Spring IoC 源码分析 (基于注解)（三） 之 Bean的解析与注册

在上一篇文章Spring IoC 源码分析 (基于注解) 之 包扫描中，我们介绍了Spring基于注解扫描包获取bean的过程。本文我们将一起探讨spring对bean解析，并注册到IOC容器的过程。

我们先接着看下面这段代码：

ClassPathBeanDefinitionScanner类

//类路径Bean定义扫描器扫描给定包及其子包
	protected Set<BeanDefinitionHolder> doScan(String... basePackages) {
		Assert.notEmpty(basePackages, "At least one base package must be specified");
		//创建一个集合，存放扫描到的BeanDefinition封装类
		Set<BeanDefinitionHolder> beanDefinitions = new LinkedHashSet<>();
		//遍历扫描所有给定的包路径
		for (String basePackage : basePackages) {
			//调用父类ClassPathScanningCandidateComponentProvider的方法
			//扫描给定类路径，获取符合条件的Bean定义
10			Set<BeanDefinition> candidates = findCandidateComponents(basePackage);
			//遍历扫描到的Bean
			for (BeanDefinition candidate : candidates) {
				//获取@Scope注解的值，即获取Bean的作用域
14				ScopeMetadata scopeMetadata = this.scopeMetadataResolver.resolveScopeMetadata(candidate);
				//为Bean设置作用域
				candidate.setScope(scopeMetadata.getScopeName());
				//为Bean生成名称
18				String beanName = this.beanNameGenerator.generateBeanName(candidate, this.registry);
				//如果扫描到的Bean不是Spring的注解Bean，则为Bean设置默认值，
				//设置Bean的自动依赖注入装配属性等
				if (candidate instanceof AbstractBeanDefinition) {
					postProcessBeanDefinition((AbstractBeanDefinition) candidate, beanName);
				}
				//如果扫描到的Bean是Spring的注解Bean，则处理其通用的Spring注解
				if (candidate instanceof AnnotatedBeanDefinition) {
					//处理注解Bean中通用的注解，在分析注解Bean定义类读取器时已经分析过
					AnnotationConfigUtils.processCommonDefinitionAnnotations((AnnotatedBeanDefinition) candidate);
				}
				//根据Bean名称检查指定的Bean是否需要在容器中注册，或者在容器中冲突
30				if (checkCandidate(beanName, candidate)) {
					BeanDefinitionHolder definitionHolder = new BeanDefinitionHolder(candidate, beanName);
					//根据注解中配置的作用域，为Bean应用相应的代理模式
33					definitionHolder =
							AnnotationConfigUtils.applyScopedProxyMode(scopeMetadata, definitionHolder, this.registry);
					beanDefinitions.add(definitionHolder);
					//向容器注册扫描到的Bean
37					registerBeanDefinition(definitionHolder, this.registry);
				}
			}
		}
		return beanDefinitions;
	}

上篇文章我们主要分析了第10行的 findCandidateComponents(basePackage)方法， 该方法主要是从给定的包路径中扫描符合过滤规则的Bean，并存入集合beanDefinitions中。
接下来的步骤可以分为以下几个方面：

• 遍历bean集合

• 获取@Scope注解的值，即获取Bean的作用域

• 为Bean生成名称

• 给Bean的一些属性设置默认值

• 检查Bean是否已在IOC容器中注册

• 根据Bean的作用域，生成相应的代理模式

• 把Bean放入IOC容器中

第二步、获取@Scope注解的值，即获取Bean的作用域

首先来看下 获取Bean作用域的过程，主要是上面第14行ScopeMetadata scopeMetadata = this.scopeMetadataResolver.resolveScopeMetadata(candidate);这段代码，我们继续跟踪进去：
AnnotationScopeMetadataResolver类

