Spring IoC容器概述

什么是控制反转？

Martin Fowler提出了“哪些方面的控制被反转了？”这个问题，结论是：依赖对象的获得被反转了。 即，依赖关系的管理由具体对象交给了框架或IoC容器，解耦代码降低系统复杂性的同时提高了代码的可测试性。

IoC系列容器的设计及实现（BeanFactory和ApplicationContext）

在Spring IoC容器的设计中，我们可以看到 2 个主要的容器系列：一个是实现BeanFactory的简单容器系列，这系列容器只实现了容器的基本功能；另一个是ApplicationContext应用上下文，在简单容器的基础上，增加了许多面向框架的特性。

IoC容器的接口设计图

Fig.1 IoC容器的接口设计图.png

IoC容器接口设计主线

第一条接口设计主线是，从BeanFactory到HierarchicalCapableBeanFactory，再到ConfigurableBeanFactory是一条主要的BeanFactory设计路径。在这条接口设计路径中，BeanFactory接口定义了基本的IoC容器的规范。

1）在这个接口定义中，包括了getBean()这样的IoC容器的基本方法；
2）HierarchicalCapableBeanFactory接口在继承了BeanFactory的基本接口之后，增加了getParentBeanFactory()的接口功能，使BeanFactory具备了双亲IoC容器的管理功能；
3）ConfigurableBeanFactory接口中，主要定义了一些对BeanFactory的配置功能，比如通过setParentBeanFactory()设置双亲IoC容器，通过addBeanPostProcessor()配置Bean后置处理器，等等。

第二条接口设计主线是，已ApplicationContext应用上下文接口为核心的接口设计。这里设计的主要接口设计有，BeanFactory -> ListableBeanFactory -> ApplicationContext -> WebApplicationContext/ConfigurableApplicationContext。我们常用的应用上下文基本都是ConfigurableApplicationContext或者WebApplicationContext的实现。在ListableBeanFactory接口中，细化了许多BeanFactory的接口功能，比如定义了getBeanDefinitionNames()接口方法。

================== BeanFactory接口 ==================
public interface BeanFactory {
    String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&";
    Object getBean(String name) throws BeansException;
    <T> T getBean(String name, Class<T> requiredType) throws BeansException;
    Object getBean(String name, Object... args) throws BeansException;
    boolean containsBean(String name);
    boolean isSingletion(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    boolean isTypeMatch(String name, Class targetType) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    Class getType(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    String[] getAliases(String name);
}

可以看到，通过这一系列Bean的检索方法，可以很方便地从容器中获得需要的Bean，从而忽略具体的IoC容器的实现。从这个角度来看，这些检索方法代表的是最为基本的容器入口。

BeanFactory容器的设计原理

XmlBeanFactory类继承层次图如下： XmlBeanFactory类继承层次图.png

作为一个简单IoC容器系列最底层实现的XmlBeanFactory，与ApplicationContext上下文系列容器相比，有一个非常明显的特点：它只提供最基本的IoC容器的功能。
DefaultListableBeanFactory实际包含了基本IoC容器所具有的重要功能，在Spring中，实际是把其作为一个默认的功能完整的IoC容器来使用的。XmlBeanFactory是在DefaultListableBeanFactory基础上，增加了XML读取的功能（XmlBeanDefinitionReader）。

================== XmlBeanFactory的实现 ==================
public class XmlBeanFactory extends DefaultListableBeanFactory {
    private final XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(this);
    public XmlBeanFactory(Resource resource) throws BeansException {
        this(resource, null);
    }
    public XmlBeanFactory(Resource resource, BeanFactory parentBeanFactory) throws BeansException {
        super(parentBeanFactory);
        this.reader.loadBeanDefinitions(resource);
    }
}

尽管我们实际工程应用中使用IoC容器很少使用这种原始的方式，但是了解这个基本过程，对我们了解IoC容器的工作原理大有裨益。因为这个编程式使用容器的过程，很清楚的揭示了在IoC容器实现中那些关键的类（比如Resource、DefaultListableBeanFactory和BeanDefinitionReader）之间的相互关系。例如，它们之间是如何把IoC容器的功能解耦的，又是如何结合在一起为IoC容器服务的，等等。

