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[Spring] Spring原理(SpringBoot完结)

来源：百家汽车网

1. Bean的作用域

1.1 概念

在我们学习SpringIOC和DI阶段的时候,我们学习了Spring是如何帮助我们管理对象的.

@Data
@Getter
public class Dog {
    @Setter
    public Integer age;
    @Setter
    public String name;
}

之后在DogBeanConfig类中创建一个对象,之后把对象放入IoC容器中.

@Component
public class DogBeanConfig {
    @Bean
    public Dog dog(){
        Dog dog = new Dog();
        dog.setAge(2);
        dog.setName("哈士奇");
        return dog;
    }
}

之后从上下文中两次拿到dog对象.

@Test
void dogTest(){
    Dog dog1 = applicationContext.getBean(Dog.class);
    System.out.println(dog1);
    Dog dog2 = applicationContext.getBean(Dog.class);
    System.out.println(dog2);
}

@Test
    @Test
    void dogTest(){
        Dog dog1 = applicationContext.getBean(Dog.class);
        dog1.setName("金毛");
        System.out.println(dog1);
        System.out.println(dog1.getName());
        Dog dog2 = applicationContext.getBean(Dog.class);
        System.out.println(dog2);
        System.out.println(dog2.getName());
    }

观察运行结果,我们发现修改之后的Bean对象拿到名字的时候是修改之后的名字.

那么能不能将Bean对象设置为非单例的呢(每次获取Bean对象都是一个新对象)?我们这时候就要提到Bean的作用域了.

1.2 Bean的作用域

在Spring中支持6种作用域,其中后4种在SpringMVC环境中才会生效.

singleton：单例作用域,表示的是在每个IoC容器中,同名称的Bean只有一个
prototype：原型作用域（多例作用域）,每次使用该Bean的时候,都会创建一个新实例.
request：请求作用域,每次http请求都会创建一个新的实例
session：会话作用域,每一个http session周期之内,都会创建一个新实例.
Application:全局作用域,每个ServletContext生命周期内,创建新的实例
websocket：HTTPWebSocket作用域,每个WebSocket生命周期内,创建新的实例
指定Bean对象的生命周期,我们可以通过@Scope(翻译:范围)注解来指定.我们来定义几个作用域不同的Bean.

@Component
public class DogBeanConfig {
    @Bean
    @Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_SINGLETON)
    public Dog singleDog(){
        Dog dog = new Dog();
        dog.setAge(1);
        dog.setName("萨摩耶");
        return dog;
    }
    @Bean
    @Scope(ConfigurableBeanFactory.SCOPE_PROTOTYPE)
    public Dog prototypeDog(){
        Dog dog = new Dog();
        dog.setAge(3);
        dog.setName("柴犬");
        return dog;
    }
    @Bean
    @RequestScope
    public Dog requestDog(){
        Dog dog = new Dog();
        dog.setAge(2);
        dog.setName("哈士奇");
        return dog;
    }
    @Bean
    @SessionScope
    public Dog sessionDog(){
        Dog dog = new Dog();
        dog.setAge(4);
        dog.setName("柯基");
        return dog;
    }
}

测试不同的Bean获取的对象是否一样.

@RestController
public class DogController {
	@Autowired
	private Dog singleDog;
	@Autowired
	private Dog prototypeDog;
	@Autowired
	private Dog requestDog;
	@Autowired
	private Dog sessionDog;
	@Autowired
	private ApplicationContext applicationContext;
	@RequestMapping("/single")
	public String single(){
		Dog contextDog = (Dog)applicationContext.getBean("singleDog");
		return "dog:"+singleDog.toString()+",contextDog:"+contextDog;
	}
	@RequestMapping("/prototype")
	public String prototype(){
		Dog contextDog = (Dog)applicationContext.getBean("prototypeDog");
		return "dog:"+prototypeDog.toString()+",contextDog:"+contextDog;
	}
	@RequestMapping("/request")
	public String request(){
		Dog contextDog = (Dog)applicationContext.getBean("requestDog");
		return "dog:"+requestDog.toString()+",contextDog:"+contextDog.toString();
	}
	@RequestMapping("/session")
	public String session(){
		Dog contextDog = (Dog)applicationContext.getBean("sessionDog");
		return "dog:"+sessionDog.toString()+",contextDog:"+contextDog.toString();
	}
	@RequestMapping("/application")
	public String application(){
		Dog contextDog = (Dog)applicationContext.getBean("applicationDog");
		return "dog:"+applicationDog.toString()+",contextDog:"+contextDog.toString();
	}
}

我们每次请求有两个对象,一个是通过@Autowired注入的Bean对象,一个是通过上下文获取的Bean对象.
单例作用域:
每一次访问都是同一个对象,并且@Autowired 和applicationContext.getBean() 也是同⼀个对象.

