Spring的工作原理是什么呢

Spring的工作原理是什么呢，很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細講解，有這方面需求的人可以來學習下，希望你能有所收獲。

Spring 的骨骼架構

Spring 總共有十幾個組件，但是真正核心的組件只有幾個，下面是 Spring 框架的總體架構圖：

圖 1 .Spring 框架的總體架構圖

從上圖中可以看出 Spring 框架中的核心組件只有三個：Core、Context 和 Beans。它們構建起了整個 Spring 的骨骼架構。沒有它們就不可能有 AOP、Web 等上層的特性功能。下面也將主要從這三個組件入手分析 Spring。

Spring 的設計理念

前面介紹了 Spring 的三個核心組件，如果再在它們三個中選出核心的話，那就非 Beans 組件莫屬了，為何這樣說，其實 Spring 就是面向 Bean 的編程（BOP,Bean Oriented Programming），Bean 在 Spring 中才是真正的主角。

Bean 在 Spring 中作用就像 Object 對 OOP 的意義一樣，沒有對象的概念就像沒有面向對象編程，Spring 中沒有 Bean 也就沒有 Spring 存在的意義。就像一次演出舞臺都準備好了但是卻沒有演員一樣。為什么要 Bean 這種角色 Bean 或者為何在 Spring 如此重要，這由 Spring 框架的設計目標決定，Spring 為何如此流行，我們用 Spring 的原因是什么，想想你會發現原來 Spring 解決了一個非常關鍵的問題他可以讓你把對象之間的依賴關系轉而用配置文件來管理，也就是他的依賴注入機制。而這個注入關系在一個叫 Ioc 容器中管理，那 Ioc 容器中有又是什么就是被 Bean 包裹的對象。Spring 正是通過把對象包裝在 Bean 中而達到對這些對象管理以及一些列額外操作的目的。

它這種設計策略完全類似于 Java 實現 OOP 的設計理念，當然了 Java 本身的設計要比 Spring 復雜太多太多，但是都是構建一個數據結構，然后根據這個數據結構設計他的生存環境，并讓它在這個環境中按照一定的規律在不停的運動，在它們的不停運動中設計一系列與環境或者與其他個體完成信息交換。這樣想來回過頭想想我們用到的其他框架都是大慨類似的設計理念。

核心組件如何協同工作

前面說 Bean 是 Spring 中關鍵因素，那 Context 和 Core 又有何作用呢？前面吧 Bean 比作一場演出中的演員的話，那 Context 就是這場演出的舞臺背景，而 Core 應該就是演出的道具了。只有他們在一起才能具備能演出一場好戲的最基本的條件。當然有最基本的條件還不能使這場演出脫穎而出，還要他表演的節目足夠的精彩，這些節目就是 Spring 能提供的特色功能了。

我們知道 Bean 包裝的是 Object，而 Object 必然有數據，如何給這些數據提供生存環境就是 Context 要解決的問題，對 Context 來說他就是要發現每個 Bean 之間的關系，為它們建立這種關系并且要維護好這種關系。所以 Context 就是一個 Bean 關系的集合，這個關系集合又叫 Ioc 容器，一旦建立起這個 Ioc 容器后 Spring 就可以為你工作了。那 Core 組件又有什么用武之地呢？其實 Core 就是發現、建立和維護每個 Bean 之間的關系所需要的一些列的工具，從這個角度看來，Core 這個組件叫 Util 更能讓你理解。

它們之間可以用下圖來表示：

圖 2. 三個組件關系

核心組件詳解

這里將詳細介紹每個組件內部類的層次關系，以及它們在運行時的時序順序。我們在使用 Spring 是應該注意的地方。

Bean 組件

前面已經說明了 Bean 組件對 Spring 的重要性，下面看看 Bean 這個組件式怎么設計的。Bean 組件在 Spring 的 org.springframework.beans 包下。這個包下的所有類主要解決了三件事：Bean 的定義、Bean 的創建以及對 Bean 的解析。對 Spring 的使用者來說唯一需要關心的就是 Bean 的創建，其他兩個由 Spring 在內部幫你完成了，對你來說是透明的。