public ScopeMetadata resolveScopeMetadata(BeanDefinition definition) {
		//默认是singleton
		ScopeMetadata metadata = new ScopeMetadata();
		if (definition instanceof AnnotatedBeanDefinition) {
			AnnotatedBeanDefinition annDef = (AnnotatedBeanDefinition) definition;
			//获取@Scope注解的值
			AnnotationAttributes attributes = AnnotationConfigUtils.attributesFor(
					annDef.getMetadata(), this.scopeAnnotationType);
			//将获取到的@Scope注解的值设置到要返回的对象中
			if (attributes != null) {
				metadata.setScopeName(attributes.getString("value"));
				//获取@Scope注解中的proxyMode属性值，在创建代理对象时会用到
				ScopedProxyMode proxyMode = attributes.getEnum("proxyMode");
				//如果@Scope的proxyMode属性为DEFAULT或者NO
				if (proxyMode == ScopedProxyMode.DEFAULT) {
					//设置proxyMode为NO
					proxyMode = this.defaultProxyMode;
				}
				//为返回的元数据设置proxyMode
				metadata.setScopedProxyMode(proxyMode);
			}
		}
		//返回解析的作用域元信息对象
		return metadata;
	}

Bean的作用域是通过@Scope注解实现的，我们先来看下@Scope注解的属性：

可以看到@Scope注解有三个属性，

• value属性就是我们常用的用来设置Bean的单例/多例

• proxyMode是用来设置代理方式的

关于@Scope注解原理的详细分析，请看这篇文章<>，这里就不详细讲了。

这里的AnnotationAttributes是注解属性key-value的封装类，继承了LinkedHashMap，所以也是key-value形式的数据结构。 通过debug看一下，这个变量拿到的值：

可以看到获取到了3个属性的值，其中value = prototype就是该Bean的作用域，这里我设置的是多例，然后再把获取到的注解属性值赋值给ScopeMetadata。

第三步、为Bean生成名称

再回到上面ClassPathBeanDefinitionScanner类的doScan()方法中的第18行， 把我们获取到的Bean的作用域赋值给Bean。
然后为Bean生成名字，代码String beanName = this.beanNameGenerator.generateBeanName(candidate, this.registry);
跟踪进去，在AnnotationBeanNameGenerator类中：

public String generateBeanName(BeanDefinition definition, BeanDefinitionRegistry registry) {
		if (definition instanceof AnnotatedBeanDefinition) {
			String beanName = determineBeanNameFromAnnotation((AnnotatedBeanDefinition) definition);
			if (StringUtils.hasText(beanName)) {
				// Explicit bean name found.
				return beanName;
			}
		}
		// Fallback: generate a unique default bean name.
		return buildDefaultBeanName(definition, registry);
	}

这段代码很好理解，先从注解中获取Bean的名称，如果注解中没有设置，那么生成一个默认的Bean的名称，通过ClassUtils.getShortName(beanClassName)生成一个类名的小写开头驼峰的名字，如studentController。

第四步、给Bean的一些属性设置默认值

主要是doScan()中的如下两个方法：

//如果扫描到的Bean不是Spring的注解Bean，则为Bean设置默认值，
				//设置Bean的自动依赖注入装配属性等
				if (candidate instanceof AbstractBeanDefinition) {
					postProcessBeanDefinition((AbstractBeanDefinition) candidate, beanName);
				}
				//如果扫描到的Bean是Spring的注解Bean，则处理其通用的Spring注解
				if (candidate instanceof AnnotatedBeanDefinition) {
					//处理注解Bean中通用的注解，在分析注解Bean定义类读取器时已经分析过
					AnnotationConfigUtils.processCommonDefinitionAnnotations((AnnotatedBeanDefinition) candidate);
				}

首先看postProcessBeanDefinition((AbstractBeanDefinition) candidate, beanName)：
跟踪进去会到如下方法：

public void applyDefaults(BeanDefinitionDefaults defaults) {
		//懒加载
		setLazyInit(defaults.isLazyInit());
		//加载模式
		setAutowireMode(defaults.getAutowireMode());
		//依赖检查
		setDependencyCheck(defaults.getDependencyCheck());
		//bean初始化方法
		setInitMethodName(defaults.getInitMethodName());
		setEnforceInitMethod(false);
		//bean销毁方法
		setDestroyMethodName(defaults.getDestroyMethodName());
		setEnforceDestroyMethod(false);
	}