2. Bean的生命周期

2.1 概念

生命周期指的是一个对象从诞生到销毁的过程.
Bean的生命周期分为一下5个部分:

实例化(为Bean分配内存空间) —> 构造方法
属性赋值(Bean注入和装配,比如@Autowired) —> Setter方法注入
初始化: 就是执行通知,BeanNameAware,BeanFactoryAware,ApplicationContextAware的接口方法和执行使用注解@PostConstruct 修饰的初始化方法.
使用Bean.
销毁Bean: 就是执行销毁容器DisposableBean 接口方法和执行使用注解@PreDestroy修饰的销毁容器的方法.

这个就好比我们想买一套房子:

需要先买房(实例化,分配内存空间)
装修,把毛坯房变为精装房(执行属性赋值,执行@Autowired注入赋值)
购买家电.(执行初始化方法,包括接口实现和注释修饰)
拎包入住(使用Bean)
寿命到期,拆迁(销毁Bean)

2.2 代码演示

@Component
public class BeanLifeComponent implements BeanNameAware {
    private Dog dog;
    public BeanLifeComponent(){
        System.out.println("实例化Bean...");
    }
    @Autowired
    public void setDog(Dog dog1) {//set方法注入法
        this.dog = dog1;
        System.out.println("属性赋值Bean");
    }

    @Override
    public void setBeanName(String name) {
        System.out.println("执行了BeanNameAware接口的通知方法(初始化Bean)");
    }
    @PostConstruct
    public void init(){
        System.out.println("执行了PostConstruct注解修饰的方法(初始化Bean)");
    }
    public void use(){
        System.out.println("使用Bean");
    }
    @PreDestroy
    public void destroy(){
        System.out.println("销毁Bean");
    }
}

测试代码:

@Test
void beanLifeComponent(){
    BeanLifeComponent beanLifeComponent = applicationContext.getBean(BeanLifeComponent.class);
    beanLifeComponent.use();
}

测试结果如下:

即使类中的这些方法变换了顺序,也不会改变这些这些内容输出的顺序.

3. SpringBoot自动配置

SpringBoot的自动配置就是当Spring容器启动后,⼀些配置类,bean对象等就自动存入到了IoC容器中,不需要我们手动去声明,从而简化了开发,省去了繁琐的配置操作.

3.1 Spring加载Bean

3.1.1 问题描述

在com.jrj.springprincipledemo软件包之外新创建一个软件包spring_autoconfig,之后在spring_autoconfig引入第三方代码TestConfig.

@Component
public class TestConfig {
    public void print(){
        System.out.println("打印...");
    }
}

在com.jrj.springprincipledemo目录下的运行类中通过上下文来获取这个Bean对象,我们发现是获取不到的.

@SpringBootApplication
public class SpringPrincipleDemoApplication {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringPrincipleDemoApplication.class, args);
        TestConfig testConfig = context.getBean(TestConfig.class);
        System.out.println(testConfig);
    }
}

3.1.2 原因分析

3.1.3 解决方案

我们需要指定路径或者引入文件,告诉Spring,Spring扫描到.
常见的解决方案有两种:

@ComponentScan注解添加扫描路径.
这种方法我们之前在SpringIoC&DI注入介绍过,不再赘述
@Import注解导入
@Import导入形式主要有以下两种:
- 导入类

@SpringBootApplication
@Import(TestConfig.class)
public class SpringPrincipleDemoApplication {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringPrincipleDemoApplication.class, args);
        TestConfig testConfig = context.getBean(TestConfig.class);
        System.out.println(testConfig);
    }
}

我们看到了启动类成功拿到了IoC容器中的Bean对象.

也可以使用大括号导入多个类:@Import({TestConfig1.class,TestConfig2.class})
- 导入ImportSelector接口实现类.

public class MyImportSelector implements ImportSelector {
    @Override
    public String[] selectImports(AnnotationMetadata importingClassMetadata) {
        return new String[]{"spring_autoconfig.TestConfig"};
    }
}

需要注意的一点是,给返回值导入类的时候,需要导入类的全限定名称.
在启动类的上面直接导入实现ImportSelector的类.

