【132期】面试再被问到Spring容器IOC初始化过程，就拿这篇文章砸他~

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阅读本文大概需要 14 分钟。

作者：拥抱心中的梦想
juejin.im/post/5ab30714f265da237b21fbcc

一、老规矩，先比比点幺蛾子

作为一个经常使用 Spring 的后端程序员，小编很早就想彻底弄懂整个 Spring 框架了！但它整体是非常大的，所有继承图非常复杂，加上小编修行尚浅，显得力不从心。不过，男儿在世当立志，今天就先从 Spring IOC 容器的初始化开始说起，即使完成不了对整个 Spring 框架的完全掌握，也不丢人，因为小编动手了，稳住，咱能赢！

下面说一些阅读前的建议：

• 1、阅读源码分析是非常无聊的，但既然你进来了，肯定也是对这个东西进行了解，也希望这篇总结能对你有所启发。

• 2、前方高能，文章可能会非常的长，图文并茂。

• 3、阅读前建议你对相关设计模式、软件设计 6 大原则有所了解，小编会在行文中进行穿插。

• 4、小编在读大四，学识尚浅，喜欢专研，如果你发现文章观点有所错误或者与你见解有差异，欢迎评论区指出和交流！

• 5、建议你边看文章的时候可以边在 IDE 中进行调试跟踪

• 6、文章所有 UML 图利用 idea 自动生成，具体生成方法为：选中一个类名，先ctrl+shift+alt+U,再ctrl+alt+B,然后回车即可

二、文章将围绕什么来进行展开？

不多，就一行代码，如下图：

这句是 Spring 初始化的代码，虽然只有一句代码，但内容贼多！

三、Spring 容器 IOC 有哪些东西组成？

这样子，小编先理清下思路，一步一步来：

• 1、上面那句代码有个文件叫applicationContext.xml, 这是个资源文件，由于我们的bean都在里边进行配置定义，那 Spring 总得对这个文件进行读取并解析吧！所以 Spring 中有个模块叫Resource模块，顾名思义，就是资源嘛！用于对所有资源xml、txt、property等文件资源的抽象。关于对Resource的更多知识，可以参考下边两篇文章：

谈一谈我对 Spring Resource 的理解：https://juejin.im/post/5ab0ce60518825611a405106

Spring 资源文件剖析和策略模式应用（李刚）：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-spring-resource/index.html

下面先贴一张小编生成的类图(图片有点大，不知道会不会不清晰，如果不清晰可以按照上面说的idea生成方法去生成即可)：

可以看到Resource是整个体系的根接口，点进源码可以看到它定义了许多的策略方法，因为它是用了策略模式这种设计模式，运用的好处就是策略接口/类定义了同一的策略，不同的子类有不同的具体策略实现，客户端调用时传入一个具体的实现对象比如UrlResource或者FileSystemResource给策略接口/类Resource即可！

所有策略如下：

• 2、上面讲了 Spring 框架对各种资源的抽象采用了策略模式，那么问题来了，现在表示资源的东西有了，那么是怎么把该资源加载进来呢？于是就有了下面的ResourceLoader组件，该组件负责对 Spring 资源的加载，资源指的是xml、properties等文件资源，返回一个对应类型的Resource对象。。UML 图如下：

从上面的 UML 图可以看出，ResourceLoader组件其实跟Resource组件差不多，都是一个根接口，对应有不同的子类实现，比如加载来自文件系统的资源，则可以使用FileSystemResourceLoader, 加载来自ServletContext上下文的资源，则可以使用ServletContextResourceLoader。还有最重要的一点，从上图看出，ApplicationContext,AbstractApplication是实现了ResourceLoader的，这说明什么呢？说明我们的应用上下文ApplicationContext拥有加载资源的能力，这也说明了为什么可以通过传入一个String resource path给ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml")就能获得 xml 文件资源的原因了！清晰了吗？nice！

