一文详解 Spring Boot 创建 Bean 的过程

港控/mmm° 2024-03-22 13:04 31阅读 0赞

在讨论 Spring 时使用的 Bean 指的是托管在 Spring 容器（或称 IoC 容器）中的 Java 类对象。 Bean 的作用范围分为 Singleton、Prototype 两种（spring-web 又增加了 request\\session 等）。 默认情况下，Bean 的作用范围是 Singleton。 在 IoC 容器启动时，默认会创建、初始化 Singleton Bean，这个过程被称之为 “eager registration of singletons”。 Spring 创建 Singleton Bean 的过程可以分为三个阶段：

1.  实例化阶段，AbstractAutowireCapableBeanFactory\#createBeanInstance，这个阶段会调用构造器、工厂方法等来完成 Bean 的实例化。
2.  属性设置阶段，AbstractAutowireCapableBeanFactory\#populateBean，这个阶段会设置依赖。
3.  初始化阶段，AbstractAutowireCapableBeanFactory\#initializeBean，如果设置了 Bean 实例的初始化方法，会在这个阶段调用。

接下来，我将逐个分析上述三个阶段，并与大家一块研究下 Spring 中每个过程的实现源码。

## 01-createBeanInstance ##

首先，创建 Bean 的过程在 AbstractAutowireCapableBeanFactory\#createBeanInstance 方法中实现。 它的主要作用是对 Singleton Bean 进行实例化，例如通过调用类的构造器、工厂方法等。 实例化后的 Bean 通过一个包装类 BeanWrapper 对象返回。 下面，我们来看下这部分的源码实现：

protected BeanWrapper createBeanInstance(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args) {
        /**
        * 一般来说，这里得到的就是要创建的 Bean 的类型，或者是它的工厂类类型
        */
        // Make sure bean class is actually resolved at this point.
        Class<?> beanClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);   
    
        /**
        * 如果有 supplier，则使用 supplier 获得实例
        */
        Supplier<?> instanceSupplier = mbd.getInstanceSupplier();
        if (instanceSupplier != null) {
            return obtainFromSupplier(instanceSupplier, beanName);
        }
    
        /**
        * 根据工厂类、工厂方法获得实例
        * 最终交由 ConstructorResolver#instantiateUsingFactoryMethod 方法实现
        */
        if (mbd.getFactoryMethodName() != null) {
            return instantiateUsingFactoryMethod(beanName, mbd, args);
        }
    
        /**
        * 如果前面两种方式都没能创建实例，则需要根据要创建 Bean 的构造器来实例化
        * args 是要使用的构造器参数
        * 如果 args == null，说明要使用默认够构造器
        */
        // Shortcut when re-creating the same bean...
        boolean resolved = false;
        boolean autowireNecessary = false;
        if (args == null) {
            synchronized (mbd.constructorArgumentLock) {
                if (mbd.resolvedConstructorOrFactoryMethod != null) {
                    resolved = true;
                    autowireNecessary = mbd.constructorArgumentsResolved;
                }
            }
        }
        if (resolved) {
            if (autowireNecessary) {
                /**
                * 对构造方法中需要自动注入的进行处理
                * 最终交由 ConstructorResolver#autowireConstructor 处理
                */
                return autowireConstructor(beanName, mbd, null, null);
            }
            else {
                /**
                * 使用默认够构造器
                * 根据实例化策略（SimpleInstantiationStrategy 或 CglibSubclassingInstantiationStrategy）来创建实例
                * 然后返回 BeanWrapper 对象
                */
                return instantiateBean(beanName, mbd);
            }
        }
    
        /**
        * 这里应对的是 args != null 的情况
        * 与前面一样，也是分为两种情况考虑：
        * 1. 对于需要 autowiring 的情况，由 ConstructorResolver#autowireConstructor 处理
        * 2. 其他情况，直接调用构造器创建对象
        */
        // Candidate constructors for autowiring?
        Constructor<?>[] ctors = determineConstructorsFromBeanPostProcessors(beanClass, beanName);
        if (ctors != null || mbd.getResolvedAutowireMode() == AUTOWIRE_CONSTRUCTOR ||
                mbd.hasConstructorArgumentValues() || !ObjectUtils.isEmpty(args)) {
            return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, args);
        }
    
        // Preferred constructors for default construction?
        ctors = mbd.getPreferredConstructors();
        if (ctors != null) {
            return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, null);
        }
    
        // No special handling: simply use no-arg constructor.
        return instantiateBean(beanName, mbd);
    }
    复制代码