这里应该很清晰了，给bean设置一些默认值，BeanDefinitionDefaults是一个Bean属性默认值的封装类，从该类获取各个属性的默认值，赋值给bean。
接着我们看AnnotationConfigUtils.processCommonDefinitionAnnotations((AnnotatedBeanDefinition) candidate)方法。
跟踪进去：

static void processCommonDefinitionAnnotations(AnnotatedBeanDefinition abd, AnnotatedTypeMetadata metadata) {
		AnnotationAttributes lazy = attributesFor(metadata, Lazy.class);
		//如果Bean定义中有@Lazy注解，则将该Bean预实例化属性设置为@lazy注解的值
		if (lazy != null) {
			abd.setLazyInit(lazy.getBoolean("value"));
		}

		else if (abd.getMetadata() != metadata) {
			lazy = attributesFor(abd.getMetadata(), Lazy.class);
			if (lazy != null) {
				abd.setLazyInit(lazy.getBoolean("value"));
			}
		}
		//如果Bean定义中有@Primary注解，则为该Bean设置为autowiring自动依赖注入装配的首选对象
		if (metadata.isAnnotated(Primary.class.getName())) {
			abd.setPrimary(true);
		}
		//如果Bean定义中有@ DependsOn注解，则为该Bean设置所依赖的Bean名称，
		//容器将确保在实例化该Bean之前首先实例化所依赖的Bean
		AnnotationAttributes dependsOn = attributesFor(metadata, DependsOn.class);
		if (dependsOn != null) {
			abd.setDependsOn(dependsOn.getStringArray("value"));
		}

		if (abd instanceof AbstractBeanDefinition) {
			AbstractBeanDefinition absBd = (AbstractBeanDefinition) abd;
			AnnotationAttributes role = attributesFor(metadata, Role.class);
			if (role != null) {
				absBd.setRole(role.getNumber("value").intValue());
			}
			AnnotationAttributes description = attributesFor(metadata, Description.class);
			if (description != null) {
				absBd.setDescription(description.getString("value"));
			}
		}
	}

这里主要是处理bean上一些常用的注解，如@Lazy、@Primary、@DependsOn。
注释很清晰，这里就不赘言了。

第五步、检查Bean是否已在IOC容器中注册

跟踪doScan()中的第30行if (checkCandidate(beanName, candidate))方法:

protected boolean checkCandidate(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) throws IllegalStateException {
		//是否包含beanName了
		if (!this.registry.containsBeanDefinition(beanName)) {
			return true;
		}
		//如果容器中已经存在同名bean
		//获取容器中已存在的bean
		BeanDefinition existingDef = this.registry.getBeanDefinition(beanName);
		BeanDefinition originatingDef = existingDef.getOriginatingBeanDefinition();
		if (originatingDef != null) {
			existingDef = originatingDef;
		}
		//新bean旧bean进行比较
		if (isCompatible(beanDefinition, existingDef)) {
			return false;
		}
		throw new ConflictingBeanDefinitionException("Annotation-specified bean name '" + beanName +
				"' for bean class [" + beanDefinition.getBeanClassName() + "] conflicts with existing, " +
				"non-compatible bean definition of same name and class [" + existingDef.getBeanClassName() + "]");
	}

可以看到，其实是通过调用IOC容器的containsBeanDefinition(beanName)方法，来判断该beanName是否已存在，而IOC容器实际上是一个map，这里底层其实就是通过调用map.containsKey(key)来实现的。

第六步、为Bean应用相应的代理模式

跟踪doScan()中的 definitionHolder = AnnotationConfigUtils.applyScopedProxyMode(scopeMetadata, definitionHolder, this.registry);方法

static BeanDefinitionHolder applyScopedProxyMode(
			ScopeMetadata metadata, BeanDefinitionHolder definition, BeanDefinitionRegistry registry) {

		//获取注解Bean定义类中@Scope注解的proxyMode属性值
		ScopedProxyMode scopedProxyMode = metadata.getScopedProxyMode();
		//如果配置的@Scope注解的proxyMode属性值为NO，则不应用代理模式
		if (scopedProxyMode.equals(ScopedProxyMode.NO)) {
			return definition;
		}
		//获取配置的@Scope注解的proxyMode属性值，如果为TARGET_CLASS
		//则返回true，如果为INTERFACES，则返回false
		boolean proxyTargetClass = scopedProxyMode.equals(ScopedProxyMode.TARGET_CLASS);
		//为注册的Bean创建相应模式的代理对象
		return ScopedProxyCreator.createScopedProxy(definition, registry, proxyTargetClass);
	}