• 3、上面两点讲到了，好！既然我们拥有了加载器ResourceLoader，也拥有了对资源的描述Resource, 但是我们在 xml 文件中声明的标签在 Spring 又是怎么表示的呢？注意这里只是说对bean的定义，而不是说如何将转换为bean对象。我想应该不难理解吧！就像你想表示一个学生Student，那么你在程序中肯定要声明一个类Student吧！至于学生数据是从excel导入，或者程序运行时new出来，或者从xml中加载进来这些都不重要，重要的是你要有一个将现实中的实体表示为程序中的对象的东西，所以也需要在 Spring 中做一个定义！于是就引入一个叫BeanDefinition的组件，UML 图如下：

下面讲解下 UML 图：

首先配置文件中的标签跟我们的BeanDefinition是一一对应的，元素标签拥有class、scope、lazy-init等配置属性，BeanDefinition则提供了相应的beanClass、scope、lazyInit属性。

其中RootBeanDefinition是最常用的实现类，它对应一般性的元素标签，GenericBeanDefinition是自2.5以后新加入的bean文件配置属性定义类，是一站式服务类。在配置文件中可以定义父和子，父用RootBeanDefinition表示，而子用ChildBeanDefiniton表示，而没有父的就使用RootBeanDefinition表示。AbstractBeanDefinition对两者共同的类信息进行抽象。 Spring通过BeanDefinition将配置文件中的配置信息转换为容器的内部表示，并将这些BeanDefiniton注册到BeanDefinitonRegistry中。Spring容器的BeanDefinitionRegistry就像是Spring配置信息的内存数据库，主要是以map的形式保存，后续操作直接从BeanDefinitionRegistry中读取配置信息。一般情况下，BeanDefinition只在容器启动时加载并解析，除非容器刷新或重启，这些信息不会发生变化，当然如果用户有特殊的需求，也可以通过编程的方式在运行期调整BeanDefinition的定义。

• 4、有了加载器ResourceLoader，也拥有了对资源的描述Resource，也有了对bean的定义，我们不禁要问，我们的Resource资源是怎么转成我们的BeanDefinition的呢? 因此就引入了BeanDefinitionReader组件, Reader 嘛！就是一种读取机制，UML 图如下：

从上面可以看出，Spring 对 reader 进行了抽象，具体的功能交给其子类去实现，不同的实现对应不同的类，如PropertiedBeanDefinitionReader,XmlBeanDefinitionReader对应从 Property 和 xml 的 Resource 解析成BeanDefinition。

其实这种读取数据转换成内部对象的，不仅仅是 Spring 专有的，比如：Dom4j 解析器SAXReader reader = new SAXReader(); Document doc = reader.read(url.getFile());//url 是一个 URLResource 对象 严格来说，都是 Reader 体系吧，就是将统一资源数据对象读取转换成相应内部对象。

• 5、好了！基本上所有组件都快齐全了！对了，还有一个组件，你有了BeanDefinition后，你还必须将它们注册到工厂中去，所以当你使用getBean()方法时工厂才知道返回什么给你。还有一个问题，既然要保存注册这些bean, 那肯定要有个数据结构充当容器吧！没错，就是一个Map, 下面贴出BeanDefinitionRegistry的一个实现，叫SimpleBeanDefinitionRegistry的源码图：

BeanDefinitionRegistry的 UML 图如下：

从图中可以看出，BeanDefinitionRegistry有三个默认实现，分别是SimpleBeanDefinitionRegistry，DefaultListableBeanFactory，GenericApplicationContext, 其中SimpleBeanDefinitionRegistry，DefaultListableBeanFactory都持有一个 Map，也就是说这两个实现类把保存了 bean。而GenericApplicationContext则持有一个DefaultListableBeanFactory对象引用用于获取里边对应的 Map。在DefaultListableBeanFactory中

