@zhuanxu 2018-03-07T09:11:05.000000Z 字数 7409 阅读 2321

Attack-spring-boot-3：深入理解 Application Context

spring-boot

Spring核心：IoC容器

我们想要理解 Application Context ，首先得知道这个东西是用来解决什么的，我们知道Spring framework的核心是IoC容器，而Spring主要提供了两个容器系列，一个是实现BeanFactory接口的简单容器系列，其主要实现了容器最基本的功能；另一个就是 ApplicationContext 应用上下文，其在简单容器的基础上，增加了好多面向框架的特性，同时对应用环境进行了适配。

有了以上的认知后，我们来看IoC容器最基本的接口定义 BeanFactory ，BeanFactory 就是对于IoC容器从Client视角来看做的抽象，既然有了IoC容器，那容器管理的是什么呢？容器管理的是对象(Bean)，我们需要对被管理的对象进行抽象，这就有了 BeanDefinition。

通过上面的讲述，我们已经有了几个基本的数据结构抽象了：

BeanFactory：对IoC容器的client端抽象
BeanDefinition：对IoC管理的对象的数据抽象
ApplicationContext：在 BeanFactory 基础上增加了面向框架的特性

我们再来看一个稍微复杂点的类图：

我们来简要说下上面的图，帮助理解。

第一条线，从 BeanFactory 到 HierarchicalBeanFactory 再到 ConfigurableBeanFactory ，在这边主线上，BeanFactory 定义了IoC容器最基本的接口，如getBean,然后 HierarchicalBeanFactory 新增了了getParentBeanFactory接口，实现了在当前容器中找到不到Bean，可以递归查找父容器的功能，最后 ConfigurableBeanFactory 提供了配置BeanFactory的接口。
第二条线，从 BeanFactory 到 ListableBeanFactory 再到 ApplicationContext ，这条线主要是在 ApplicationContext 接口中继承了 MessageSource, ApplicationEventPublisher, ResourcePatternResolver 等接口，在 BeanFactory 基础上新增了好多新功能。

BeanFactory

介绍完上面的类图后，我们下面具体来介绍 BeanFactory 和 ApplicationContext，先是 BeanFactory。

BeanFactory作为基础的IoC容器，管理了spring所有的Bean，提供了最基本的容器功能，但是BeanFactory是一个接口，现在默认的可使用实现是 DefaultListableBeanFactory，我们来看下如何使用 DefaultListableBeanFactory 来实现Bean的注册：

此处配合 AnnotatedBeanDefinitionReader 完成了Bean的注册。

ApplicationContext

ApplicationContext 是一个高级形态的 IoC 容器，ApplicationContext 在 BeanFactory 基础上附加了好多其他功能：

MessageSource：支持不同的信息源，支持国际化实现
ResourcePatternResolver：访问资源，使得我们可以从不同的地方获取到Bean定义
ApplicationEventPublisher：提供事件机制，跟Bean的整个生命周期结合，方便扩展

以上是一些 ApplicationContext 提供的额外功能，正是这些功能使得 ApplicationContext 与 BeanFactory 相比，ApplicationContext 提供了更多面向框架的功能，因此我们一般使用 ApplicationContext 进行开发。

一个最简单的 ApplicationContext 的实现是 StaticApplicationContext，主要是为了测试而用，不应该在生产环境中使用，一个简单的使用示例：

StaticApplicationContext simplestAppCtx = new StaticApplicationContext();
simplestAppCtx.refresh();
simplestAppCtx.close();

其中重点是 refresh 方法，会涉及到IoC容器启动的一系列复杂操作，下面我们来具体分析下。

在具体介绍 refresh 之前，我们得明确 IoC 容器的最主要功能是Bean管理，那我们就必须要经历：

找到这些Bean定义
加载Bean定义
创建Bean

那我们就跟着上面的3步骤来看下refresh中是如何实现的。

StaticApplicationContext 自编码实现Bean定义、注册、创建

StaticApplicationContext 中不支持从外部配置文件中读取Bean，只支持编程的方式来注册Bean，我们来看下如何做：

上面的代码中我们定义了BeanContext来注册BeanDefinition，最后通过refresh来更新。

来看测试例子：

好了我们知道了简单的使用规则后，我们再来看看一个稍微复杂点的 ApplicationContext：AnnotationConfigApplicationContext，这个我们就可以完整的看到Bean3 部曲：寻找，载入，创建。我们先来看寻找。