Spring Bean 的創建時典型的工廠模式，他的頂級接口是 BeanFactory，

BeanFactory 有三個子類：ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory 和 AutowireCapableBeanFactory。但是從上圖中我們可以發現最終的默認實現類是 DefaultListableBeanFactory，他實現了所有的接口。那為何要定義這么多層次的接口呢？查閱這些接口的源碼和說明發現，每個接口都有他使用的場合，它主要是為了區分在 Spring 內部在操作過程中對象的傳遞和轉化過程中，對對象的數據訪問所做的限制。例如 ListableBeanFactory 接口表示這些 Bean 是可列表的，而 HierarchicalBeanFactory 表示的是這些 Bean 是有繼承關系的，也就是每個 Bean 有可能有父 Bean。AutowireCapableBeanFactory 接口定義 Bean 的自動裝配規則。這四個接口共同定義了 Bean 的集合、Bean 之間的關系、以及 Bean 行為。

Bean 的定義主要有 BeanDefinition 描述

Bean 的定義就是完整的描述了在 Spring 的配置文件中你定義的 <bean/> 節點中所有的信息，包括各種子節點。當 Spring 成功解析你定義的一個 <bean/> 節點后，在 Spring 的內部他就被轉化成 BeanDefinition 對象。以后所有的操作都是對這個對象完成的。

Bean 的解析過程非常復雜，功能被分的很細，因為這里需要被擴展的地方很多，必須保證有足夠的靈活性，以應對可能的變化。Bean 的解析主要就是對 Spring 配置文件的解析。

Context 組件

Context 在 Spring 的 org.springframework.context 包下，前面已經講解了 Context 組件在 Spring 中的作用，他實際上就是給 Spring 提供一個運行時的環境，用以保存各個對象的狀態。下面看一下這個環境是如何構建的。

ApplicationContext 是 Context 的頂級父類，他除了能標識一個應用環境的基本信息外，他還繼承了五個接口，這五個接口主要是擴展了 Context 的功能。下面是 Context 的類結構圖：

圖 7. Context 相關的類結構圖

（查看 圖 7 的清晰版本。）

從上圖中可以看出 ApplicationContext 繼承了 BeanFactory，這也說明了 Spring 容器中運行的主體對象是 Bean，另外 ApplicationContext 繼承了 ResourceLoader 接口，使得 ApplicationContext 可以訪問到任何外部資源，這將在 Core 中詳細說明。

ApplicationContext 的子類主要包含兩個方面：

1.    ConfigurableApplicationContext 表示該 Context 是可修改的，也就是在構建 Context 中用戶可以動態添加或修改已有的配置信息，它下面又有多個子類，其中最經常使用的是可更新的 Context，即 AbstractRefreshableApplicationContext 類。

2.    WebApplicationContext 顧名思義，就是為 web 準備的 Context 他可以直接訪問到 ServletContext，通常情況下，這個接口使用的少。

再往下分就是按照構建 Context 的文件類型，接著就是訪問 Context 的方式。這樣一級一級構成了完整的 Context 等級層次。

總體來說 ApplicationContext 必須要完成以下幾件事：

• 標識一個應用環境

• 利用 BeanFactory 創建 Bean 對象

• 保存對象關系表

• 能夠捕獲各種事件

Context 作為 Spring 的 Ioc 容器，基本上整合了 Spring 的大部分功能，或者說是大部分功能的基礎。

Core 組件

Core 組件作為 Spring 的核心組件，他其中包含了很多的關鍵類，其中一個重要組成部分就是定義了資源的訪問方式。這種把所有資源都抽象成一個接口的方式很值得在以后的設計中拿來學習。下面就重要看一下這個部分在 Spring 的作用。

