[死磕 Spring] --- IOC 之 IOC 初始化总结

前面 13 篇博文从源码层次分析了 IOC 整个初始化过程，这篇就这些内容做一个总结将其连贯起来。

在前文提过，IOC 容器的初始化过程分为三步骤：Resource 定位、BeanDefinition 的载入和解析，BeanDefinition 注册。

Resource 定位 。我们一般用外部资源来描述 Bean 对象，所以在初始化 IOC 容器的第一步就是需要定位这个外部资源。
BeanDefinition 的载入和解析 。装载就是 BeanDefinition 的载入。BeanDefinitionReader 读取、解析 Resource 资源，也就是将用户定义的 Bean 表示成 IOC 容器的内部数据结构：BeanDefinition。在 IOC 容器内部维护着一个 BeanDefinition Map 的数据结构，在配置文件中每一个都对应着一个BeanDefinition对象。
BeanDefinition 注册 。向IOC容器注册在第二步解析好的 BeanDefinition，这个过程是通过 BeanDefinitionRegistery 接口来实现的。在 IOC 容器内部其实是将第二个过程解析得到的 BeanDefinition 注入到一个 HashMap 容器中，IOC 容器就是通过这个 HashMap 来维护这些 BeanDefinition 的。在这里需要注意的一点是这个过程并没有完成依赖注入，依赖注册是发生在应用第一次调用 getBean() 向容器索要 Bean 时。当然我们可以通过设置预处理，即对某个 Bean 设置 lazyinit 属性，那么这个 Bean 的依赖注入就会在容器初始化的时候完成。

还记得在博客【死磕 Spring】----- IOC 之加载 Bean 中提供的一段代码吗？这里我们同样也以这段代码作为我们研究 IOC 初始化过程的开端，如下：

            ClassPathResource resource = new ClassPathResource("bean.xml");
            DefaultListableBeanFactory factory = new DefaultListableBeanFactory();
            XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(factory);
            reader.loadBeanDefinitions(resource);

刚刚开始的时候可能对上面这几行代码不知道什么意思，现在应该就一目了然了。

ClassPathResource resource = new ClassPathResource("bean.xml");：根据 Xml 配置文件创建 Resource 资源对象。ClassPathResource 是 Resource 接口的子类，bean.xml 文件中的内容是我们定义的 Bean 信息。
DefaultListableBeanFactory factory = new DefaultListableBeanFactory(); 创建一个 BeanFactory。DefaultListableBeanFactory 是 BeanFactory 的一个子类，BeanFactory 作为一个接口，其实它本身是不具有独立使用的功能的，而 DefaultListableBeanFactory 则是真正可以独立使用的 IOC 容器，它是整个 Spring IOC 的始祖，在后续会有专门的文章来分析它。
XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(factory);：创建 XmlBeanDefinitionReader 读取器，用于载入 BeanDefinition 。
reader.loadBeanDefinitions(resource);：开启 Bean 的载入和注册进程，完成后的 Bean 放置在 IOC 容器中。

Resource 定位

Spring 为了解决资源定位的问题，提供了两个接口：Resource、ResourceLoader，其中 Resource 接口是 Spring 统一资源的抽象接口，ResourceLoader 则是 Spring 资源加载的统一抽象。关于Resource、ResourceLoader 的更多知识请关注【死磕 Spring】----- IOC 之 Spring 统一资源加载策略

Resource 资源的定位需要 Resource 和 ResourceLoader 两个接口互相配合，在上面那段代码中 new ClassPathResource("bean.xml") 为我们定义了资源，那么 ResourceLoader 则是在什么时候初始化的呢？看 XmlBeanDefinitionReader 构造方法：

                public XmlBeanDefinitionReader(BeanDefinitionRegistry registry) {
                    super(registry);
                }

直接调用父类 AbstractBeanDefinitionReader ：

                protected AbstractBeanDefinitionReader(BeanDefinitionRegistry registry) {
                    Assert.notNull(registry, "BeanDefinitionRegistry must not be null");
                    this.registry = registry;
            
                    // Determine ResourceLoader to use.
                    if (this.registry instanceof ResourceLoader) {
                        this.resourceLoader = (ResourceLoader) this.registry;
                    }
                    else {
                        this.resourceLoader = new PathMatchingResourcePatternResolver();
                    }
            
                    // Inherit Environment if possible
                    if (this.registry instanceof EnvironmentCapable) {
                        this.environment = ((EnvironmentCapable) this.registry).getEnvironment();
                    }
                    else {
                        this.environment = new StandardEnvironment();
                    }
                }

