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【小白的Spring源码手册】 Bean的扫描、装配和注册，面试学习可用
目录
- 前言
- 源码学习
- Bean配置
- 1. 注解
- 2. xml配置
- Bean扫描、装配、注册
- 1. 扫描
- 2. 装配BeanDefinition
- 3. 校验BeanDefinition
- 4. 注册BeanDefinition
- 总结
前言
如今Spring框架功能众多，每次打开Spring源码，要么就是自顶向下从整个框架来了解Spring整体流程，然后一不小心就陷入了细节无法自拔，要么就是从某个核心功能点看起，然后过了几分钟就陷入茫然。总之过程是十分的痛苦，结果却不尽人意。
这一次，我打算从最熟悉的功能模块IoC开始学习。IoC容器在Spring中扮演着重要作用，它控制了所有bean对象的整个生命周期。看源码时，接触到的第一个接口BeanFactory就是IoC容器的顶层接口，能控制对象生命周期；而ApplicationContext对前者进行了扩展，拥有事件发布、国际化信息支持等新特性。在这里，我打算先忽略IoC的顶层流程，根据Bean生成的过程，学习Bean在Spring中是如何被扫描、加载、生成、最后实例化。最后再将Bean的整个声明周期与IoC容器串起来。
通过扫描注解类的Bean实例化流程参考下图：
下面的源码解析中，省略了很多不必要的类、方法和代码块，将核心代码提了出来，以方便大家忽略非主流程的细节更专注于我们的核心流程。整个流程我已经提取出了可执行的核心代码，大家可以debug熟悉一下定义Bean的流程，地址见文末连接。
源码学习
Bean配置
spring要对bean进行管理，需要扫描相应配置，完成后进行统一管理，spring（5.0+）目前比较流程扫描方式为注解和xml，相关配置如下：
1. 注解
配置包：
// spring
@ComponentScan(value = {"com.example.springreading",})
// spring boot，默认对启动类同包下的所有包进行扫描
@SpringBootApplication(scanBasePackages = {"com.example.springreading",})
在spring中，应用上下文会扫描被@Component @Repository @Controller @Service等被Component注解的类。只有被这些注解标注的类，才会被IoC容器管理。
AnnotationConfigApplicationContext annotationConfigApplicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext("com.example.springreading");
AnnotationConfigApplicationContext类中有两个关键字段：
AnnotatedBeanDefinitionReader reader：用于扫描指定class类（Class<?>… componentClasses）文件。ClassPathBeanDefinitionScanner scanner：用于扫描指定包（String… basePackages）中文件。
它们两者的功能都是一样的，就是扫描类文件，并将Bean定义注册到内部的IoC容器。
// AnnotationConfigApplicationContext字段
private final AnnotatedBeanDefinitionReader reader;
private final ClassPathBeanDefinitionScanner scanner;
// AnnotationConfigApplicationContext父类GenericApplicationContext字段
private final DefaultListableBeanFactory beanFactory; // new DefaultListableBeanFactory()
注意：AnnotationConfigApplicationContext父类中是有维护一个IoC容器的，应用上下文的Bean操作都是通过该容器实现的。
通过类名初始化，AnnotationConfigApplicationContext类会通过reader来进行类扫描和注册，通过包名初始化，则会通过scanner。
// reader
public AnnotationConfigApplicationContext(Class<?>... componentClasses) {this();register(componentClasses);refresh();
}
// scanner
public AnnotationConfigApplicationContext(String... basePackages) {this();scan(basePackages);refresh();
}
// 无参构造
public AnnotationConfigApplicationContext() {StartupStep createAnnotatedBeanDefReader = this.getApplicationStartup().start("spring.context.annotated-bean-reader.create");this.reader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(this);createAnnotatedBeanDefReader.end();this.scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(this);
}
2. xml配置
配置包：
<!-- spring.xml配置文件 -->
<!-- 注解依赖扫描 加载@Component等注解标注的bean 这样不用在下面添加bean标签来手动生成bean实例-->
<context:component-scan base-package="com.example.springreading"/>
xml配置文件扫描
ClassPathXmlApplicationContext classPathXmlApplicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("/xml/bean.xml");