從上圖可以看出 Resource 接口封裝了各種可能的資源類型，也就是對使用者來說屏蔽了文件類型的不同。對資源的提供者來說，如何把資源包裝起來交給其他人用這也是一個問題，我們看到 Resource 接口繼承了 InputStreamSource 接口，這個接口中有個 getInputStream 方法，返回的是 InputStream 類。這樣所有的資源都被可以通過 InputStream 這個類來獲取，所以也屏蔽了資源的提供者。另外還有一個問題就是加載資源的問題，也就是資源的加載者要統一，從上圖中可以看出這個任務是由 ResourceLoader 接口完成，他屏蔽了所有的資源加載者的差異，只需要實現這個接口就可以加載所有的資源，他的默認實現是 DefaultResourceLoader。

下面看一下 Context 和 Resource 是如何建立關系的？

Context 是把資源的加載、解析和描述工作委托給了 ResourcePatternResolver 類來完成，他相當于一個接頭人，他把資源的加載、解析和資源的定義整合在一起便于其他組件使用。Core 組件中還有很多類似的方式。

Ioc 容器如何工作

前面介紹了 Core 組件、Bean 組件和 Context 組件的結構與相互關系，下面這里從使用者角度看一下他們是如何運行的，以及我們如何讓 Spring 完成各種功能，Spring 到底能有那些功能，這些功能是如何得來的，下面介紹。

如何創建 BeanFactory 工廠

正如圖 2 描述的那樣，Ioc 容器實際上就是 Context 組件結合其他兩個組件共同構建了一個 Bean 關系網，如何構建這個關系網？構建的入口就在 AbstractApplicationContext 類的 refresh 方法中。這個方法的代碼如下：

清單 1. AbstractApplicationContext.refresh

這個方法就是構建整個 Ioc 容器過程的完整的代碼，了解了里面的每一行代碼基本上就了解大部分 Spring 的原理和功能了。

這段代碼主要包含這樣幾個步驟：

• 構建 BeanFactory，以便于產生所需的“演員”

• 注冊可能感興趣的事件

• 創建 Bean 實例對象

• 觸發被監聽的事件

下面就結合代碼分析這幾個過程。

第二三句就是在創建和配置 BeanFactory。這里是 refresh 也就是刷新配置，前面介紹了 Context 有可更新的子類，這里正是實現這個功能，當 BeanFactory 已存在是就更新，如果沒有就新創建。下面是更新 BeanFactory 的方法代碼：

清單 2. AbstractRefreshableApplicationContext. refreshBeanFactory

這個方法實現了 AbstractApplicationContext 的抽象方法 refreshBeanFactory，這段代碼清楚的說明了 BeanFactory 的創建過程。注意 BeanFactory 對象的類型的變化，前面介紹了他有很多子類，在什么情況下使用不同的子類這非常關鍵。BeanFactory 的原始對象是 DefaultListableBeanFactory，這個非常關鍵，因為他設計到后面對這個對象的多種操作。

從這個圖中發現除了 BeanFactory 相關的類外，還發現了與 Bean 的 register 相關。這在 refreshBeanFactory 方法中有一行 loadBeanDefinitions(beanFactory) 將找到答案，這個方法將開始加載、解析 Bean 的定義，也就是把用戶定義的數據結構轉化為 Ioc 容器中的特定數據結構。

這個過程可以用Bean 的解析和登記流程時序圖解釋

創建好 BeanFactory 后，接下去添加一些 Spring 本身需要的一些工具類，這個操作在 AbstractApplicationContext 的 prepareBeanFactory 方法完成。

AbstractApplicationContext 中接下來的三行代碼對 Spring 的功能擴展性起了至關重要的作用。前兩行主要是讓你現在可以對已經構建的 BeanFactory 的配置做修改，后面一行就是讓你可以對以后再創建 Bean 的實例對象時添加一些自定義的操作。所以他們都是擴展了 Spring 的功能，所以我們要學習使用 Spring 必須對這一部分搞清楚。

