SpringBoot 系列：（二）Spring 容器是如何构建的

在上一篇文章《SpringBoot 系列：（一）SpringBoot 启动过程》 的章节“执行 ConfigurableApplicationContext 对象的 refresh 方法 ”中，我们一句话跳过了对 ConfigurableApplicationContext 的 refresh 方法的解析，未做深入的解读。而在执行 refresh 方法之前，SpringApplication 帮我们做了一些准备工作；在执行 refresh 方法之后，整个容器已经构建成功可以被正常使用了。那么，这个 refresh 方法到底内部进行了何种处理？这即是本文需要探讨的问题。

以下，我将以 AnnotationConfigApplicationContext 为示例，分析其 refresh 方法是如何来构建 BeanFactory 的。

总体流程

下图展示的是 AnnotationConfigApplicationContext 的继承关系。跟踪其 refresh 方法，最终追溯到 AbstractApplicationContext 类的 refresh 方法上。

从 AbstractApplicationContext 类的 refresh 方法，我们大致整理出如下的容器构建流程：

• 准备工作
• 生成一个 BeanFactory 实例
• 调整 BeanFactory
• 触发 BeanFactoryPostProcessor
• 注册 BeanPostProcessor
• 其他动作
  • 初始化 MessageSource
  • 初始化事件广播器
  • onRefresh 回调
  • 注册事件监听器
• 初始化 Singleton bean
• 后续处理

从AbstractApplicationContext类的refresh方法代码
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
	synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
		// 准备工作，记录容器启动时间、标记启动状态、处理配置文件中的占位符
		prepareRefresh();
		// 获取一个beanFactory
		ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
		// 对beanFactory做进一步调整，如设置类加载器等
		prepareBeanFactory(beanFactory);
		try {
			// 钩子方法，开放给AbstractApplicationContext的子类实现
			postProcessBeanFactory(beanFactory);
			// 调用所有的BeanFactoryPostProcessor的postProcessBeanFactory方法
			invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
			// 注册BeanPostProcessor
			registerBeanPostProcessors(beanFactory);
			// 初始化MessageSource，用于国际化
			initMessageSource();
			// 初始化事件广播器
			initApplicationEventMulticaster();
			// 钩子方法，开放给AbstractApplicationContext的子类实现
			onRefresh();
			// 注册事件监听器
			registerListeners();
			// 初始化所有的非lazy的singleton bean【重点】
			finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
			// 一些后续处理动作，如广播ContextRefreshedEvent事件
			finishRefresh();
		}catch (BeansException ex) {
			//代码省略
		}finally {
			resetCommonCaches();
		}
	}
}

各流程探究

下面，我们将就上述的各流程，深入到代码中，查看每一个流程究竟干了哪些事情。

准备工作

这里的准备工作，主要是指 AbstractApplicationContext 的 prepareRefresh 方法

	protected void prepareRefresh() {
		this.startupDate = System.currentTimeMillis();
		this.closed.set(false);
		this.active.set(true);
		//省略日志输出
		initPropertySources();
		getEnvironment().validateRequiredProperties();
		this.earlyApplicationEvents = new LinkedHashSet<>();
	}

从代码不难看出 ，准备工作包括记录启动时间、标记启动状态、处理配置文件中的占位符、验证配置文件。其中，处理配置文件中的占位符 （initPropertySources）是一个回调方法，AbstractApplicationContext 本身不提供具体实现。

生成一个 BeanFactory 实例

AbstractApplicationContext类
protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory() {
	refreshBeanFactory();
	ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();
	//省略日志输出
	return beanFactory;
}

AbstractApplicationContext 类的 refreshBeanFactory 和 getBeanFactory 方法，都由其子类 GenericApplicationContext 实现

GenericApplicationContext类
protected final void refreshBeanFactory() throws IllegalStateException {
	// 代码省略
	this.beanFactory.setSerializationId(getId());
}

public final ConfigurableListableBeanFactory getBeanFactory() {
	return this.beanFactory;
}

通过代码可知，GenericApplicationContext 的 beanFactory 是一个 DefaultListableBeanFactory 实例。后续所有 bean 的管理，都是委托给该 beanFactory 进行的。因此，本质上 AnnotationConfigApplicationContext 是以一种组合的方式来实现容器的功能，而非用继承的方式。

对于非 SpringBoot 工程，比如，使用 ClassPathXmlApplicationContext 构建容器时，AbstractApplicationContext 的子类 AbstractRefreshableApplicationContext 会实现 refreshBeanFactory 方法：在生成一个 DefaultListableBeanFactory 实例后，会用该实例去加载类路径下的 xml 文件，从而维护一个 beanName 到 beanDefinition 的 map。此时，beanDefinition 中记录的是 bean 的配置信息，bean 对象还未生成。

回到主流程上，对于 AnnotationConfigApplicationContext 而言，通过 ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory()，AbstractApplicationContext 获取到的 beanFactory 是一个 DefaultListableBeanFactory 实例。

调整 BeanFactory

调整 BeanFactory，包含了 AbstractApplicationContext 类本身对于 beanFactory 的调整（AbstractApplicationContext 的 prepareBeanFactory 方法），以及 AbstractApplicationContext 的子类对于 beanFactory 的调整。