// XmlBeanDefinitionReader是其内部的bean定义扫描类
XmlBeanDefinitionReader xmlBeanDefinitionReader = new XmlBeanDefinitionReader(registry);
精力有限，本文仅学习注解有关类，xml原理是类似的，大家可以根据兴趣自行学习。
Bean扫描、装配、注册
这里选择通过包名初始化应用上下文，扫描、装配、注册等一系列操作均由ClassPathBeanDefinitionScanner scanner来实现的。
String[] basePackages = new String[]{"com.example.springreading"};
AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(basePackages);
1. 扫描
scanner的扫描入口
int scan = scanner.scan(basePackages);
// 由doScan执行具体的扫描操作
doScan(basePackages);
遍历所有包，scanner会遍历所有包，依次加载包下面的所有class类
for (String basePackage : basePackages) {Set<BeanDefinition> candidates = findCandidateComponents(basePackage);// ……
}
在findCandidateComponents方法中，会将扫描到的class文件读取为Resource资源，然后将Resource资源转为元数据读取器MetadataReader，最后通过包装元数据的方式创建BeanDefinition。
源码如下：
A. Resource类载入Java class文件：
String packageSearchPath = "classpath*:" + "com/example/springreading" + '/' + "**/*.class";
ResourcePatternResolver resourcePatternResolver = new PathMatchingResourcePatternResolver();
Resource[] resources = resourcePatternResolver.getResources(packageSearchPath);
B. 生成元数据读取器（MetadataReader）
MetadataReaderFactory metadataReaderFactory = new CachingMetadataReaderFactory();
// 遍历resources
MetadataReader metadataReader = metadataReaderFactory .getMetadataReader(resource);
C. 生成BeanDefinition：
ScannedGenericBeanDefinition beanDefinition= new ScannedGenericBeanDefinition(metadataReader);
到目前为止一个bean定义就被创建了，但是Bean的初始化还没完，我们还有很多bean相关的内容需要完善。
2. 装配BeanDefinition
BeanDefinition接口或实现类说明：
BeanDefinition：是Bean定义的顶层接口类。
AnnotatedBeanDefinition：该接口是BeanDefinition子类接口，用于承载注解内容。
ScannedGenericBeanDefinition：继承GenericBeanDefinition类，是AnnotatedBeanDefinition的实现之一。
在装配BeanDefinition这块，涉及到很多业务经常使用的注解，@Component、@Scope、@Lazy、@Primary、@DependsOn等注解都会在这个阶段被解析并装配进BeanDefinition。这些注解的解析和装配的过程类似。
源码参考：
A. @Scope(value = "singleton", proxyMode = ScopedProxyMode.DEFAULT)
设置作用域，这个bean作用范围是singleton还是prototype
ScopeMetadataResolver scopeMetadataResolver = new AnnotationScopeMetadataResolver();
// 作用域元数据
ScopeMetadata scopeMetadata = scopeMetadataResolver.resolveScopeMetadata(beanDefinition);
// 设置作用域
beanDefinition.setScope(scopeMetadata.getScopeName());
作用域这个注解，是通过Spring的一套公用的注解提取工具提取的，原理是通过当前AnnotatedBeanDefinition元数据读取器 读取元数据，以得到注解类，最后根据注解名字得到指定的注解以及注解的字段内容。
ScopeMetadataResolver#resolveScopeMetadata内部实现如下：
ScopeMetadata metadata = new ScopeMetadata();
AnnotatedBeanDefinition annDef = (AnnotatedBeanDefinition) beanDefinition;
// 获取元数据中的注解对象
AnnotationAttributes attributes = AnnotationConfigUtils.attributesFor(annDef.getMetadata(), Scope.class);
// 获取注解属性值并设置到作用域类中
metadata.setScopeName(attributes.getString("value"));
metadata.setScopedProxyMode(attributes.getEnum("proxyMode"));
B. @Component(value = "businessService")
设置bean的实例名称：beanName，通过读取注解的value来获取bean名，大小写敏感。
