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Spring IOC（Inversion of Control，控制反转）是 Spring 框架的核心特性之一，它通过解耦和依赖注入的方式简化了应用的组件开发和维护。在 Spring 框架中，有两个主要的 IOC 容器实现：一个是基于 XML 配置文件的 BeanFactory，另一个是基于 Java 类的 ApplicationContext。
一、工作原理
这里我们以一个简单的案例来分析 Spring IOC 的工作原理。假设我们有一个简单的 Java 程序，需要用到一个数据持久层（DataA***ess）和一个业务层（Service）。
首先，我们需要创建一个 Spring 配置文件（如：applicationContext.xml），在这个文件中，我们将 DataA***ess 和 Service 作为 Bean 定义：
<bean id="dataA***ess" class="***.example.DataA***essImpl"/>
<bean id="service" class="***.example.ServiceImpl" property="dataA***ess">
<property name="dataA***ess" ref="dataA***ess"/>
</bean>
在这个配置文件中，我们定义了两个 Bean：一个是 DataA***ess 类型的 Bean，另一个是 Service 类型的 Bean。Service Bean 中的 dataA***ess 属性通过 ref 属性指定为 DataA***ess Bean。
接下来，我们需要在 Java 程序中创建一个 Spring 的 IOC 容器，并从中获取 DataA***ess 和 Service Bean：
import ***.example.DataA***ess;
import ***.example.Service;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
DataA***ess dataA***ess = (DataA***ess) context.getBean("dataA***ess");
Service service = (Service) context.getBean("service");
// 使用 Service 进行业务操作
service.doSomething();
}
}
在这个 Java 程序中，我们首先创建了一个 Spring 的 IOC 容器（ApplicationContext），然后通过 getBean 方法获取了 DataA***ess 和 Service Bean。注意，由于 Service Bean 的 dataA***ess 属性是通过 ref 属性指定为 DataA***ess Bean，所以在获取 Service Bean 时，Spring 会自动将 DataA***ess Bean 注入到 Service Bean 中。
现在，我们可以通过 Service 类的 doSomething 方法来调用 DataA***ess 类的相关方法进行数据持久操作。这个过程就是 Spring IOC 的工作原理。Spring IOC 容器负责管理 Bean 的创建和管理，以及 Bean 之间的依赖关系，我们只需要关注业务逻辑的实现即可。
总结一下，Spring IOC 的核心思想是：不再由对象自己创建和管理它所依赖的对象，而是由外部（如 Spring 容器）负责注入依赖对象。这样可以大大简化对象的创建和管理，提高代码的可维护性和可扩展性。
二、具体分析
- 资源加载：Spring IOC 容器中的资源加载主要采用了模板设计模式和抽象工厂设计模式。在创建实例的托管和创建过程中，Spring 根据 XML 配置文件创建 Resource 对象，该对象中包含了 BeanDefinition 的信息。
// Resource 加载
public Resource getResourceByPath(String path) {
if (path.startsWith("/")) {
path = path.substring(1);
}
Resource[] resources = getResources();
for (Resource resource : resources) {
if (resource.getPath().equals(path)) {
return resource;
}
}
return null;
}
- BeanDefinition 的管理：Spring IOC 容器中的 BeanDefinition 是一个重要的组成部分，它用于描述 Bean 的定义，包括 Bean 的名称、类名、属性等信息。BeanDefinition 的管理主要通过 BeanDefinitionRegistry 和 BeanDefinitionReader 两个类实现。
// BeanDefinitionReader 读取 BeanDefinition
public void readBeanDefinitions(Resource resource) throws BeansException, IOException {
if (!resource.exists()) {
return;
}
try (InputStream reader = resource.getInputStream()) {
while (reader.markSupported()) {
int marker = reader.mark();
if (marker == XMLBeanDefinitionReader.ROOT_ELEMENT_START_MARKER) {
// 创建 BeanDefinitionReader 对象
BeanDefinitionReader beanDefinitionReader = new BeanDefinitionReader(this);
// 开始解析 XML 文件中的 BeanDefinition
beanDefinitionReader.parse(reader);
} else if (marker == XMLBeanDefinitionReader.ROOT_ELEMENT_END_MARKER) {
// 解析结束
break;
}
}
}
}
- Bean 的创建和管理：Spring IOC 容器中的 Bean 创建和管理主要通过 BeanFactory 类实现。BeanFactory 类包含了创建 Bean、获取 Bean、删除 Bean 等方法，它是 Spring IOC 容器的核心部分。
// BeanFactory 创建 Bean
public Object getBean(String name) throws BeansException {
// 根据 Bean 名称获取 BeanDefinition
BeanDefinition beanDefinition = getBeanDefinition(name);
// 如果 BeanDefinition 不存在，抛出异常
if (beanDefinition == null) {
throw new NoSuchBeanDefinitionException(name);
}
// 创建 Bean
Object bean = createBean(name, beanDefinition);
// 返回 Bean
return bean;
}
- 依赖注入：Spring IOC 容器中的依赖注入主要通过 DependencyAutowire 和 PropertyAutowire 两个类实现。DependencyAutowire 类用于自动注入依赖，而 PropertyAutowire 类用于自动注入属性。
// DependencyAutowire 注入依赖
public void setDependency(String propertyName, @Qualifier @Nullable String[] qualifiedClassNames) {
// 获取 BeanDefinition