其中在 invokeBeanFactoryPostProcessors 方法中主要是獲取實現 BeanFactoryPostProcessor 接口的子類。并執行它的 postProcessBeanFactory 方法，這個方法的聲明如下：

清單 3. BeanFactoryPostProcessor.postProcessBeanFactory

它的參數是 beanFactory，說明可以對 beanFactory 做修改，這里注意這個 beanFactory 是 ConfigurableListableBeanFactory 類型的，這也印證了前面介紹的不同 BeanFactory 所使用的場合不同，這里只能是可配置的 BeanFactory，防止一些數據被用戶隨意修改。

registerBeanPostProcessors 方法也是可以獲取用戶定義的實現了 BeanPostProcessor 接口的子類，并執行把它們注冊到 BeanFactory 對象中的 beanPostProcessors 變量中。BeanPostProcessor 中聲明了兩個方法：postProcessBeforeInitialization、postProcessAfterInitialization 分別用于在 Bean 對象初始化時執行。可以執行用戶自定義的操作。

后面的幾行代碼是初始化監聽事件和對系統的其他監聽者的注冊，監聽者必須是 ApplicationListener 的子類。

如何創建 Bean 實例并構建 Bean 的關系網

下面就是 Bean 的實例化代碼，是從 finishBeanFactoryInitialization 方法開始的。

清單 4. AbstractApplicationContext.finishBeanFactoryInitialization

從上面代碼中可以發現 Bean 的實例化是在 BeanFactory 中發生的。preInstantiateSingletons 方法的代碼如下：

清單 5. DefaultListableBeanFactory.preInstantiateSingletons

這里出現了一個非常重要的 Bean —— FactoryBean，可以說 Spring 一大半的擴展的功能都與這個 Bean 有關，這是個特殊的 Bean 他是個工廠 Bean，可以產生 Bean 的 Bean，這里的產生 Bean 是指 Bean 的實例，如果一個類繼承 FactoryBean 用戶可以自己定義產生實例對象的方法只要實現他的 getObject 方法。然而在 Spring 內部這個 Bean 的實例對象是 FactoryBean，通過調用這個對象的 getObject 方法就能獲取用戶自定義產生的對象，從而為 Spring 提供了很好的擴展性。Spring 獲取 FactoryBean 本身的對象是在前面加上 & 來完成的。

如何創建 Bean 的實例對象以及如何構建 Bean 實例對象之間的關聯關系式 Spring 中的一個核心關鍵。

如果是普通的 Bean 就直接創建他的實例，是通過調用 getBean 方法。

還有一個非常重要的部分就是建立 Bean 對象實例之間的關系，這也是 Spring 框架的核心競爭力。

Ioc 容器的擴展點

現在還有一個問題就是如何讓這些 Bean 對象有一定的擴展性，就是可以加入用戶的一些操作。那么有哪些擴展點呢？ Spring 又是如何調用到這些擴展點的？

對 Spring 的 Ioc 容器來說，主要有這么幾個。BeanFactoryPostProcessor， BeanPostProcessor。他們分別是在構建 BeanFactory 和構建 Bean 對象時調用。還有就是 InitializingBean 和 DisposableBean 他們分別是在 Bean 實例創建和銷毀時被調用。用戶可以實現這些接口中定義的方法，Spring 就會在適當的時候調用他們。還有一個是 FactoryBean 他是個特殊的 Bean，這個 Bean 可以被用戶更多的控制。

這些擴展點通常也是我們使用 Spring 來完成我們特定任務的地方，如何精通 Spring 就看你有沒有掌握好 Spring 有哪些擴展點，并且如何使用他們，要知道如何使用他們就必須了解他們內在的機理。可以用下面一個比喻來解釋。