核心在于设置 resourceLoader 这段，如果设置了 ResourceLoader 则用设置的，否则使用 PathMatchingResourcePatternResolver ，该类是一个集大成者的 ResourceLoader。

BeanDefinition 的载入和解析

reader.loadBeanDefinitions(resource); 开启 BeanDefinition 的解析过程。如下：

                public int loadBeanDefinitions(Resource resource) throws BeanDefinitionStoreException {
                    return loadBeanDefinitions(new EncodedResource(resource));
                }

在这个方法会将资源 resource 包装成一个 EncodedResource 实例对象，然后调用 loadBeanDefinitions() 方法，而将 Resource 封装成 EncodedResource 主要是为了对 Resource 进行编码，保证内容读取的正确性。

               public int loadBeanDefinitions(EncodedResource encodedResource) throws BeanDefinitionStoreException {
                    // 省略一些代码
                    try {
                        // 将资源文件转为 InputStream 的 IO 流
                        InputStream inputStream = encodedResource.getResource().getInputStream();
                        try {
                            // 从 InputStream 中得到 XML 的解析源
                            InputSource inputSource = new InputSource(inputStream);
                            if (encodedResource.getEncoding() != null) {
                                inputSource.setEncoding(encodedResource.getEncoding());
                            }
            
                            // 具体的读取过程
                            return doLoadBeanDefinitions(inputSource, encodedResource.getResource());
                        }
                        finally {
                            inputStream.close();
                        }
                    }
                    // 省略一些代码
                }

从 encodedResource 源中获取 xml 的解析源，调用 doLoadBeanDefinitions() 执行具体的解析过程。

                protected int doLoadBeanDefinitions(InputSource inputSource, Resource resource)
                        throws BeanDefinitionStoreException {
                    try {
                        Document doc = doLoadDocument(inputSource, resource);
                        return registerBeanDefinitions(doc, resource);
                    }
                    // 省略很多catch代码

在该方法中主要做两件事：1、根据 xml 解析源获取相应的 Document 对象，2、调用 registerBeanDefinitions() 开启 BeanDefinition 的解析注册过程。

转换为 Document 对象

调用 doLoadDocument() 会将 Bean 定义的资源转换为 Document 对象。

                protected Document doLoadDocument(InputSource inputSource, Resource resource) throws Exception {
                    return this.documentLoader.loadDocument(inputSource, getEntityResolver(), this.errorHandler,
                            getValidationModeForResource(resource), isNamespaceAware());
                }

loadDocument() 方法接受五个参数：

inputSource ：加载 Document 的 Resource 源
entityResolver ：解析文件的解析器
errorHandler ：处理加载 Document 对象的过程的错误
validationMode ：验证模式
namespaceAware ：命名空间支持。如果要提供对 XML 名称空间的支持，则为true

对于这五个参数，有两个参数需要重点关注下：entityResolver、validationMode。这两个参数分别在【死磕Spring】----- IOC 之获取 Document 对象、【死磕Spring】----- IOC 之获取验证模型中有详细的讲述。

loadDocument() 在类 DefaultDocumentLoader 中提供了实现，如下：

                public Document loadDocument(InputSource inputSource, EntityResolver entityResolver,
                        ErrorHandler errorHandler, int validationMode, boolean namespaceAware) throws Exception {
                  // 创建文件解析工厂
                    DocumentBuilderFactory factory = createDocumentBuilderFactory(validationMode, namespaceAware);
                    if (logger.isDebugEnabled()) {
                        logger.debug("Using JAXP provider [" + factory.getClass().getName() + "]");
                    }
                    // 创建文档解析器
                    DocumentBuilder builder = createDocumentBuilder(factory, entityResolver, errorHandler);
                    // 解析 Spring 的 Bean 定义资源
                    return builder.parse(inputSource);
                }

这到这里，就已经将定义的 Bean 资源文件，载入并转换为 Document 对象了，那么下一步就是如何将其解析为 Spring IOC 管理的 Bean 对象并将其注册到容器中。这个过程有方法 registerBeanDefinitions() 实现。如下：

                public int registerBeanDefinitions(Document doc, Resource resource) throws BeanDefinitionStoreException {
                   // 创建 BeanDefinitionDocumentReader 来对 xml 格式的BeanDefinition 解析
                    BeanDefinitionDocumentReader documentReader = createBeanDefinitionDocumentReader();
                    // 获得容器中注册的Bean数量
                    int countBefore = getRegistry().getBeanDefinitionCount();
            