触发 BeanFactoryPostProcessor

通过 PostProcessorRegistrationDelegate 的 invokeBeanFactoryPostProcessors 方法来触发 BeanFactoryPostProcessor 的 postProcessBeanFactory。这里，我们需要区分一下 BeanFactoryPostProcessor 以及后续马上就要遇到的 BeanPostProcessor。

BeanFactoryPostProcessor 是用来处理、修改 bean 定义信息的后置处理器，这个时候 bean 还没有初始化，只是定好了 BeanDefinition。BeanFactory 创建时，在 BeanFactoryPostProcessor 接口的 postProcessBeanFactory 方法中，我们可以修改 bean 的定义信息，例如修改属性的值，修改 bean 的 scope 为单例或者多例。

而 BeanPostProcessor 则用于 bean 初始化前后对 bean 做一些操作，即 bean 的构造方法调用后（大前提，bean 实例已经生成了），在 bean 的初始化方法调用前和 bean 的初始化方法调用后，可以通过 BeanPostProcessor 对 bean 做一些修改。

一个 bean 的生命周期如下图所示：

public interface BeanFactoryPostProcessor {
	void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException;
}

public interface BeanPostProcessor {
	default Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
		return bean;
	}
	default Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
		return bean;
	}
}

这里需要注意，在调用 AnnotationConfigApplicationContext 的构造方法时，在其内部生成了一个 AnnotatedBeanDefinitionReader。在 AnnotatedBeanDefinitionReader 的生成过程中，会向 beanFactory 注册一个 ConfigurationClassPostProcessor。

ConfigurationClassPostProcessor 是一个 BeanFactoryPostProcessor，用于解析处理各种注解，包括：@Configuration、@ComponentScan、@Import、@PropertySource、@ImportResource、@Bean。SpringBoot 的自动配置也是通过 ConfigurationClassPostProcessor 来完成。

注册 BeanPostProcessor

AbstractApplicationContext 通过 PostProcessorRegistrationDelegate.registerBeanPostProcessors 来注册 BeanPostProcessor

其他动作

这里说的其他动作，包含初始化 MessageSource、初始化事件广播器、执行子类的 onRefresh 回调和注册事件监听器。由于不是我们关注的主要内容，因此不展开详细说明。

初始化 Singleton bean

AbstractApplicationContext 类
protected void finishBeanFactoryInitialization(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
	// ... 省略很多代码

	// Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
	beanFactory.preInstantiateSingletons();
}

根据前面的分析，这里的 beanFactory 是一个 DefaultListableBeanFactory 类实例。

DefaultListableBeanFactory类
public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
	//省略很多代码
	for (String beanName : beanNames) {
		RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
		if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton() && !bd.isLazyInit()) {
			if (isFactoryBean(beanName)) {
				...
			}
			else {
				getBean(beanName);
			}
		}
	}
}

getBean(beanName) 最终调用AbstractBeanFactory
protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,  
 @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {
	//... 省略很多代码
	if (mbd.isSingleton()) {
		sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
			try {
				return createBean(beanName, mbd, args);
			}catch (BeansException ex) {
				destroySingleton(beanName);
				throw ex;
			}
			});
		bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
	}
}

AbstractAutowireCapableBeanFactory类  

protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object[] args) throws BeanCreationException {
	//... 省略很多代码
	Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
	//... 省略很多代码
}


protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args) throws BeanCreationException {
	//... 省略很多代码
	BeanWrapper instanceWrapper = null;
	if (mbd.isSingleton()) {
		//创建一个BeanWrapper
		instanceWrapper = this.factoryBeanInstanceCache.remove(beanName);
	}
		
	Object exposedObject = bean;
	try {
		//属性装配。前面只是实例化了，但是各个字段还没有值
		populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
		// 各种ware、init-method、BeanPostProcessor等都是在这里处理的
		exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
	}
	return exposedObject;
}

protected Object initializeBean(final String beanName, final Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd) {
	if (System.getSecurityManager() != null) {
		...
	}
	else {// 注入各种ware
		invokeAwareMethods(beanName, bean);
	}

	Object wrappedBean = bean;
	if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
		//调用BeanPostProcessors的postProcessBeforeInitialization
		wrappedBean = applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(wrappedBean, beanName);
	}

	//调用init方法  
 	invokeInitMethods(beanName, wrappedBean, mbd);
	if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
		//调用BeanPostProcessors的postProcessInitialiAfterzation
		wrappedBean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(wrappedBean, beanName);
	}
	return wrappedBean;
}

至此，一个 BeanFactory 构造完毕并能被正常使用了。

• 后续处理
  最后，广播事件，ApplicationContext 初始化完成等。非重点，跳过不分析。

总结

我们以 AnnotationConfigApplicationContext 为例，分析了 BeanFactory 的构建过程。

在文中曾提及，使用 ClassPathXmlApplicationContext 构建容器时，生成 DefaultListableBeanFactory 实例后，该实例会去加载类路径下的 xml 文件，从而维护一个 beanName 到 beanDefinition 的 map。后续则是基于这些 beanDefinition 来实例化所有的 no-lazy singleton bean 的。

但从前面的分析中可以看出，SpringBoot 启动主流程并没有主动去维护类似的 beanName 到 beanDefinition 的 map。那么，SpringBoot 实例化各种 bean 的时候，对应的 BeanDefinition 是从哪来的呢？在后续的文章中我们将就这点展开讨论。