Spring中眼花繚亂的BeanDefinition

  • 2020 年 8 月 18 日
  • 筆記

本篇部落格主要參考：Spring官網閱讀（四）BeanDefinition（上）

引入主題

為什麼要讀Spring源碼，有的人為了學習Spring中的先進思想，也有的人是為了更好的理解設計模式，當然也有很大一部分小夥伴是為了應付面試，Spring Bean的生命周期啦，Spring AOP的原理啦，Spring IoC的原理啦，應付面試，看幾篇部落格，對照著看看源碼，應該就沒什麼問題了，但是如果想真正的玩懂Spring，需要花的時間真的很多，需要你沉下心，從最基礎的看起，今天我們就來看看Spring中的基礎——BeanDefinition。

什麼是BeanDefinition

image.png
Spring官網中有詳細的說明，我們來翻譯下：
SpringIoc容器管理一個Bean或多個Bean，這些Bean通過我們提供給容器的配置元數據被創建出來（例如，在xml中的定義）
在容器中，這些Bean的定義用BeanDefinition對象來表示，包含以下元數據：

  • 全限定類名， 通常是Bean的實際實現類；
  • Bean行為配置元素，它們說明Bean在容器中的行為（作用域、生命周期回調等等）；
  • Bean執行工作所需要的的其他Bean的引用，這些Bean也稱為協作者或依賴項；
  • 其他配置資訊，例如，管理連接池的bean中，限制池的大小或者使用的連接的數量。

Spring官網中對BeanDefinition的解釋還是很詳細的，但是不是那麼通俗易懂，其實BeanDefinition是比較容易解釋的：BeanDefinition就是用來描述一個Bean或者BeanDefinition就是Bean的定義。

創建一個Java Bean，大概是下面這個醬紫：
image.png
我們寫的Java文件，會編譯為Class文件，運行程式，類載入器會載入Class文件，放入JVM的方法區，我們就可以愉快的new對象了。

創建一個Spring Bean，大概是下面這個醬紫：
image.png
我們寫的Java文件，會編譯為Class文件，運行程式，類載入器會載入Class文件，放入JVM的方法區，這一步還是保持不變（當然這個也沒辦法變。。。）
下面就是Spring的事情了，Spring會解析我們的配置類（配置文件），假設現在只配置了A，解析後，Spring會把A的BeanDefinition放到一個map中去，隨後，由一個一個的BeanPostProcessor進行加工，最終把經歷了完整的Spring生命周期的Bean放入了singleObjects。

BeanDefinition類圖鳥瞰

image.png
大家可以看到，Spring中BeanDefinition的類圖還是相當複雜的，我剛開始讀Spring源碼的時候，覺得BeanDefinition應該是一個特別簡單的東西，但是後面發覺並不是那麼回事。

下面我將對涉及到的類逐個進行解讀。

AttributeAccessor

AttributeAccessor是一個介面：

/**
 * Interface defining a generic contract for attaching and accessing metadata
 * to/from arbitrary objects.
 *
 * @author Rob Harrop
 * @since 2.0
 */
public interface AttributeAccessor {
	void setAttribute(String name, @Nullable Object value);
	Object getAttribute(String name);
	Object removeAttribute(String name);
	boolean hasAttribute(String name);
	String[] attributeNames();
}

我們來看下類上面的注釋：介面定義了通用的方法來保存或者讀取元數據。既然是介面，那麼一定會有實現類，我們先把這個放一邊。

BeanMetadataElement

BeanMetadataElement也是一個介面，裡面只定義了一個方法：

/**
 * Interface to be implemented by bean metadata elements
 * that carry a configuration source object.
 *
 * @author Juergen Hoeller
 * @since 2.0
 */
public interface BeanMetadataElement {
	@Nullable
	Object getSource();

}

我們還是來看下類上的注釋：介面提供了一個方法來獲取Bean的源對象，這個源對象就是源文件，怎麼樣，是不是不太好理解，沒關係，我們馬上寫個程式碼來看下：

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
}

@Service
public class BookService {
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        System.out.println(context.getBeanDefinition("bookService").getSource());
    }
}

file [D:\cycleinject\target\classes\com\codebear\springcycle\BookService.class]

怎麼樣，現在理解了把。

AttributeAccessorSupport

AttributeAccessorSupport類是一個抽象類，實現了AttributeAccessor介面，這個AttributeAccessor還記得吧，裡面定義了通用的方法來保存或者讀取元數據的虛方法，AttributeAccessorSupport便實現了這個虛方法，AttributeAccessorSupport定義了一個map容器，元數據就被保存在這個map裡面。

為什麼要有這個map

初次讀Spring源碼，看到這個map的時候，覺得有點奇怪，元數據不應該是保存在BeanDefinition的beanClass、scope、lazyInit這些欄位裡面嗎？這個map不是多次一舉嗎？

後面才知道，Spring是為了方便擴展，不然BeanDefinition有新的特性，就要新增欄位，這是其一；其二，如果程式設計師要擴展Spring，而BeanDefinition中定義的欄位已經無法滿足擴展了呢？

那Spring自己有使用這個map嗎，答案是有的，我們來看下，Spring在這個map中放了什麼數據：

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        BeanDefinition appConfig = context.getBeanDefinition("appConfig");
        for (String item : appConfig.attributeNames()) {
            System.out.println(item + ":" + appConfig.getAttribute(item));
        }
    }

org.springframework.context.annotation.ConfigurationClassPostProcessor.configurationClass:full
org.springframework.aop.framework.autoproxy.AutoProxyUtils.preserveTargetClass:true

可以看到，Spring在裡面放了兩個item：

  • 第一個item保存著這個配置類是否是一個Full配置類，關於Full配置類，我在先前的部落格有簡單的介紹過：Spring中你可能不知道的事（二）
  • 第二個item，從名字上就可以知道和AOP相關。