@SpringBootApplication
@Import(MyImportSelector.class)
public class SpringPrincipleDemoApplication {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringPrincipleDemoApplication.class, args);
        TestConfig testConfig = context.getBean(TestConfig.class);
        System.out.println(testConfig);
    }
}

依然可以获取到对象:

问题:但是他们都有⼀个明显的问题,就是使用者需要知道第三方依赖中有哪些Bean对象或配置类.依赖中有哪些Bean,使用的时候需要配置哪些Bean,只有第三方最清楚,能否让第三方来做这件事情呢?

比较常见的方案就是第三方依赖给我们提供一个注解,这个注解一般都是以@EnableXxxx开头,其中封装的就是@Import注解.
1. 第三方提供注解

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Import(TestConfig.class)
public @interface EnableTestConfig {
}

使用@Target标签定义注解在哪里标记,使用@Retention注解定义注解的生命周期.之后使用@Import注解导入第三方的类对象.
2. 在启动类上提供第三方注解

@SpringBootApplication
@EnableTestConfig
public class SpringPrincipleDemoApplication {
    public static void main(String[] args) {
        ApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringPrincipleDemoApplication.class, args);
        TestConfig testConfig = context.getBean(TestConfig.class);
        System.out.println(testConfig);
    }
}

Bea对象依然可以拿到:

3.2 SpringBoot原理分析

3.2.1 源码

那么Spring究竟是如何实现自动导入的呢?接下来我们就来查看Spring的源码,我们从@SpringBootApplication 开始看起.
这个直接也是Spring实现自动配置的核心

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan(excludeFilters = { @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
		@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {
....
}

@SpringBootAppliaction是一个组合注解,注解中包含了:

元注解:
JDK中提供了4个标准的用来对注解类型进行注解的注解类,我们称之为meta-annotation(元注解),他们分别是:
• @Target描述注解的使用范围(即被修饰的注解可以用在什么地方)
• @Retention描述注解保留的时间范围
• @Documented描述在使用javadoc工具为类生成帮助文档时是否要保留其注解信息(了解)
• @Inherited使被它修饰的注解具有继承性(如果某个类使用了被@Inherited修饰的注解，其子类自动具有该注解)
@SpringBootConfiguration:

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Configuration
@Indexed
public @interface SpringBootConfiguration {
    @AliasFor(
        annotation = Configuration.class
    )
    boolean proxyBeanMethods() default true;
}

里面其实就是一个@Configuration,只不过就是封装了一层而已.
3. @EnableAutoConfiguratio
这是Spring自动装配的核心机制,下面详细解释.
4. @ComponentScan
excludeFilter是自定义过滤器,通常用于排除一些类,注解等.

3.2.2 @EnableAutoConfiguratio详解

我们来观察@EnableAutoConfiguration注解的实现:

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {

	/**
	 * Environment property that can be used to override when auto-configuration is
	 * enabled.
	 */
	String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";

	/**
	 * Exclude specific auto-configuration classes such that they will never be applied.
	 * @return the classes to exclude
	 */
	Class<?>[] exclude() default {};

	/**
	 * Exclude specific auto-configuration class names such that they will never be
	 * applied.
	 * @return the class names to exclude
	 * @since 1.3.0
	 */
	String[] excludeName() default {};

}

这个注解主要包含两部分:

@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)
使用@Import注解,导入实现ImportSelector的类

public class AutoConfigurationImportSelector implements DeferredImportSelector, BeanClassLoaderAware,
		ResourceLoaderAware, BeanFactoryAware, EnvironmentAware, Ordered{
			@Override
			public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
				if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
					return NO_IMPORTS;
				}
				AutoConfigurationEntry autoConfigurationEntry = getAutoConfigurationEntry(annotationMetadata);
				return StringUtils.toStringArray(autoConfigurationEntry.getConfigurations());
			}
		}

selectImports方法有调用了getAutoConfigurationEntry方法,获取可以自动配置的配置类信息集合:

	protected AutoConfigurationEntry getAutoConfigurationEntry(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
		if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
			return EMPTY_ENTRY;
		}
		AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);
		List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes);
		configurations = removeDuplicates(configurations);
		Set<String> exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);
		checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
		configurations.removeAll(exclusions);
		configurations = getConfigurationClassFilter().filter(configurations);
		fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
		return new AutoConfigurationEntry(configurations, exclusions);
	}

其中getCandidateConfigurations方法获取在配置文件中所有自动配置类的集合.

	protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
		List<String> configurations = ImportCandidates.load(AutoConfiguration.class, getBeanClassLoader())
			.getCandidates();
		Assert.notEmpty(configurations,
				"No auto configuration classes found in "
						+ "META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports. If you "
						+ "are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
		return configurations;
	}

获取的是所有基于META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports配置文件和META-INF/spring.factories的配置文件.里面包含了很多第三方依赖的配置文件.

