataReader = getMetadataReaderFactory().getMetadataReader(resource);
// excludeFilters、includeFilters判断
if (isCandidateComponent(metadataReader)) { // @Component-->includeFilters判断
ScannedGenericBeanDefinition sbd = new ScannedGenericBeanDefinition(metadataReader);
sbd.setSource(resource);
if (isCandidateComponent(sbd)) {
if (debugEnabled) {
logger.debug("Identified candidate component class: " + resource);
}
candidates.add(sbd);
}
//此处省略部分代码
......
}
return candidates;
}
让我们来深入了解一下Bean扫描的具体细节。以下是主要流程：
- 获取basePackage下所有的文件资源。以下分析注解信息等都是用到了ASM技术，并没有真正的去加载这个类。
- isCandidateComponent(metadataReader)，进行判断是否当前类具有@component注解。
- isCandidateComponent(sbd)，进行判断是否当前类属于内部类、接口、抽象类
- 符合上述条件则会加入到bean定义候选集合中。
ASM技术这里不做多解释，主要看下Spring是如何进行判断校验当前bean是否符合条件的，第一个 isCandidateComponent(metadataReader)方法：
protected boolean isCandidateComponent(MetadataReader metadataReader) throws IOException {
for (TypeFilter tf : this.excludeFilters) {
if (tf.match(metadataReader, getMetadataReaderFactory())) {
return false;
}
}
// 符合includeFilters的会进行条件匹配，通过了才是Bean，也就是先看有没有@Component，再看是否符合@Conditional
for (TypeFilter tf : this.includeFilters) {
if (tf.match(metadataReader, getMetadataReaderFactory())) {
return isConditionMatch(metadataReader);
}
}
return false;
}
那么includeFilters默认会在启动AnnotationConfigApplicationContext时就会默认注册一个解析Component注解的filter，代码如下:
protected void registerDefaultFilters() {
// 注册@Component对应的AnnotationTypeFilter
this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(Component.class));
ClassLoader cl = ClassPathScanningCandidateComponentProvider.class.getClassLoader();
try {
this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(
((Class<? extends Annotation>) ClassUtils.forName("javax.annotation.ManagedBean", cl)), false));
logger.trace("JSR-250 'javax.annotation.ManagedBean' found and supported for component scanning");
}
catch (ClassNotFoundException ex) {
// JSR-250 1.1 API (as included in Java EE 6) not available - simply skip.
}
try {
this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(
((Class<? extends Annotation>) ClassUtils.forName("javax.inject.Named", cl)), false));
logger.trace("JSR-330 'javax.inject.Named' annotation found and supported for component scanning");
}
catch (ClassNotFoundException ex) {
// JSR-330 API not available - simply skip.
}
}
如果符合过滤条件，那么他就会开始生成最初的bean定义：
public ScannedGenericBeanDefinition(MetadataReader metadataReader) {
Assert.notNull(metadataReader, "MetadataReader must not be null");
this.metadata = metadataReader.getAnnotationMetadata();
// 这里只是把className设置到BeanDefinition中
setBeanClassName(this.metadata.getClassName());
setResource(metadataReader.getResource());
}
那么就剩下最后的校验了：isCandidateComponent(sbd)；再来看看他的作用子什么：
protected boolean isCandidateComponent(AnnotatedBeanDefinition beanDefinition) {
AnnotationMetadata metadata = beanDefinition.getMetadata();
return (metadata.isIndependent() && (metadata.isConcrete() ||
(metadata.isAbstract() && metadata.hasAnnotatedMethods(Lookup.class.getName()))));
}
看完一脸懵，那我们就好好解释一下每个判断都是什么意思吧：
- metadata.isIndependent()：是否当前类为内部类，众说周知java语言编译内部类的时候会产生两个class文件，比如下面这样：
那么这个Member内部类是不会被Spring作为单独的类去扫描的。除非也加上@component注解，并且为static内部类 - metadata.isConcrete()：这个类就是判断下是否是接口还是抽象类
- metadata.hasAnnotatedMethods(Lookup.class.getName())：判断是否有方法是带有Lookup注解的，Lookup注解工作中用到的确实有些少，我在这里简要说明下：比如我们注册给Spring的bean都是单例，但是如果我们有多例的bean被一个单例的bean所依赖的话，一次属性只能注入一次，也打不到多例的效果，这时候就可以用Lookup注解实现了，比如这样：
AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
//UserService 为单例
UserService bean = applicationContext.getBean(UserService.class);
bean.test();
bean.test();
@Component
public class UserService {
@Autowired
private User user;
public void test(){
System.out.println(user);
}
}
@Component
@Scope("prototype")
public class User {
}
如果这样执行的话，你永远拿不到多例的User类，因为UserService 在属性依赖注入的时候已经做完了赋值，每次调用拿到的都是同一个对象，那如果不这么做可不可以，当然可以：比如这样改下UserService 类：
@Component
public class UserService {
@Autowired
private User user;
public void test(){
System.out.println(get());
}
@Lookup
public User get(){
return null;
}
}
至于为什么这里返回null，后续在进行讲解，只要知道他的注解的作用即可。到此我们终于解决完了findCandidateComponents方法找出了符合条件的bean定义。
generateBeanName
获取当前bean的beanname，源码如下：
public String generateBeanName(BeanDefinition definition, BeanDefinitionRegistry registry) {
if (definition instanceof AnnotatedBeanDefinition) {
// 获取注解所指定的beanName
String beanName = determineBeanNameFromAnnotation((AnnotatedBeanDefinition) definition);
if (StringUtils.hasText(beanName)) {
// Explicit bean name found.