我們把 Ioc 容器比作一個箱子，這個箱子里有若干個球的模子，可以用這些模子來造很多種不同的球，還有一個造這些球模的機器，這個機器可以產生球模。那么他們的對應關系就是 BeanFactory 就是那個造球模的機器，球模就是 Bean，而球模造出來的球就是 Bean 的實例。那前面所說的幾個擴展點又在什么地方呢？ BeanFactoryPostProcessor 對應到當造球模被造出來時，你將有機會可以對其做出設當的修正，也就是他可以幫你修改球模。而 InitializingBean 和 DisposableBean 是在球模造球的開始和結束階段，你可以完成一些預備和掃尾工作。BeanPostProcessor 就可以讓你對球模造出來的球做出適當的修正。最后還有一個 FactoryBean，它可是一個神奇的球模。這個球模不是預先就定型了，而是由你來給他確定它的形狀，既然你可以確定這個球模型的形狀，當然他造出來的球肯定就是你想要的球了，這樣在這個箱子里尼可以發現所有你想要的球

Ioc 容器如何為我所用

前面的介紹了 Spring 容器的構建過程，那 Spring 能為我們做什么，Spring 的 Ioc 容器又能做什么呢？我們使用 Spring 必須要首先構建 Ioc 容器，沒有它 Spring 無法工作，ApplicatonContext.xml 就是 Ioc 容器的默認配置文件，Spring 的所有特性功能都是基于這個 Ioc 容器工作的，比如后面要介紹的 AOP。

Ioc 它實際上就是為你構建了一個魔方，Spring 為你搭好了骨骼架構，這個魔方到底能變出什么好的東西出來，這必須要有你的參與。那我們怎么參與？這就是前面說的要了解 Spring 中那有些擴展點，我們通過實現那些擴展點來改變 Spring 的通用行為。至于如何實現擴展點來得到我們想要的個性結果，Spring 中有很多例子，其中 AOP 的實現就是 Spring 本身實現了其擴展點來達到了它想要的特性功能。

Spring 中 AOP 特性詳解

動態代理的實現原理

要了解 Spring 的 AOP 就必須先了解的動態代理的原理，因為 AOP 就是基于動態代理實現的。動態代理還要從 JDK 本身說起。

在 Jdk 的 java.lang.reflect 包下有個 Proxy 類，它正是構造代理類的入口。

發現最后面四個是公有方法。而最后一個方法 newProxyInstance 就是創建代理對象的方法。這個方法的源碼如下：

清單 6. Proxy. newProxyInstance

這個方法需要三個參數：ClassLoader，用于加載代理類的 Loader 類，通常這個 Loader 和被代理的類是同一個 Loader 類。Interfaces，是要被代理的那些那些接口。InvocationHandler，就是用于執行除了被代理接口中方法之外的用戶自定義的操作，他也是用戶需要代理的最終目的。用戶調用目標方法都被代理到 InvocationHandler 類中定義的唯一方法 invoke 中。這在后面再詳解。

下面還是看看 Proxy 如何產生代理類的過程，他構造出來的代理類到底是什么樣子？

其實從上圖中可以發現正在構造代理類的是在 ProxyGenerator 的 generateProxyClass 的方法中。ProxyGenerator 類在 sun.misc 包下，感興趣的話可以看看他的源碼。

假如有這樣一個接口，如下：

清單 7. SimpleProxy 類

代理來生成的類結構如下：

清單 8. $Proxy2 類

這個類中的方法里面將會是調用 InvocationHandler 的 invoke 方法，而每個方法也將對應一個屬性變量，這個屬性變量 m 也將傳給 invoke 方法中的 Method 參數。整個代理就是這樣實現的。

Spring AOP 如何實現

從前面代理的原理我們知道，代理的目的是調用目標方法時我們可以轉而執行 InvocationHandler 類的 invoke 方法，所以如何在 InvocationHandler 上做文章就是 Spring 實現 Aop 的關鍵所在。

Spring 的 Aop 實現是遵守 Aop 聯盟的約定。同時 Spring 又擴展了它，增加了如 Pointcut、Advisor 等一些接口使得更加靈活。

上圖清楚的顯示了 Spring 引用了 Aop Alliance 定義的接口。姑且不討論 Spring 如何擴展 Aop Alliance，先看看 Spring 如何實現代理類的，要實現代理類在 Spring 的配置文件中通常是這樣定一個 Bean 的，如下：