在GenericApplicationContext中

• 6、前面说的 5 个点基本上可以看出ApplicationContext上下文基本直接或间接贯穿所有的部分，因此我们一般称之为容器，除此之外，ApplicationContext还拥有除了bean容器这种角色外，还包括了获取整个程序运行的环境参数等信息（比如 JDK 版本，jre 等），其实这部分 Spring 也做了对应的封装，称之为Enviroment, 下面就跟着小编的 eclipse, 一起 debug 下容器的初始化工程吧！

四、实践是检验真理的唯一标准

学生类Student.java如下：

package com.wokao666;

public class Student {

	private int id;
	private String name;
	private int age;

	public int getId() {
		return id;
	}

	public void setId(int id) {
		this.id = id;
	}

	public String getName() {
		return name;
	}

	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}

	public int getAge() {
		return age;
	}

	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}

	public Student(int id, String name, int age) {
		super();
		this.id = id;
		this.name = name;
		this.age = age;
	}

	public Student() {
		super();
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "Student [id=" + id + ", ]";
	}

}

在application.xml中进行配置，两个bean:

"stu1" class="com.wokao666.Student">
 	
 	
 	
 
  "stu2" class="com.wokao666.Student">
 	
 	
 	
 

好了，接下来给最开头那段代码打个断点 (Breakpoint):

第一步：急切地加载ContextClosedEvent类，以避免在WebLogic 8.1中的应用程序关闭时出现奇怪的类加载器问题。

这一步无需太过在意！

第二步：既然是new ClassPathXmlApplicationContext() 那么就调用构造器嘛！

第三步：

第四步：

好，我们跟着第三步中的super(parent)，再结合上面第三节的第 6 小点 UML 图一步一步跟踪，然后我们来到AbstractApplicationContext的这个方法：

那么里边的resourcePatternResolver的类型是什么呢？属于第三节说的 6 大步骤的哪个部分呢？通过跟踪可以看到它的类型是ResourcePatternResolver类型的，而ResourcePatternResolver又是继承了ResourceLoader接口，因此属于加载资源模块，如果还不清晰，咱们再看看ResourcePatternResolver的源码即可，如下图：

对吧！不仅继承ResourceLoader接口，而且只定义一个getResources()方法用于返回Resource[]资源集合。再者，这个接口还使用了策略模式，其具体的实现都在实现类当中，好吧！来看看 UML 图就知道了！

PathMatchingResourcePatternResolver这个实现类呢！它就是用来解释不同路径资源的，比如你传入的资源路径有可能是一个常规的url, 又或者有可能是以classpath*前缀，都交给它处理。

ServletContextResourcePatternResolver这个实现类顾名思义就是用来加载Servlet上下文的，通常用在 web 中。

第五步：

接着第四步的方法，我们在未进入第四步的方法时，此时会对AbstractApplicationContext进行实例化，此时this对象的某些属性被初始化了(如日志对象)，如下图：

接着进入getResourcePatternResolver()方法：

第四步说了，PathMatchingResourcePatternResolver用来处理不同的资源路径的，怎么处理，我们先进去看看！

如果找到，此时控制台会打印找到用于OSGi包URL解析的Equinox FileLocator日志。没打印很明显找不到！

运行完成返回setParent()方法。

第六步：

如果父代是非null，，则该父代与当前this应用上下文环境合并。显然这一步并没有做什么事！parent显然是null的，那么就不合并嘛！还是使用当前this的环境。

做个总结：前六步基本上做了两件事：

• 1、初始化相关上下文环境，也就是初始化ClassPathXmlApplicationContext实例

• 2、获得一个resourcePatternResolver对象，方便第七步的资源解析成Resource对象

第七步：

第七步又回到刚开始第三步的代码，因为我们前面 6 步已经完成对super(parent)的追踪。让我们看看setConfigLocation()方法是怎么一回事~