这里就用到第二步中我门获取到的@Scope注解的proxyMode属性，然后为bean设置代理模式。

第七步、注册Bean到IOC容器中

跟踪doScan()中的第37行registerBeanDefinition(definitionHolder, this.registry);方法

//将解析的BeanDefinitionHold注册到容器中
	public static void registerBeanDefinition(
			BeanDefinitionHolder definitionHolder, BeanDefinitionRegistry registry)
			throws BeanDefinitionStoreException {

		// Register bean definition under primary name.
		//获取解析的BeanDefinition的名称
		String beanName = definitionHolder.getBeanName();
		//向IOC容器注册BeanDefinition
第9行		registry.registerBeanDefinition(beanName, definitionHolder.getBeanDefinition());

		// Register aliases for bean name, if any.
		//如果解析的BeanDefinition有别名，向容器为其注册别名
		String[] aliases = definitionHolder.getAliases();
		if (aliases != null) {
			for (String alias : aliases) {
				registry.registerAlias(beanName, alias);
			}
		}
	}

直接看第9行的代码，继续跟踪进去：

//向IOC容器注册解析的BeanDefiniton
	@Override
	public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)
			throws BeanDefinitionStoreException {

		// 校验 beanName 与 beanDefinition 非空
		Assert.hasText(beanName, "Bean name must not be empty");
		Assert.notNull(beanDefinition, "BeanDefinition must not be null");

		//校验解析的BeanDefiniton
		if (beanDefinition instanceof AbstractBeanDefinition) {
			try {
				((AbstractBeanDefinition) beanDefinition).validate();
			}
			catch (BeanDefinitionValidationException ex) {
				throw new BeanDefinitionStoreException(beanDefinition.getResourceDescription(), beanName,
						"Validation of bean definition failed", ex);
			}
		}

		BeanDefinition oldBeanDefinition;

		// 从容器中获取指定 beanName 的 BeanDefinition
		oldBeanDefinition = this.beanDefinitionMap.get(beanName);
		// 如果已经存在
		if (oldBeanDefinition != null) {
			// 如果存在但是不允许覆盖，抛出异常
			if (!isAllowBeanDefinitionOverriding()) {
				throw new BeanDefinitionStoreException(beanDefinition.getResourceDescription(), beanName,
						"Cannot register bean definition [" + beanDefinition + "] for bean '" + beanName +
						"': There is already [" + oldBeanDefinition + "] bound.");
			}
			// 覆盖 beanDefinition 大于 被覆盖的 beanDefinition 的 ROLE ，打印 info 日志
			else if (oldBeanDefinition.getRole() < beanDefinition.getRole()) {
				// e.g. was ROLE_APPLICATION, now overriding with ROLE_SUPPORT or ROLE_INFRASTRUCTURE
				if (this.logger.isWarnEnabled()) {
					this.logger.warn("Overriding user-defined bean definition for bean '" + beanName +
							"' with a framework-generated bean definition: replacing [" +
							oldBeanDefinition + "] with [" + beanDefinition + "]");
				}
			}
			else if (!beanDefinition.equals(oldBeanDefinition)) {
				if (this.logger.isInfoEnabled()) {
					this.logger.info("Overriding bean definition for bean '" + beanName +
							"' with a different definition: replacing [" + oldBeanDefinition +
							"] with [" + beanDefinition + "]");
				}
			}
			else {
				if (this.logger.isDebugEnabled()) {
					this.logger.debug("Overriding bean definition for bean '" + beanName +
							"' with an equivalent definition: replacing [" + oldBeanDefinition +
							"] with [" + beanDefinition + "]");
				}
			}
			// 允许覆盖，直接覆盖原有的 BeanDefinition 到 beanDefinitionMap 中。
			this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
		}
		else {
			// 检测创建 Bean 阶段是否已经开启，如果开启了则需要对 beanDefinitionMap 进行并发控制
			if (hasBeanCreationStarted()) {
				// Cannot modify startup-time collection elements anymore (for stable iteration)
				//注册的过程中需要线程同步，以保证数据的一致性（因为有put、add、remove操作）
64				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;
					// 从 manualSingletonNames 移除 beanName
					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;
		}