return beanName;
}
}
// Fallback: generate a unique default bean name.
return buildDefaultBeanName(definition, registry);
}
buildDefaultBeanName构建注解我们写 beanname这个不难理解，如果没有那么就会走默认的构建，那么这里是jdk提供的，有个点需要注意下如果首字母和第二个字母都是大写那么名字直接return，如果你写的是ABtest，那么beanname就是ABtest：
public static String decapitalize(String name) {
if (name == null || name.length() == 0) {
return name;
}
if (name.length() > 1 && Character.isUpperCase(name.charAt(1)) &&
Character.isUpperCase(name.charAt(0))){
return name;
}
char chars[] = name.toCharArray();
chars[0] = Character.toLowerCase(chars[0]);
return new String(chars);
}
postProcessBeanDefinition
这里主要是进行设置BeanDefinition的默认值,直接看源码就能看懂：
public void applyDefaults(BeanDefinitionDefaults defaults) {
Boolean lazyInit = defaults.getLazyInit();
if (lazyInit != null) {
setLazyInit(lazyInit);
}
setAutowireMode(defaults.getAutowireMode());
setDependencyCheck(defaults.getDependencyCheck());
setInitMethodName(defaults.getInitMethodName());
setEnforceInitMethod(false);
setDestroyMethodName(defaults.getDestroyMethodName());
setEnforceDestroyMethod(false);
}
processCommonDefinitionAnnotations
这一步主要时进行解析类上的注解,看源码也可以基本看懂，没有太多绕的逻辑，如下展示：
static void processCommonDefinitionAnnotations(AnnotatedBeanDefinition abd, AnnotatedTypeMetadata metadata) {
AnnotationAttributes lazy = attributesFor(metadata, Lazy.class);
if (lazy != null) {
abd.setLazyInit(lazy.getBoolean("value"));
}
else if (abd.getMetadata() != metadata) {
lazy = attributesFor(abd.getMetadata(), Lazy.class);
if (lazy != null) {
abd.setLazyInit(lazy.getBoolean("value"));
}
}
if (metadata.isAnnotated(Primary.class.getName())) {
abd.setPrimary(true);
}
AnnotationAttributes dependsOn = attributesFor(metadata, DependsOn.class);
if (dependsOn != null) {
abd.setDependsOn(dependsOn.getStringArray("value"));
}
AnnotationAttributes role = attributesFor(metadata, Role.class);
if (role != null) {
abd.setRole(role.getNumber("value").intValue());
}
AnnotationAttributes description = attributesFor(metadata, Description.class);
if (description != null) {
abd.setDescription(description.getString("value"));
}
}
checkCandidate
这一步主要是检查是否我们的bean定义map注册中已经存在了，不过我们工作中基本上都会通过，如果存在多个那会抛异常：
protected boolean checkCandidate(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) throws IllegalStateException {
if (!this.registry.containsBeanDefinition(beanName)) {
return true;
}
BeanDefinition existingDef = this.registry.getBeanDefinition(beanName);
BeanDefinition originatingDef = existingDef.getOriginatingBeanDefinition();
if (originatingDef != null) {
existingDef = originatingDef;
}
// 是否兼容，如果兼容返回false表示不会重新注册到Spring容器中，如果不冲突则会抛异常。
if (isCompatible(beanDefinition, existingDef)) {
return false;
}
throw new ConflictingBeanDefinitionException("Annotation-specified bean name '" + beanName +
"' for bean class [" + beanDefinition.getBeanClassName() + "] conflicts with existing, " +
"non-compatible bean definition of same name and class [" + existingDef.getBeanClassName() + "]");
}
可是你像我这样下面写的话就不会出现异常，但是工作中肯定也不会这么用，这里只做展示,AppConfig和AppConfig1都是对同样的配置，会对同一个包路径扫描两次:
AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext();
applicationContext.register(AppConfig.class);
applicationContext.register(AppConfig1.class);
applicationContext.refresh();
UserService bean = applicationContext.getBean(UserService.class);
bean.test();
registerBeanDefinition
那么最后当前的bean定义正式生成，并注册到我们之前经常说的DefaultListableBeanFactory的Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap属性。
public static void registerBeanDefinition(
BeanDefinitionHolder definitionHolder, BeanDefinitionRegistry registry)
throws BeanDefinitionStoreException {
// Register bean definition under primary name.