/**
 * Set the config locations for this application context.//未应用上下文设置资源路径
 * 
If not set, the implementation may use a default as appropriate.//如果未设置，则实现可以根据需要使用默认值。
 */
public void setConfigLocations(String... locations) {
	if (locations != null) {//非空
		Assert.noNullElements(locations, "Config locations must not be null");//断言保证locations的每个元素都不为null
		this.configLocations = new String[locations.length];
		for (int i = 0; i < locations.length; i++) {
			this.configLocations[i] = resolvePath(locations[i]).trim();//去空格，很好奇resolvePath做了什么事情？
		}
	}
	else {
		this.configLocations = null;
	}
}

进入resolvePath()方法看看：

/**
 * 解析给定的资源路径，必要时用相应的环境属性值替换占位符，应用于资源路径配置。
 * Resolve the given path, replacing placeholders with corresponding
 * environment property values if necessary. Applied to config locations.
 * @param path the original file path
 * @return the resolved file path
 * @see org.springframework.core.env.Environment#resolveRequiredPlaceholders(String)
 */
protected String resolvePath(String path) {
	return getEnvironment().resolveRequiredPlaceholders(path);
}

进入getEnvironment()看看：

/**
 * {@inheritDoc}
 * 
If {@code null}, a new environment will be initialized via
 * {@link #createEnvironment()}.
 */
@Override
public ConfigurableEnvironment getEnvironment() {
	if (this.environment == null) {
		this.environment = createEnvironment();
	}
	return this.environment;
}

进入createEnvironment(), 方法，我们看到在这里创建了一个新的StandardEnviroment对象，它是Environment的实现类，表示容器运行的环境，比如 JDK 环境，Servlet 环境，Spring 环境等等，每个环境都有自己的配置数据，如System.getProperties()、System.getenv()等可以拿到 JDK 环境数据；ServletContext.getInitParameter()可以拿到 Servlet 环境配置数据等等, 也就是说 Spring 抽象了一个Environment来表示环境配置。

生成的StandardEnviroment对象并没有包含什么内容，只是一个标准的环境，所有的属性都是默认值。

总结：对传入的path进行路径解析

第八步：这一步是重头戏

先做个小结：到现在为止，我们拥有了以下实例：

现在代码运行到如下图的refresh()方法：

看一下这个方法的内容是什么？

@Override
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
	synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
		// 刷新前准备工作，包括设置启动时间，是否激活标识位，初始化属性源(property source)配置
		prepareRefresh();

		// 创建beanFactory（过程是根据xml为每个bean生成BeanDefinition并注册到生成的beanFactory
		ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

		//准备创建好的beanFactory（给beanFactory设置ClassLoader，设置SpEL表达式解析器，设置类型转化器【能将xml String类型转成相应对象】，
		//增加内置ApplicationContextAwareProcessor对象，忽略各种Aware对象，注册各种内置的对账对象【BeanFactory，ApplicationContext】等，
		//注册AOP相关的一些东西，注册环境相关的一些bean
		prepareBeanFactory(beanFactory);

		try {
			// 模板方法，为容器某些子类扩展功能所用（工厂后处理器）这里可以参考BeanFactoryPostProcessor接口的postProcessBeanFactory方法
			postProcessBeanFactory(beanFactory);

			// 调用所有BeanFactoryPostProcessor注册为Bean
			invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

			// 注册所有实现了BeanPostProcessor接口的Bean
			registerBeanPostProcessors(beanFactory);

			// 初始化MessageSource，和国际化相关
			initMessageSource();

			// 初始化容器事件传播器
			initApplicationEventMulticaster();

			// 调用容器子类某些特殊Bean的初始化，模板方法
			onRefresh();

			// 为事件传播器注册监听器
			registerListeners();

			// 初始化所有剩余的bean（普通bean）
			finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

			// 初始化容器的生命周期事件处理器，并发布容器的生命周期事件
			finishRefresh();
		}
		catch (BeansException ex) {
			if (logger.isWarnEnabled()) {
				logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
						"cancelling refresh attempt: " + ex);
			}
			// 销毁已创建的bean
			destroyBeans();
			// 重置`active`标志
			cancelRefresh(ex);
			throw ex;
		}
		finally {
							//重置一些缓存
			resetCommonCaches();
		}
	}
}