清單 9. 配置代理類 Bean

配置上看到要設置被代理的接口，和接口的實現類也就是目標類，以及攔截器也就在執行目標方法之前被調用，這里 Spring 中定義的各種各樣的攔截器，可以選擇使用。

下面看看 Spring 如何完成了代理以及是如何調用攔截器的。

前面提到 Spring Aop 也是實現其自身的擴展點來完成這個特性的，從這個代理類可以看出它正是繼承了 FactoryBean 的 ProxyFactoryBean，FactoryBean 之所以特別就在它可以讓你自定義對象的創建方法。當然代理對象要通過 Proxy 類來動態生成。

Spring 創建了代理對象后，當你調用目標對象上的方法時，將都會被代理到 InvocationHandler 類的 invoke 方法中執行，這在前面已經解釋。在這里 JdkDynamicAopProxy 類實現了 InvocationHandler 接口。

下面再看看 Spring 是如何調用攔截器的。

以上所說的都是 Jdk 動態代理，Spring 還支持一種 CGLIB 類代理，感興趣自己看吧。

Spring 中設計模式分析

Spring 中使用的設計模式也很多，比如工廠模式、單例模式、模版模式等，這里主要介紹代理模式和策略模式。

代理模式

代理模式原理

代理模式就是給某一個對象創建一個代理對象，而由這個代理對象控制對原對象的引用，而創建這個代理對象就是可以在調用原對象是可以增加一些額外的操作。

• Subject：抽象主題，它是代理對象的真實對象要實現的接口，當然這可以是多個接口組成。

• ProxySubject：代理類除了實現抽象主題定義的接口外，還必須持有所代理對象的引用

• RealSubject：被代理的類，是目標對象。

Spring 中如何實現代理模式

Spring Aop 中 Jdk 動態代理就是利用代理模式技術實現的。在 Spring 中除了實現被代理對象的接口外，還會有 org.springframework.aop.SpringProxy 和 org.springframework.aop.framework.Advised 兩個接口。

$Proxy 就是創建的代理對象，而 Subject 是抽象主題，代理對象是通過 InvocationHandler 來持有對目標對象的引用的。

Spring 中一個真實的代理對象結構如下：

清單 10 代理對象 $Proxy4

策略模式

策略模式原理

策略模式顧名思義就是做某事的策略，這在編程上通常是指完成某個操作可能有多種方法，這些方法各有千秋，可能有不同的適應的場合，然而這些操作方法都有可能用到。各一個操作方法都當作一個實現策略，使用者可能根據需要選擇合適的策略。

• Context：使用不同策略的環境，它可以根據自身的條件選擇不同的策略實現類來完成所要的操作。它持有一個策略實例的引用。創建具體策略對象的方法也可以由他完成。

• Strategy：抽象策略，定義每個策略都要實現的策略方法

• ConcreteStrategy：具體策略實現類，實現抽象策略中定義的策略方法

Spring 中策略模式的實現

Spring 中策略模式使用有多個地方，如 Bean 定義對象的創建以及代理對象的創建等。這里主要看一下代理對象創建的策略模式的實現。

前面已經了解 Spring 的代理方式有兩個 Jdk 動態代理和 CGLIB 代理。這兩個代理方式的使用正是使用了策略模式。

在上面結構圖中與標準的策略模式結構稍微有點不同，這里抽象策略是 AopProxy 接口，Cglib2AopProxy 和 JdkDynamicAopProxy 分別代表兩種策略的實現方式，ProxyFactoryBean 就是代表 Context 角色，它根據條件選擇使用 Jdk 代理方式還是 CGLIB 方式，而另外三個類主要是來負責創建具體策略對象，ProxyFactoryBean 是通過依賴的方法來關聯具體策略對象的，它是通過調用策略對象的 getProxy(ClassLoader classLoader) 方法來完成操作。 

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