		//检查是否有同名的BeanDefinition已经在IOC容器中注册
88		if (oldBeanDefinition != null || containsSingleton(beanName)) {
			//更新beanDefinitionNames 和 manualSingletonNames
			resetBeanDefinition(beanName);
		}
	}

这里就是向IOC容器中注册bean的核心代码，这段代码很长，我们分开来看，主要分为几个步骤：

• beanName和beanDefinition的合法性校验

• 根据beanName从IOC容器中判断是否已经注册过
  根据isAllowBeanDefinitionOverriding变量来判断是否覆盖

• 如果存在根据覆盖规则，执行覆盖或者抛出异常

• 如果不存在，则put到IOC容器beanDefinitionMap中
  private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(256);

到这里，注册bean到IOC容器的过程就基本结束了，实际上IOC注册不是什么神秘的东西，说白了就是把beanName和bean存入map集合中

此时我们再返回看第七步的代码BeanDefinitionReaderUtils类的registerBeanDefinition()方法，可以看到 registry.registerBeanDefinition(beanName, definitionHolder.getBeanDefinition());我们已经分析完了，剩下的就是把bean的别名也注册进去就大功告成了。

//将解析的BeanDefinitionHold注册到容器中
	public static void registerBeanDefinition(
			BeanDefinitionHolder definitionHolder, BeanDefinitionRegistry registry)
			throws BeanDefinitionStoreException {

		// Register bean definition under primary name.
		//获取解析的BeanDefinition的名称
		String beanName = definitionHolder.getBeanName();
		//向IOC容器注册BeanDefinition
		registry.registerBeanDefinition(beanName, definitionHolder.getBeanDefinition());

		// Register aliases for bean name, if any.
		//如果解析的BeanDefinition有别名，向容器为其注册别名
		String[] aliases = definitionHolder.getAliases();
		if (aliases != null) {
			for (String alias : aliases) {
				registry.registerAlias(beanName, alias);
			}
		}
	}

总结：

IoC容器其实就是DefaultListableBeanFactory,它里面有一个map类型的beanDefinitionMap变量，来存储注册的bean

IoC容器初始化过程：

• 1、资源定位
  扫描包路径下.class文件，将资源转为Resource

• 2、资源加载
  通过ASM框架获取class元数据，封装到BeanDefinition

• 3、资源解析
  获取bean上注解的属性值。如@Scope

• 4、生成Bean
  生成beanName，设置Bean默认值(懒加载、初始化方法等)、代理模式

• 5、注册Bean
  把BeanDefinition放入IoC容器DefaultListableBeanFactory

最后思考几个小疑问：

• beanDefinitionMap是ConcurrentHashMap类型的，应该是线程安全的，但是为什么在代码64行的地方，还要加sync锁呢？

• 之前已经检查过容器中是否有重名bean了，为什么在88行还要再检查一次呢？

原因：
beanDefinitionMap底层使用的是ConcurrentHashMap，但是需要注意的是，ConcurrentHashMap只能保证自身操作的线程安全，并不能保证整体业务的线程安全，大家不要产生误解！

为什么要将this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition)也放入同步代码块中？

我们之前已经知道了beanDefinitionNames是要按照注册顺序保存的，所以必须要加放入的动作也进行同步，不然可能出现顺序错误

为什么在加锁后给集合中添加元素还要进行一次类似于复制的操作（addAll）？

我们在业务操作过程中，很可能调用Spring的某些方法，这些方法需要遍历beanDefinitionNames，这些遍历方法通常都是使用迭代器的，我们知道迭代过程中如果我们又对集合进行了添加，移除的操作，会引发快速失败机制如果对快速失败机制不熟悉的请自行百度。为了避免这种情况所以选择新建一个集合然后进行复制