在这里我想说一下，这个refresh()方法其实是一个模板方法, 很多方法都让不同的实现类去实现，但该类本身也实现了其中一些方法，并且这些已经实现的方法是不允许子类重写的，比如：prepareRefresh()方法。更多模板方法设计模式，可看我之前的文章 谈一谈我对‘模板方法’设计模式的理解（Template）。

先进入prepareRefresh()方法：

/**
 * Prepare this context for refreshing, setting its startup date and
 * active flag as well as performing any initialization of property sources.
 */
protected void prepareRefresh() {
	this.startupDate = System.currentTimeMillis();//设置容器启动时间
	this.closed.set(false);//容器关闭标志，是否关闭？
	this.active.set(true);//容器激活标志，是否激活？
	
	if (logger.isInfoEnabled()) {//运行到这里，控制台就会打印当前容器的信息
		logger.info("Refreshing " + this);
	}

	// 空方法，由子类覆盖实现，初始化容器上下文中的property文件
	initPropertySources();

	//验证标记为必需的所有属性均可解析，请参阅ConfigurablePropertyResolver＃setRequiredProperties
	getEnvironment().validateRequiredProperties();

	//允许收集早期的ApplicationEvents，一旦多播器可用，即可发布...
	this.earlyApplicationEvents = new LinkedHashSet();
}

控制台输出：

三月 22, 2018 4:21:13 下午 org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext prepareRefresh
信息: Refreshing org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext@96532d6: startup date [Thu Mar 22 16:21:09 CST 2018]; root of context hierarchy

第九步：

进入obtainFreshBeanFactory()方法：

/**
 * 告诉子类刷新内部bean工厂(子类是指AbstractApplicationContext的子类，我们使用的是ClassPathXmlApplicationContext)
 * Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
 */
protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory() {
	refreshBeanFactory();//刷新Bean工厂，如果已经存在Bean工厂，那就关闭并销毁，再创建一个新的bean工厂
	ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();//获取新创建的Bean工厂
	if (logger.isDebugEnabled()) {
		logger.debug("Bean factory for " + getDisplayName() + ": " + beanFactory);//控制台打印
	}
	return beanFactory;
}

进入refreshBeanFactory()方法：

/**
 * 该实现执行该上下文的基础Bean工厂的实际刷新，关闭以前的Bean工厂（如果有的话）以及为该上下文的生命周期的下一阶段初始化新鲜的Bean工厂。
 * This implementation performs an actual refresh of this context's underlying
 * bean factory, shutting down the previous bean factory (if any) and
 * initializing a fresh bean factory for the next phase of the context's lifecycle.
 */
@Override
protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException {
	if (hasBeanFactory()) {//如果已有bean工厂
		destroyBeans();//销毁
		closeBeanFactory();//关闭
	}
	try {
		DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();//创建一个新的bean工厂
		beanFactory.setSerializationId(getId());//为序列化目的指定一个id，如果需要，可以将此BeanFactory从此id反序列化回BeanFactory对象。
		//定制容器，设置启动参数（bean可覆盖、循环引用），开启注解自动装配
		customizeBeanFactory(beanFactory);
		////将所有BeanDefinition载入beanFactory中，此处依旧是模板方法，具体由子类实现
		loadBeanDefinitions(beanFactory);
		//beanFactory同步赋值
		synchronized (this.beanFactoryMonitor) {
			this.beanFactory = beanFactory;
		}
	}
	catch (IOException ex) {
		throw new ApplicationContextException("I/O error parsing bean definition source for " + getDisplayName(), ex);
	}
}