                    // 解析过程入口，这里使用了委派模式，BeanDefinitionDocumentReader只是个接口，
                    // 具体的解析实现过程有实现类DefaultBeanDefinitionDocumentReader完成
                    documentReader.registerBeanDefinitions(doc, createReaderContext(resource));
                    return getRegistry().getBeanDefinitionCount() - countBefore;
                }

首先创建 BeanDefinition 的解析器 BeanDefinitionDocumentReader，然后调用 documentReader.registerBeanDefinitions() 开启解析过程，这里使用的是委派模式，具体的实现由子类 DefaultBeanDefinitionDocumentReader 完成。

                public void registerBeanDefinitions(Document doc, XmlReaderContext readerContext) {
                   // 获得XML描述符
                    this.readerContext = readerContext;
                    logger.debug("Loading bean definitions");
            
                    // 获得Document的根元素
                    Element root = doc.getDocumentElement();
            
                    // 解析根元素
                    doRegisterBeanDefinitions(root);
                }

对 Document 对象的解析

从 Document 对象中获取根元素 root，然后调用 doRegisterBeanDefinitions() 开启真正的解析过程。

                protected void doRegisterBeanDefinitions(Element root) {
                    BeanDefinitionParserDelegate parent = this.delegate;
                    this.delegate = createDelegate(getReaderContext(), root, parent);
            
                   // 省略部分代码
            
                    preProcessXml(root);
                    parseBeanDefinitions(root, this.delegate);
                    postProcessXml(root);
            
                    this.delegate = parent;
                }

preProcessXml()、postProcessXml() 为前置、后置增强处理，目前 Spring 中都是空实现， parseBeanDefinitions() 是对根元素 root 的解析注册过程。

                protected void parseBeanDefinitions(Element root, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
                   // Bean定义的Document对象使用了Spring默认的XML命名空间
                    if (delegate.isDefaultNamespace(root)) {
                      // 获取Bean定义的Document对象根元素的所有子节点
                        NodeList nl = root.getChildNodes();
                        for (int i = 0; i < nl.getLength(); i++) {
                            Node node = nl.item(i);
                            // 获得Document节点是XML元素节点
                            if (node instanceof Element) {
                                Element ele = (Element) node;
                                // Bean定义的Document的元素节点使用的是Spring默认的XML命名空间
                                if (delegate.isDefaultNamespace(ele)) {
                                   // 使用Spring的Bean规则解析元素节点（默认解析规则）
                                    parseDefaultElement(ele, delegate);
                                }
                                else {
                                   // 没有使用Spring默认的XML命名空间，则使用用户自定义的解析规则解析元素节点
                                    delegate.parseCustomElement(ele);
                                }
                            }
                        }
                    }
                    else {
                      // Document 的根节点没有使用Spring默认的命名空间，则使用用户自定义的解析规则解析
                        delegate.parseCustomElement(root);
                    }
                }

迭代 root 元素的所有子节点，对其进行判断，若节点为默认命名空间，则ID调用 parseDefaultElement() 开启默认标签的解析注册过程，否则调用 parseCustomElement() 开启自定义标签的解析注册过程。

标签解析

若定义的元素节点使用的是 Spring 默认命名空间，则调用 parseDefaultElement() 进行默认标签解析，如下：

                private void parseDefaultElement(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
                   // 如果元素节点是<Import>导入元素，进行导入解析
                    if (delegate.nodeNameEquals(ele, IMPORT_ELEMENT)) {
                        importBeanDefinitionResource(ele);
                    }
                    // 如果元素节点是<Alias>别名元素，进行别名解析
                    else if (delegate.nodeNameEquals(ele, ALIAS_ELEMENT)) {
                        processAliasRegistration(ele);
                    }
                    // 如果元素节点<Bean>元素，则进行Bean解析注册
                    else if (delegate.nodeNameEquals(ele, BEAN_ELEMENT)) {
                        processBeanDefinition(ele, delegate);
                    }
            
                    // // 如果元素节点<Beans>元素，则进行Beans解析
                    else if (delegate.nodeNameEquals(ele, NESTED_BEANS_ELEMENT)) {
                        // recurse
                        doRegisterBeanDefinitions(ele);
                    }
                }