在上述源码实现中，有几点需要特别注意：

1.  Supplier 是 Java 1.8 版本之后提供的函数式接口，它只定义了一个 get 方法，用来获取结果。 在 AbstractBeanDefinition 中定义了一个 instanceSupplier，通过这个回调，能够创建特定 Bean 的实例。 需要特别提醒的是，通过 instanceSupplier 创建 Bean 实例是从 Spring 5.0 开始支持的功能。 而且，它的优先级要高于构造器、工厂方法。
2.  如果没有提供 Supplier，则会尝试通过工厂类、工厂方法或类构造器来创建 Bean 实例。 针对使用无参构造器的情况，直接根据实例化策略（例如基于 CGLIB），创建实例 `BeanUtils#instantiateClass` \-> `Constructor#newInstance`。 针对使用工厂类、工厂方法或带参构造器的情况，由 Spring 内部的一个辅助类 ConstructorResolver 来实现。
    
     *  instantiateUsingFactoryMethod，通过工厂方法来实例化类。工厂方法可能是静态类方法，也可能是工厂类对象。
     *  autowireConstructor，从容器中自动装配对应的构造器参数。

完成实例化后，Spring 会对 Bean (BeanWrapper) 实例进行属性填充。 这部分代码在 AbstractAutowireCapableBeanFactory\#populateBean 中实现。 接下来，让我们一起学习下这部分源码。

## 02-populateBean ##

AbstractAutowireCapableBeanFactory\#populateBean 方法的主要作用是，根据 BeanDefinition 中的属性值来设置（填充）BeanWrapper 中的 Bean 实例：

protected void populateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable BeanWrapper bw) {
    
        /**
        * 当使用 XML 文件作为配置文件时，<bean> 标签中的 <property> 中的内容，会设置到 BeanDefinition 的 PropertyValues 中
        * 当使用 @Configuration 类文件作为配置时，pvs 一般是空值
        */
        PropertyValues pvs = (mbd.hasPropertyValues() ? mbd.getPropertyValues() : null);
    
        /**
        * 这里的代码主要是检查 bw 中的引用类型（即依赖的其他 Bean）
        * 并且，从容器中获取（容器中不存在时会触发创建）这些 Bean，设置到 newPvs 中
        * 最终，applyPropertyValues 中，根据 newPvs 的值，设置 bw 中的属性值
        * 根据使用自动注入类型不同，区分为按类型注入、按 Bean 名称注入两种方式
        * 需要注意的是，这里并不会真正的修改 bw 中 Bean 的属性值
        */
        int resolvedAutowireMode = mbd.getResolvedAutowireMode();
        if (resolvedAutowireMode == AUTOWIRE_BY_NAME || resolvedAutowireMode == AUTOWIRE_BY_TYPE) {
            MutablePropertyValues newPvs = new MutablePropertyValues(pvs);
            // Add property values based on autowire by name if applicable.
            if (resolvedAutowireMode == AUTOWIRE_BY_NAME) {
                /**
                * 根据 bean name 注入依赖，后面会讲到
                */
                autowireByName(beanName, mbd, bw, newPvs);
            }
            // Add property values based on autowire by type if applicable.
            if (resolvedAutowireMode == AUTOWIRE_BY_TYPE) {
                /**
                * 与根据 bean name 注入类似
                */
                autowireByType(beanName, mbd, bw, newPvs);
            }
            pvs = newPvs;
        }
    
        /**
        * 这里会回调 InstantiationAwareBeanPostProcessor 中的 postProcessProperties
        */
        boolean hasInstAwareBpps = hasInstantiationAwareBeanPostProcessors();
        boolean needsDepCheck = (mbd.getDependencyCheck() != AbstractBeanDefinition.DEPENDENCY_CHECK_NONE);
    
        PropertyDescriptor[] filteredPds = null;
        if (hasInstAwareBpps) {
            if (pvs == null) {
                pvs = mbd.getPropertyValues();
            }
            for (InstantiationAwareBeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessorCache().instantiationAware) {
                /**
                * 当使用 AnnotationConfigApplicationContext 时，一个关键的 InstantiationAwareBeanPostProcessor 实现是 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor
                * 后者会处理 bw 包装的 Bean 类型中的 @Autowired、@Value、@Inject 注解的 Field、Method，并收集到 InjectionMetadata
                * 之后，会调用 InjectionMetadata#inject，完成依赖对象（值、其他 Bean）的注入
                */
                PropertyValues pvsToUse = bp.postProcessProperties(pvs, bw.getWrappedInstance(), beanName);
                if (pvsToUse == null) {
                    if (filteredPds == null) {
                        filteredPds = filterPropertyDescriptorsForDependencyCheck(bw, mbd.allowCaching);
                    }
                    /**
                    * 从 5.1 版本起被废弃，推荐使用同接口中的 postProcessProperties 
                    */
                    pvsToUse = bp.postProcessPropertyValues(pvs, filteredPds, bw.getWrappedInstance(), beanName);
                    if (pvsToUse == null) {
                        return;
                    }
                }
                pvs = pvsToUse;
            }
        }
        /**
        * 执行依赖检查，确认是否所有的属性（除那些被特别排除的外）都被设置
        * 若有未设置的，会抛异常 UnsatisfiedDependencyException
        */
        if (needsDepCheck) {
            if (filteredPds == null) {
                filteredPds = filterPropertyDescriptorsForDependencyCheck(bw, mbd.allowCaching);
            }
            checkDependencies(beanName, mbd, filteredPds, pvs);
        }
        /**
        * 这里把 pvs 中的值设置到 bw 中的 Bean 实例中
        */
        if (pvs != null) {
            applyPropertyValues(beanName, mbd, bw, pvs);
        }
    }
    复制代码