BeanDefinition 的 Resource 定位

第一个寻找其实是Resource定位过程，spring将IO访问都抽象为Resource的访问，在 AnnotationConfigApplicationContext 中，将 Resource 定位委托给了 ClassPathBeanDefinitionScanner ，下面我们看下主要的类图：

其中

ResourcePatternResolver 用来从classpath中加载Resource；
MetadataReaderFactory 用来根据Resource生成MetadataReader；
BeanNameGenerator用来生成扫描到的Bean在容器中的名字；
ScopeMetadataResolver则用来处理扫描到的Bean的Scope。

我们先来看第一阶段Resource定位过程，此处Resource的定位是由ResourcePatternResolver来实现的，关于Resource相关的可以看文章Attack-spring-boot-3-1：统一资源定位

在 AnnotationConfigApplicationContext 中，我们通过 scan 方法来寻找候选的Bean，跟踪代码我们会发现 scan 最终是调用到了 ResourcePatternResolver 来加载进 Resource，关于资源定位，我们来看一个类图：

AbstractApplicationContext 继承了 DefaultResourceLoader，getResource(String)直接用DefaultResourceLoader的了
AbstractApplicationContext类的内部声明有一个resourcePatternResolver，类型是 ResourcePatternResolver，对应的实例类型为 PathMatchingResourcePatternResolver
PathMatchingResourcePatternResolver构造的时候会接受一个ResourceLoader，而AbstractApplicationContext本身又继承自 DefaultResourceLoader，当然就直接把自身传递进去
ApplicationContext的实现类在作为ResourceLoader或者 ResourcePatternResolver时候的行为，完全就是委派给了 PathMatchingResourcePatternResolver和DefaultResourceLoader来做。

BeanDefinition 注册

第二步骤是Bean的注册，也是在scan中完成：

Bean 创建

前面Bean的定位和注册都在scan中完成了，现在终于到了refresh函数了，我们来看下refresh中做了啥，根据前面的讲述，refresh中应该是开始对Bean进行创建了，实际上我们会发现 refresh 中还是会做对Bean的注册。

上面是整个refresh过程的概括，分别说下每步做什么。

prepareBeanFactory 标准初始化配置 BeanFactory

设置 BeanFactory 工厂创建 Bean 时使用什么样的类加载器，默认情况下使用线程上下文类加载器（默认为 AppClassLoader），添加 BeanPostProcessor，此处包含：ApplicationContextAwareProcessor 和 ApplicationListenerDetector。

postProcessBeanFactory 对 BeanFactory 进行个性化定制的扩展

这时候加载了 Bean 的定义，但是这时候还没有 Bean 被实例化，允许注册一些 BeanPostProcessors 类型的 Bean 用来在 Bean 初始化前后做一些事情。

例如 AbstractRefreshableWebApplicationContext 中就注册了 ServletContextAwareProcessor ，用来把 servletContext 设置到实现了 ServletContextAware 接口的 Bean。

protected void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
        beanFactory.addBeanPostProcessor(new ServletContextAwareProcessor(this.servletContext, this.servletConfig));
    }

invokeBeanFactoryPostProcessors 执行 BeanFactoryPostProcessor 来对 BeanFactory 进行扩展

通过委托给 PostProcessorRegistrationDelegate 来执行所有的 BeanFactoryPostProcessor。

此处先介绍两个接口 BeanDefinitionRegistryPostProcessor 和 BeanFactoryPostProcessor：

通过执行 BeanFactoryPostProcessor ，来对 BeanFactory 中的 Bean 定义进行修改，比如常见的是统一设置某些 Bean 的属性变量值，对指定的 Bean 定义进行修改或者注册新的 Bean。

BeanDefinitionRegistryPostProcessor 接口继承自 BeanFactoryPostProcessor，它新添加了一个接口，用来在BeanFactoryPostProcessor 实现类中 postProcessBeanFactory 方法执行前再注册一些 Bean 到 beanFactory 中。