总结：这一步主要的工作就是判断刷新容器前是否已经有 beanfactory 存在，如果有，那么就销毁旧的 beanfactory, 那么就销毁掉并且创建一个新的 beanfactory 返回给容器，同时将 xml 文件的BeanDefinition注册到 beanfactory 中。如果不太清楚可以回过头看看我们的第三节第5点内容

第十步：

进入第九步的loadBeanDefinitions(beanFactory)方法中去take a look:

/**
 * 使用XmlBeanDefinitionReader来加载beandefnition，之前说过使用reader机制加载Resource资源变为BeanDefinition对象
 * Loads the bean definitions via an XmlBeanDefinitionReader.
 * @see org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanDefinitionReader
 * @see #initBeanDefinitionReader
 * @see #loadBeanDefinitions
 */
@Override
protected void loadBeanDefinitions(DefaultListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException, IOException {
	// 创建XmlBeanDefinitionReader对象
	XmlBeanDefinitionReader beanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReader(beanFactory);

	// 使用当前上下文Enviroment中的Resource配置beanDefinitionReader，因为beanDefinitionReader要将Resource解析成BeanDefinition嘛！
	beanDefinitionReader.setEnvironment(this.getEnvironment());
	beanDefinitionReader.setResourceLoader(this);
	beanDefinitionReader.setEntityResolver(new ResourceEntityResolver(this));

	//初始化这个reader
	initBeanDefinitionReader(beanDefinitionReader);
	//将beandefinition注册到工厂中（这一步就是将bean保存到Map中）
	loadBeanDefinitions(beanDefinitionReader);
}

控制台输出：

三月 22, 2018 5:09:40 下午 org.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanDefinitionReader loadBeanDefinitions
信息: Loading XML bean definitions from class path resource [applicationContext.xml]

第十一步：

进入prepareBeanFactory(beanFactory)方法：

//设置bean类加载器
//设置Spring语言表达式（SpEL）解析器
//扫描ApplicationContextAware bean
//注册类加载期类型切面织入（AOP）LoadTimeWeaver
//为各种加载进入beanFactory的bean配置默认环境

第十二步：

postProcessBeanFactory(beanFactory)方法：

postProcessBeanFactory同样作为一个模板方法，由子类来提供具体的实现，子类可以有自己的特殊对BeanDefinition后处理方法，即子类可以在这对前面生成的BeanDefinition，即bean的元数据再处理。比如修改某个bean的id/name属性、scope属性、lazy-init属性等。

第十三步：

invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory)方法：

该方法调用所有的BeanFactoryPostProcessor，它是一个接口，实现了此接口的类需重写postProcessBeanFactory()这个方法，可以看出该方法跟第十二步的方法是一样的，只不过作为接口，更多的是提供给开发者来对生成的BeanDefinition做处理，由开发者提供处理逻辑。

第十四步：

其余剩下的方法基本都是像初始化消息处理源,初始化容器事件,注册bean监听器到事件传播器上，最后完成容器刷新。

五、总结

恭喜我，我终于写完了，同样也恭喜你，你也阅读完了。

我很佩服我自己能花这么长时间进行总结发布，之所以要进行总结，那是因为小编还是赞同好记性不如烂笔头的说法。

你不记，你过阵子就会忘记，你若记录，你过阵子也会忘记！区别在于忘记了，可以回过头在很短的时间内进行回忆，查漏补缺，减少学习成本。

再者，我认为我分析的还不是完美的，缺陷很多，因此我将我写的所有文章发布出来和大家探讨交流，汕头大学有校训说得非常地好，那就是说之知识是用来共享的，因为共享了，知识才能承前启后。

现在再梳理一下 Spring 初始化过程：

• 1、首先初始化上下文，生成ClassPathXmlApplicationContext对象，在获取resourcePatternResolver对象将xml解析成Resource对象。

• 2、利用 1 生成的 context、resource 初始化工厂，并将 resource 解析成 beandefinition, 再将 beandefinition 注册到 beanfactory 中。

朋友们，发现毛病，请评论告诉小编，一起交流一起交流！

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