对四大标签：import、alias、bean、beans 进行解析，其中 bean 标签的解析为核心工作。关于各个标签的解析过程见如下文章：

对于默认标签则由 parseCustomElement() 负责解析。

                public BeanDefinition parseCustomElement(Element ele) {
                    return parseCustomElement(ele, null);
                }
            
                public BeanDefinition parseCustomElement(Element ele, @Nullable BeanDefinition containingBd) {
                    String namespaceUri = getNamespaceURI(ele);
                    if (namespaceUri == null) {
                        return null;
                    }
                    NamespaceHandler handler = this.readerContext.getNamespaceHandlerResolver().resolve(namespaceUri);
                    if (handler == null) {
                        error("Unable to locate Spring NamespaceHandler for XML schema namespace [" + namespaceUri + "]", ele);
                        return null;
                    }
                    return handler.parse(ele, new ParserContext(this.readerContext, this, containingBd));
                }

获取节点的 namespaceUri，然后根据该 namespaceuri 获取相对应的 Handler，调用 Handler 的 parse() 方法即完成自定义标签的解析和注入。想了解更多参考：【死磕Spring】----- IOC 之解析自定义标签

注册 BeanDefinition

经过上面的解析，则将 Document 对象里面的 Bean 标签解析成了一个个的 BeanDefinition ，下一步则是将这些 BeanDefinition 注册到 IOC 容器中。动作的触发是在解析 Bean 标签完成后，如下：

                protected void processBeanDefinition(Element ele, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
                    BeanDefinitionHolder bdHolder = delegate.parseBeanDefinitionElement(ele);
                    if (bdHolder != null) {
                        bdHolder = delegate.decorateBeanDefinitionIfRequired(ele, bdHolder);
                        try {
                            // Register the final decorated instance.
                            BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition(bdHolder, getReaderContext().getRegistry());
                        }
                        catch (BeanDefinitionStoreException ex) {
                            getReaderContext().error("Failed to register bean definition with name '" +
                                    bdHolder.getBeanName() + "'", ele, ex);
                        }
                        // Send registration event.
                        getReaderContext().fireComponentRegistered(new BeanComponentDefinition(bdHolder));
                    }
                }

调用 BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition() 注册，其实这里面也是调用 BeanDefinitionRegistry 的 registerBeanDefinition()来注册 BeanDefinition ，不过最终的实现是在 DefaultListableBeanFactory 中实现，如下：

                @Override
                public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)
                        throws BeanDefinitionStoreException {
            
                  // 省略一堆校验
            
                    BeanDefinition oldBeanDefinition;
            
                    oldBeanDefinition = this.beanDefinitionMap.get(beanName);
                      // 省略一堆 if
                        this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
                    }
                    else {
                        if (hasBeanCreationStarted()) {
                            // Cannot modify startup-time collection elements anymore (for stable iteration)
                            synchronized (this.beanDefinitionMap) {
                                this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
                                List<String> updatedDefinitions = new ArrayList<>(this.beanDefinitionNames.size() + 1);
                                updatedDefinitions.addAll(this.beanDefinitionNames);
                                updatedDefinitions.add(beanName);
                                this.beanDefinitionNames = updatedDefinitions;
                                if (this.manualSingletonNames.contains(beanName)) {
                                    Set<String> updatedSingletons = new LinkedHashSet<>(this.manualSingletonNames);
                                    updatedSingletons.remove(beanName);
                                    this.manualSingletonNames = updatedSingletons;
                                }
                            }
                        }
                        else {
                            // Still in startup registration phase
                            this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
                            this.beanDefinitionNames.add(beanName);
                            this.manualSingletonNames.remove(beanName);
                        }
                        this.frozenBeanDefinitionNames = null;
                    }
            
                    if (oldBeanDefinition != null || containsSingleton(beanName)) {
                        resetBeanDefinition(beanName);
                    }
                }

这段代码最核心的部分是这句 this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition) ，所以注册过程也不是那么的高大上，就是利用一个 Map 的集合对象来存放，key 是 beanName，value 是 BeanDefinition。

至此，整个 IOC 的初始化过程就已经完成了，从 Bean 资源的定位，转换为 Document 对象，接着对其进行解析，最后注册到 IOC 容器中，都已经完美地完成了。现在 IOC 容器中已经建立了整个 Bean 的配置信息，这些 Bean 可以被检索、使用、维护，他们是控制反转的基础，是后面注入 Bean 的依赖。最后用一张流程图来结束这篇总结之文。

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