在 invokeBeanFactoryPostProcessors 中首先执行实现了 BeanDefinitionRegistryPostProcessor 接口的 Bean 的 postProcessBeanDefinitionRegistry 方法
然后再执行实现了 BeanFactoryPostProcessor 接口的 Bean 的 postProcessBeanFactory 方法
由于接口的实现类可能会有多个，可以通过实现 PriorityOrdered 或者 Ordered 接口给每个Bean定义一个优先级，规定 PriorityOrdered 接口的优先级大于实现 Ordered 的优先级。

在 AnnotationConfigApplicationContext 中，会通过 AnnotatedBeanDefinitionReader 将相关的 BeanPostProcessor 预先注册到BeanFactory中，这其中就包括了 ConfigurationClassPostProcessor ，所以在此处 invokeBeanFactoryPostProcessors 中，就会调用 postProcessBeanDefinitionRegistry 方法来解析所有标注有 @Configuration 注解的类，并解析该类里面所有标注 @Bean 的方法和标注 @Import 的bean，并注入这些解析的 Bean 到 BeanFactory中。

registerBeanPostProcessors 注册 BeanPostProcessor 到 BeanFactory 的 beanPostProcessors 列表

BeanFactoryPostProcessor 是在 Bean 实例化前对 BeanFactory 进行扩展，BeanPostProcessor 是在 Bean 实例化后对 Bean 进行扩展，BeanPostProcessor 的接口定义如下：

public interface BeanPostProcessor {
    //在Bean实例化后，初始化前进行一些扩展操作
    @Nullable
    default Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        return bean;
    }
    //在Bean实例化后，初始化后进行一些扩展操作
    @Nullable
    default Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        return bean;
    }
}

在 registerBeanPostProcessors 中，主要是找寻实现了 BeanPostProcessor 的Bean，将其注册到BeanFactory 的 beanPostProcessors 属性里面，待后面使用。

onRefresh 为子类留下扩展，让子类能够继续注册特殊的Bean

在spring-boot 中 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext 的 onRefresh ，其代码如下：

@Override
protected void onRefresh() {
    super.onRefresh();
    try {
        createWebServer();
    }
    catch (Throwable ex) {
        throw new ApplicationContextException("Unable to start web server", ex);
    }
}

在onRefresh中创建了内嵌的web服务器。

registerListeners 注册 ApplicationListeners

Spring 的 ApplicationContext 容器内部允许以 ApplicationEvent 的形式发布事件，容器内注册的 ApplicationListener类型的bean定义会被ApplicationContext容器自动识别，它们负责监听容器内发布的所有 ApplicationEvent类型的事件，一旦容器内发布ApplicationEvent及其子类型的事件，注册到容器的ApplicationListener就会对这些事件进行处理。

ApplicationEvent 的一个类图，是具体的事件类

ApplicationListener 是事件的监听器，在spring-boot启动的时候，会通过getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class)加载所有的事件监听器到context中。

ApplicationContext 在具体实现事件的发布和事件监听器的注册功能委托给了 ApplicationEventMulticaster，整个类图如下：

AbstractApplicationEventMulticaster 是对 ApplicationEventMulticaster 的一个抽象类实现， SimpleApplicationEventMulticaster 是 Spring 提供的 AbstractApplicationEventMulticaster 的一个子类实现，添加了事件发布功能的实现。

ApplicationEventMulticaster 的初始化是在 initApplicationEventMulticaster 中完成。

在事件的发布上，默认是同步顺序发布，但是为了避免可能存在的性能问题，我们可以设置TaskExecutor来实现并发发布。

整个关系图：

finishBeanFactoryInitialization 创建所有非lazy-init的Bean

具体是调用 beanFactory.preInstantiateSingletons 来实现的

finishRefresh 应用程序上下文刷新结束，发送事件通知

通过 ApplicationEventMulticaster 发布 ContextRefreshedEvent事件

以上就是整个refresh的过程，refresh

总结

ApplicationContext 是Spring在 BeanFactory 基础容器之上，提供的另一个IoC容器实现。它拥有许多 BeanFactory 所没有的特性，包括统一的资源加载策略、国际化信息支持、容器内事件发布。本文重点介绍了ApplicationContext的refresh过程，指出其主要工作就是做了Bean的注册、加载、初始化，下面一篇会继续介绍Bean实例化的具体过程，欢迎关注。

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ConfigurationClassPostProcessor 读取Configuration配置类中的Bean