上述源码实现中，有几点需要特别注意：

1.  autowireByName 方法，它的源码如下。它会遍历所有未满足的属性，然后尝试从容器中获取这些引用，因此会出发其他 Bean 的加载。

String[] propertyNames = unsatisfiedNonSimpleProperties(mbd, bw);
        for (String propertyName : propertyNames) {
            // 容器中有特定的 Bean
            if (containsBean(propertyName)) {
                Object bean = getBean(propertyName);
                // 获取（可能会出发 Bean 创建）对应 Bean，然后放入 pvs 中，等待后续真正设置到 bean 中属性里
                pvs.add(propertyName, bean);
                registerDependentBean(propertyName, beanName);
            }
            else {
            }
        }
    复制代码

这里的 unsatisfiedNonSimpleProperties 方法，会从 bw 中获取内部 bean 实例的所有未满足的、非简单类型（简单类型指基本类型、enum 等）的属性值。 例如：

public class Person {
        private String name;
        private String sex;
        // 省略 getter\setter
    }
    复制代码

它对应的 unsatisfiedNonSimpleProperties 方法放回值就包括 name、sex、class 等。 需要特别注意的是，如果没有 getter 和 setter 方法，这个属性不会出现在返回值列表中。 2. 在 Spring 中，有很多形如 xxxPostProcessors 的接口定义。 这是 Spring 提供的一种生命周期回调机制，允许使用者通过提供 xxxPostProcessor 具体实现的方式，参与到 Spring 的流程中，来实现特定的处理逻辑。 我个人也认为这是一种非常灵活的定制化机制，在开发自己的系统时，可以借鉴、参考 Spring 的这种方式。

当所有必须的属性填充完毕后，Bean 实例已经算是可用的了。 但是，对于一些比较复杂的 Bean，可能需要执行一些初始化步骤，才能真正对外提供服务。 Spring 会在下一个阶段，调用 Bean 的初始化方法。

## 03-initializeBean ##

调用 Bean 的初始化方法在 AbstractAutowireCapableBeanFactory\#initializeBean 中实现。

/**
    * bean 就是前面两步创建好的 Bean 实例
    */
    protected Object initializeBean(String beanName, Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd) {
        
        /**
        * 如果 Bean 实现了 Aware 接口，调用它们定义的方法：
        * 1. BeanNameAware#setBeanName
        * 2. BeanClassLoaderAware#setBeanClassLoader
        * 3. BeanFactoryAware#setBeanFactory
        */
        invokeAwareMethods(beanName, bean);
    
        /**
        * 对于应用程序定义的 Bean，调用 BeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization 方法
        * 这个方法就是常被提到的 Bean 生命周期回调之一
        * 这里用到的也是前面提到的 PostProcessor 模式
        */
        Object wrappedBean = bean;
        if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {  // synthetic 指不是由应用本身定义的，例如由容器定义的
            wrappedBean = applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(wrappedBean, beanName);
        }
        try {
            /**
            * 调用 Bean 的初始化方法
            * 对于 XML 配置文件来说，就是 <bean> 标签中指定的 init-method 方法
            * 对于 Java 类配置来说，@Bean 注解中的 initMethod 指定的方法
            * 对于实现了 InitializingBean 接口的 Bean 来说，调用 afterPropertiesSet 方法
            * 
            */
            invokeInitMethods(beanName, wrappedBean, mbd);
        }
        catch (Throwable ex) {  }
        /**
        * 对于应用程序定义的 Bean，调用 BeanPostProcessor#applyBeanPostProcessorsAfterInitialization 方法
        * 这个方法就是常被提到的 Bean 生命周期回调之一
        */
        if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
            wrappedBean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(wrappedBean, beanName);
        }
        return wrappedBean;
    }
    复制代码

到这里为止，Spring 创建 Bean 的过程基本就结束了。