除了Component，还有很多注解可以实现beanName设置。譬如大家常见的@Controller、@Service、@Repository等等。
// 单例模式的类名生成器
BeanNameGenerator beanNameGenerator = AnnotationBeanNameGenerator.INSTANCE;
String beanName = beanNameGenerator.generateBeanName(beanDefinition, context);
要实现通过注解设置BeanName，只需要实现如下几个条件之一：
- 使用@Component注解，设置value值
- 使用被@Component注解注解的注解，类似@Service，拥有value属性并设值
- 使用@ManagedBean或@Named（年代有些久远就不提了），有value属性并设值
boolean isStereotype = annotationType.equals("org.springframework.stereotype.Component") ||metaAnnotationTypes.contains("org.springframework.stereotype.Component") ||annotationType.equals("javax.annotation.ManagedBean") ||annotationType.equals("javax.inject.Named");
// 注解的属性值，要有string类型的value属性，且属性值不能为空
AnnotationAttributes attributes = AnnotationConfigUtils.attributesFor(amd, type);
当上面的条件不满足时，beanName默认使用bean定义的类名，首字母小写
// 为空时的处理
String decapitalize = Introspector.decapitalize(ClassUtils.getShortName(Objects.requireNonNull(beanDefinition.getBeanClassName())));
C. 其它注解
@Lazy(value = false)
@DependsOn
@Primary
@Description(value = "Description of bean definition")
通过AnnotationConfigUtils工具来加载bean的一些通用bean注解，流程跟Scope注解是相同的。
AnnotationConfigUtils.processCommonDefinitionAnnotations(beanDefinition);
// 解析
AnnotationAttributes lazy = attributesFor(metadata, Lazy.class);
// ……
3. 校验BeanDefinition
在BeanDefinition装配完成后，需要通过AnnotationConfigApplicationContext context来校验是否存在beanName
// DefaultListableBeanFactory#containsBeanDefinition
boolean containsBeanDefinition = context.containsBeanDefinition(beanName);
在上下文校验代码中，由DefaultListableBeanFactory beanFactoryIoC容器内的Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap完成最终校验（BeanDefinition最终都会被注册到beanDefinitionMap中）。
context.getBeanFactory().containsBeanDefinition(beanName);
// IoC容器中保存初始Bean定义的缓存
// Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(256);
// this.beanDefinitionMap.containsKey(beanName)
4. 注册BeanDefinition
现在Bean的扫描、加载、定义、装配乃至校验都做完了，可以完成注册了。
// 使用BeanDefinitionHolder来包装，如果有别名的话，这里会添加Bean的别名名称，但是通过注解类扫描的Bean，没有别名
BeanDefinitionHolder definitionHolder = new BeanDefinitionHolder(beanDefinition, beanName);
注册和校验相同，均由DefaultListableBeanFactory beanFactoryIoC容器完成，beanFactory会将该BeanDefinition保存至beanDefinitionMap中。
// 注册方法
BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition(definitionHolder, context);
// AnnotationConfigApplicationContext#registerBeanDefinition
context.registerBeanDefinition(beanName, beanDefinition);
// DefaultListableBeanFactory#registerBeanDefinition
beanFactory.registerBeanDefinition(beanName, beanDefinition);
// 最后添加至缓存中
this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
总结
有关Bean的扫描、装配、校验到包装到此就结束了，本文的重点虽然不在IoC容器，但是我们在进行Bean定义的过程中，我们仍然会接触到它，以小见大，从一些基础的功能开始慢慢了解整个Spring框架，我觉得这是一个很好的立足点。
接下来，我会从IoC容器实例化Bean的流程来进一步了解整个Spring IoC机制。
DEMO代码：.git
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