BeanDefinition beanDefinition = getBeanDefinition(propertyName);
// 如果 BeanDefinition 不存在，抛出异常
if (beanDefinition == null) {
throw new NoSuchBeanDefinitionException(propertyName);
}
// 获取依赖的 Bean
@Qualifier("'" + beanDefinition.getBeanClassName() + "'")
@Autowired
Object dependency = getBeanFactory().getBean(propertyName, Object.class);
// 设置依赖
setter.setValue(this, dependency);
}
- 生命周期管理：Spring IOC 容器中的生命周期管理主要通过 Lifecycle 和 LifecycleCallback 两个接口实现。Lifecycle 接口定义了 Bean 的生命周期方法，如 start、stop 等；LifecycleCallback 接口则是一个回调接口，用于在 Bean 的生命周期方法执行前后执行特定的逻辑。
// Lifecycle 接口
public interface Lifecycle {
void start() throws BeansException;
void stop() throws BeansException;
boolean isStarted();
boolean isStopped();
void destroy() throws BeansException;
}
三、核心功能分析
由于 Spring IOC 核心代码较长，无法在这里全部展示。但我可以简要介绍一下 Spring IOC 的核心部分，并提供部分关键代码示例。
- BeanFactory 的创建：
BeanFactory 是 Spring IOC 容器的基本实现，它负责管理 Bean 的创建和管理。创建过程主要包括以下几个步骤：
- 读取 Spring 配置文件（如 applicationContext.xml），解析其中的 Bean 定义；
- 创建一个 BeanDefinitionRegistry，用于存储解析后的 BeanDefinition；
- 创建一个 BeanFactoryInstance，用于封装 BeanDefinitionRegistry 和其他 BeanFactory 的实例；
- 调用 BeanFactoryInstance 的 getObjectForBeanName 方法，根据 BeanName 获取对应的 Bean 定义；
- 通过 BeanDefinition 的 getBean 方法创建 Bean 实例；
- 将 Bean 实例添加到 BeanFactory 的 singletonObjects 中，以 BeanName 为键。
以下是创建 BeanFactory 的示例代码：
public class BeanFactoryImpl implements BeanFactory {
//... 省略其他代码...
@Override
protected void createBeanFactory(String name, BeanDefinitionRegistry registry) throws BeansException {
// 创建并初始化一个 DefaultListableBeanFactory 实例
DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
beanFactory.setBeanDefinitionRegistry(registry);
beanFactory.setResourceA***ess(new ClassPathResource(name, getClassLoader()));
beanFactory.setEnvironment(this.environment);
beanFactory.setApplicationContextName(name);
beanFactory.setParentBeanFactory(this);
beanFactory.setSingletonObjects(new ConcurrentHashMap<String, Object>());
beanFactory.setDefaultSingletonBeanName(name);
beanFactory.registerBeanDefinition(new RootBeanDefinition(beanFactory, name));
}
}
- Bean 的生命周期：
Bean 的生命周期主要包括以下几个阶段：
- 实例化：根据 BeanDefinition 创建 Bean 实例；
- 属性填充：将 BeanDefinition 中的属性值设置到 Bean 实例上；
- 初始化：调用 Bean 的初始化方法，进行相关设置；
- 依赖注入：将 Bean 的依赖关系注入到 Bean 实例上；
- 销毁：当 Bean 没有引用时，调用 Bean 的 destroy 方法进行销毁。
以下是 Bean 生命周期的示例代码：
public class BeanFactoryImpl implements BeanFactory {
//... 省略其他代码...
@Override
protected Object createBean(String name, BeanDefinition beanDefinition, Object[] args) throws BeansException {
// 根据 BeanDefinition 创建 Bean 实例
Object bean = beanDefinition.getBean();
// 属性填充
for (PropertyValue propertyValue : beanDefinition.getPropertyValues()) {
bean = propertyValue.resolve(bean);
}
// 初始化
bean = beanDefinition.initialize(bean);
// 依赖注入
if (bean instanceof ConfigurableBeanFactory) {
((ConfigurableBeanFactory) bean).mergeBeanDefinitions(beanDefinition.getResourceDescription());
}
// 将 Bean 添加到 singletonObjects 中，以 BeanName 为键
synchronized (this.singletonObjects) {
this.singletonObjects.put(name, bean);
}
return bean;
}
}
- 依赖注入：
Spring IOC 容器通过依赖注入（Dependency Injection，DI）的方式将 Bean 的依赖关系注入到 Bean 实例上。依赖注入主要有两种方式：构造器注入和 setter 方法注入。
以下是依赖注入的示例代码：
public class BeanFactoryImpl implements BeanFactory {
//... 省略其他代码...
@Override
protected Object createBean(String name, BeanDefinition beanDefinition, Object[] args) throws BeansException {
//... 省略其他代码...
// 依赖注入
if (bean instanceof ConfigurableBeanFactory) {
((ConfigurableBeanFactory) bean).mergeBeanDefinitions(beanDefinition.getResourceDescription());
}
//... 省略其他代码...
}
}
以上是 Spring IOC 核心代码的简要分析和示例。要了解更多关于 Spring IOC 的详细信息，建议参考 Spring 官方文档和相关教程。