[注意]

加载的时候并不是把所有的配置全部加载进来,他是根据不同的条件来导入对应的配置的,这和@Conditional注解有关系,这个注解是Spring底层的一个注解,就是根据不同的条件来进行自己不同条件的判断,如果满足指定的条件,配置才会生效.
META-INF/spring.factories文件是Spring内部提供的⼀个约定俗成的加载方式,只需要在模块的META-INF/spring.factories文件中配置即可, Spring就会把相应的实现类注入到Spring容器中.

@AutoConfigurationPackage
源码如下:

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class)
public @interface AutoConfigurationPackage {

	String[] basePackages() default {};

	Class<?>[] basePackageClasses() default {};

}

这个注解主要是导入了配置文件AutoConfigurationPackages.Registrar.class

	static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {

		@Override
		public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
			register(registry, new PackageImports(metadata).getPackageNames().toArray(new String[0]));
		}

		@Override
		public Set<Object> determineImports(AnnotationMetadata metadata) {
			return Collections.singleton(new PackageImports(metadata));
		}

	}

Registrar中实现了ImportBeanDefinitionRegistrar类,就可以被注解@Import导入到Spring容器中.其中PackageImports(metadata).getPackageNames().toArray(new String[0]))就是当前启动所在的包名.
所以:@AutoConfigurationPackage就是把启动类所在的包下面所有的组件全部都扫描注册操Spring容器中.

3.2.3 总结

SpringBoot自动装配原理大致如下:

当Spring项目启动的时候,就会自动把这些配置文件中的配置类通过@Import注解全部加载到SpringIoC容器中.

4. Spring三级缓存

这个问题其实可以换一种问法,Spring是如何解决循环依赖的?答案就是Spring使用了三级缓存.

4.1 什么是循环依赖

简单来说,就是A对象依赖B对象,B对象又依赖A对象,代码如下:

@Component
public class A {
    @Autowired
    public B b;
}
@Component
public class B {
    @Autowired
    public A a;
}

我们运行之后会发现,程序出现了报错,这是由于在早些版本的时候,Spring会默认自动处理循环依赖,但是在新版本之后,Spring默认不会处理循环依赖.

4.2 循环依赖出现问题的原因

Spring容器保存Bean的方式是采用缓存的方式,使用Map的结构,其中key为Bean的名称,value为Bean对象,使用的时候直接从缓存中获取.假如A和B相互依赖:

容器中没有A对象,实例化A对象
在属性赋值A中的B对象的时候,发现B在容器中不存在,所以要先实例化B.
在属性赋值B中的A对象的时候,发现A在容器中不存在,所以要先实例化A.
循环上述过程.

如此一来就会出现死循环.

4.3 Spring解决循环依赖

Spring使用的是三级缓存的方式来解决循环依赖的问题.首先我们需要看一看什么叫做三级缓存.

三级缓存解决A,B循环依赖的过程如下:

实例化A对象,A对象被放入了三级缓存区.
赋值A对象的属性B,此时1,2,3级缓存都获取不到B,就要先初始化B.
实例化B对象,B对象被放入三级缓存.
赋值B对象的属性A,在三级缓存中找到了A对象,调用获取Bean之后,A对象就会被保存到二级缓存,之后在三级缓存中删除A对象.
B对象继续后续的处理,注入其他依赖,初始化.完成之后,B对象就是完整的Bean,就会把B放入一级缓存,并在三级缓存中删除.
A对象继续后续的处理,处理完成之后,A对象就是一个完整的Bean了,A被放入一级缓存,之后从二级缓存中删除.

4.4 Spring不支持的循环依赖

Spring框架在处理循环依赖的时候存在一些,一下三种情况循环依赖不可以被默认解决.

构造器依赖: 当两个Bean在它们的构造器中相互依赖时(在构造器上添加@Autowired注解)，Spring无法解决这种循环依赖.
原型Bean循环依赖: 对于Bean是原型的,无法解决循环依赖.
复杂的AOP环境下的依赖.

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