String beanName = definitionHolder.getBeanName();
registry.registerBeanDefinition(beanName, definitionHolder.getBeanDefinition());
// Register aliases for bean name, if any.
String[] aliases = definitionHolder.getAliases();
if (aliases != null) {
for (String alias : aliases) {
registry.registerAlias(beanName, alias);
}
}
}
合并bean定义
这个是非常重要的一个步骤，所以单独拿出来说下，这个步骤也是获取bean之前的最后一个对bean定义做修改的地方，getMergedLocalBeanDefinition(beanName);通过beanname来获取合并后的bean定义，这是什么意思呢？看下源码：
protected RootBeanDefinition getMergedBeanDefinition(
String beanName, BeanDefinition bd, @Nullable BeanDefinition containingBd)
throws BeanDefinitionStoreException {
synchronized (this.mergedBeanDefinitions) {
RootBeanDefinition mbd = null;
RootBeanDefinition previous = null;
// Check with full lock now in order to enforce the same merged instance.
if (containingBd == null) {
mbd = this.mergedBeanDefinitions.get(beanName);
}
if (mbd == null || mbd.stale) {
previous = mbd;
if (bd.getParentName() == null) {
// Use copy of given root bean definition.
if (bd instanceof RootBeanDefinition) {
mbd = ((RootBeanDefinition) bd).cloneBeanDefinition();
}
else {
mbd = new RootBeanDefinition(bd);
}
}
else {
// Child bean definition: needs to be merged with parent.
// pbd表示parentBeanDefinition
BeanDefinition pbd;
try {
String parentBeanName = transformedBeanName(bd.getParentName());
if (!beanName.equals(parentBeanName)) {
pbd = getMergedBeanDefinition(parentBeanName);
}
else {
BeanFactory parent = getParentBeanFactory();
if (parent instanceof ConfigurableBeanFactory) {
pbd = ((ConfigurableBeanFactory) parent).getMergedBeanDefinition(parentBeanName);
}
else {
......
}
}
}
catch (NoSuchBeanDefinitionException ex) {
......
}
// Deep copy with overridden values.
// 子BeanDefinition的属性覆盖父BeanDefinition的属性，这就是合并
mbd = new RootBeanDefinition(pbd);
mbd.overrideFrom(bd);
}
// Set default singleton scope, if not configured before.
if (!StringUtils.hasLength(mbd.getScope())) {
mbd.setScope(SCOPE_SINGLETON);
}
if (containingBd != null && !containingBd.isSingleton() && mbd.isSingleton()) {
mbd.setScope(containingBd.getScope());
}
if (containingBd == null && isCacheBeanMetadata()) {
this.mergedBeanDefinitions.put(beanName, mbd);
}
}
if (previous != null) {
copyRelevantMergedBeanDefinitionCaches(previous, mbd);
}
return mbd;
}
}
为什么需要进行合并bean定义，因为每个bean都会可能被其他声明bean所引用，因为我们在工作中用到的都是注解形式，所以很少注意，我们看下Spring是xml时代时写的声明bean：
<bean id="user1" class="com.xiaoyu.service.User" scope="prototype"/>
<bean id="user2" class="com.xiaoyu.service.User" parent="user1"/>
然后我们在看下合并bean定义的源码逻辑：
- 判断是否有parent，没有的话就正常包装原始bean定义为RootBeanDefinition。
- 如果有parent，那么在判断其父类是否还有父类，如果有则递归合并bean定义方法。
- 最关键的其实是这个代码：先以父类的bean定义生成RootBeanDefinition，然后如果子类定义了某个属性的话那就覆盖父类的bean定义。
mbd = new RootBeanDefinition(pbd); mbd.overrideFrom(bd);
public void overrideFrom(BeanDefinition other) {
if (StringUtils.hasLength(other.getBeanClassName())) {
setBeanClassName(other.getBeanClassName());
}
if (StringUtils.hasLength(other.getScope())) {
setScope(other.getScope());
}
setAbstract(other.isAbstract());
if (StringUtils.hasLength(other.getFactoryBeanName())) {
setFactoryBeanName(other.getFactoryBeanName());
}
if (StringUtils.hasLength(other.getFactoryMethodName())) {
setFactoryMethodName(other.getFactoryMethodName());
}
setRole(other.getRole());
setSource(other.getSource());
copyAttributesFrom(other);
//此处省略部分代码
......
}
- 最后将包装的bean定义放入mergedBeanDefinitions合并定义的map中。
现在我们的的Spring中 了两个bean定义Map，那么在启动时进行创建bean时用到的都是合并后的bean定义map。
结语
那么现在Spring的Bean定义环节就基本讲解完毕了。其实最主要的是Spring是如何判断是否将Bean定义加入，并生成Bean定义，以及最后如何使用合并的Bean定义来包装原始的Bean定义。下一节我们将开始讲解Spring的Bean实例化。
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