================== 编程式使用IoC容器 ==================
public class Codec {
    public static void main(String[] args) {
        ClassPathResource res = new ClassPathResource("beans.xml");
        DefaultListableBeanFactory factory = new DefaultListableBeanFactory();
        XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(factory);
        reader.loadBeanDefinitions(res);
    }
}

在使用IoC容器时，需要如下几个步骤：
1）创建IoC配置文件的抽象资源，这个抽象资源包含了BeanDefiniton的定义信息；
2）创建一个BeanFactory，这里使用DefaultListableBeanFactory；
3）创建一个载入BeanDefiniton的读取器，这里使用XmlBeanDefinitionReader来载入XML文件形式的BeanDefiniton，通过一个回调配置给BeanFactory；
4）从定义好的资源位置读入配置信息，具体的解析过程由XmlBeanDefinitionReader来完成。完成整个载入和注册Bean定义后，需要的IoC容器就建立起来了。
这个时候就可以直接使用IoC容器了。

ApplicationContext的应用场景

1、支持不同的数据源。ApplicationContext扩展了MessageSource接口，这些信息源的扩展功能可以支持国际化的实现，为开发多语言版本的应用提供服务；
2、访问资源。这一特性主要体现在对ResourceLoader和Resource的支持，因为ApplicationContext都是继承了DefaultResourceLoader的子类。注意：DefaultResourceLoader是AbstractApplicationContext的基类。
3、支持应用事件。继承了接口ApplicationEventPublisher，从而在上下文中引入了时间机制。
4、在ApplicationContext中提供的附加服务。

ApplicationContext容器的设计原理

下面以ApplicationContext系列的FileSystemXmlApplicationContext为例进行论述。可以看到，ApplicationContext应用上下文的主要功能都在基类AbstractXmlApplicationContext中实现了。FileSystemXmlApplicationContext作为具体的应用上下文，只需要实现与其自身设计相关的功能即可。

第一，如果应用直接使用FileSystemXmlApplicationContext，那么对于实例化这个应用上下文的支持，同时启动IoC容器的refresh()过程。代码如下：

public FileSystemXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, ApplicationContext parent) {
    super(parent);
    setConfigLocations(configLocations);
    if (refresh) {
        // 这个 refresh() 过程会涉及 IoC 容器启动的一系列复杂操作
        // 对于不同的容器实现，这个操作都是类似的，因此在基类将它们封装好
        // 所以在 FileSystemXmlApplicationContext 中只是简单的一个调用
        refresh();
    }
}

第二，是与FileSystemXmlApplicationContext设计具体相关的功能，这部分涉及怎样从文件系统中加载XML的Bean定义资源。代码如下：

protected Resource getResourceByPath(String path) {
    if (path != null && path.startsWith("/")) {
        path = path.substring(1);
    }
    return new FileSystemResource(path);
}

IoC容器的初始化过程

简而言之，IoC容器的初始化过程是由refresh()方法来启动的，这个方法标志着IoC容器的正式启动。
1、第一个过程是Resource定位过程。由ResourceLoader通过统一的Resource接口来完成，这个Resource对各种形式的BeanDefinition的使用提供了统一接口。
2、第二个过程是BeanDefiniton的载入。即，把用户定义好的Bean表示成IoC容器内部的数据结构—— BeanDefinition。
3、第三个过程是向IoC容器注册这些BeanDefinition的过程。这个过程是通过调用BeanDefinitionRegistry接口的实现来完成的。通过分析可以看到，在IoC容器内部将BeanDefinition注入到一个HashMap中，IoC容器就是通过这个HashMap来持有这些BeanDefinition数据的。
4、特别的，这里谈的是IoC容器的初始化过程，在这个过程中，一般不包含Bean依赖注入的实现。

BeanDefinition的Resource定位

以编程的方式使用DefaultListableBeanFactory时，首先定义一个Resource来定位容器使用的BeanDefinition。这时使用的是ClassPathResource，意味着

FileSystemXmlApplicationContext继承体系图.png

Spring Framework - IoC容器的实现