BeanDefinition

BeanDefinition是一個介面，繼承了AttributeAccessor、BeanMetadataElement，這兩個類上面已經介紹過了。

BeanDefinition定義了很多方法，比如setBeanClassName、getBeanClassName、setScope、getScope、setLazyInit、isLazyInit等等，這些方法一眼就知道是什麼意思了，這裡就不解釋了。

BeanMetadataAttributeAccessor

BeanMetadataAttributeAccessor繼承了AttributeAccessorSupport，對保存或者讀取元數據的方法進行了進一步的封裝。

AbstractBeanDefinition

AbstractBeanDefinition是一個抽象類，繼承了BeanMetadataAttributeAccessor，實現了BeanDefinition。

BeanDefinition實現了BeanDefinition定義的大部分虛方法，同時定義了很多常量和默認值。

AbstractBeanDefinition有三個子類，下面我們來看看這三個子類。

ChildBeanDefinition

從Spring2.5開始，ChildBeanDefinition已經不再使用，取而代之的是GenericBeanDefinition。

GenericBeanDefinition

GenericBeanDefinition替代了ChildBeanDefinition，ChildBeanDefinition從字面上，就可以看出有「子BeanDefinition」的意思，難道BeanDefinition還有「父子關係」嗎？當然有。

public class ChildService {
    private int id;
    private String name;

    public ChildService(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}


public class ParentService {
    private int id;
    private String name;

    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public ParentService(int id, String name) {
        this.id = id;
        this.name = name;
    }
}

 public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext();

        GenericBeanDefinition parentBeanDefinition = new GenericBeanDefinition();
        parentBeanDefinition.setScope(BeanDefinition.SCOPE_SINGLETON);
        parentBeanDefinition.setAttribute("name", "codebear");
        parentBeanDefinition.setAbstract(true);
        parentBeanDefinition.getConstructorArgumentValues().addGenericArgumentValue(1);
        parentBeanDefinition.getConstructorArgumentValues().addGenericArgumentValue("CodeBear");

        GenericBeanDefinition childBeanDefinition = new GenericBeanDefinition();
        childBeanDefinition.setParentName("parent");
        childBeanDefinition.setBeanClass(ChildService.class);

        context.registerBeanDefinition("parent", parentBeanDefinition);
        context.registerBeanDefinition("child", childBeanDefinition);

        context.refresh();

        BeanDefinition child = context.getBeanFactory().getMergedBeanDefinition("child");
        for (String s : child.attributeNames()) {
            System.out.println(s + ":" + child.getAttribute(s));
        }
        System.out.println("scope:" + child.getScope());

        System.out.println("-------------------");

        ChildService service = context.getBean(ChildService.class);
        System.out.println(service.getName());
        System.out.println(service.getId());
    }

運行結果：


name:codebear
scope:singleton
-------------------
CodeBear
1

來分析下程式碼：

  1. 創建了GenericBeanDefinition對象parentBeanDefinition，設置為了單例模式，設置了Attribute，聲明了構造方法的兩個參數值；
  2. 創建了GenericBeanDefinition對象childBeanDefinition，設置parentName為parent，BeanClass為ChildService；
  3. 註冊parentBeanDefinition，beanName為parent，childBeanDefinition，beanName為child；
  4. 刷新容器；
  5. 從mergedBeanDefinitions取出了child，mergedBeanDefinitions存放的是合併後的BeanDefinition；
  6. 列印出child的attribute、scope、構造方法的兩個參數值。

大家可以看到，childBeanDefinition繼承了parentBeanDefinition。

如果沒有父子關係，單獨作為BeanDefinition，也可以用GenericBeanDefinition來表示：

       AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext();

        GenericBeanDefinition genericBeanDefinition = new GenericBeanDefinition();
        genericBeanDefinition.setBeanClass(AuthorService.class);
        genericBeanDefinition.setScope(BeanDefinition.SCOPE_PROTOTYPE);
        context.registerBeanDefinition("authorService", genericBeanDefinition);

        context.refresh();

        BeanDefinition mergedBeanDefinition = context.getBeanFactory().getMergedBeanDefinition("authorService");
        BeanDefinition beanDefinition = context.getBeanFactory().getMergedBeanDefinition("authorService");

        System.out.println(mergedBeanDefinition);
        System.out.println(beanDefinition);

運行結果：

Root bean: class [com.codebear.springcycle.AuthorService]; scope=prototype; abstract=false; lazyInit=false; autowireMode=0; dependencyCheck=0; autowireCandidate=true; primary=false; factoryBeanName=null; factoryMethodName=null; initMethodName=null; destroyMethodName=null
Root bean: class [com.codebear.springcycle.AuthorService]; scope=prototype; abstract=false; lazyInit=false; autowireMode=0; dependencyCheck=0; autowireCandidate=true; primary=false; factoryBeanName=null; factoryMethodName=null; initMethodName=null; destroyMethodName=null

可以看到，當沒有父子關係，beanDefinition依舊會被保存在mergedBeanDefinitions中，只是存儲的內容和beanDefinitions中所存儲的內容是一模一樣的。

GenericBeanDefinition總結

GenericBeanDefinition替代了低版本Spring的ChildBeanDefinition，GenericBeanDefinition比ChildBeanDefinition、RootBeanDefinition更加靈活，既可以單獨作為BeanDefinition，也可以作為父BeanDefinition，還可以作為子GenericBeanDefinition。

RootBeanDefinition

在介紹GenericBeanDefinition的時候，寫了兩段程式碼。

給第一個程式碼打上斷點，觀察下mergedBeanDefinitions，會發現parentBeanDefinition和
childBeanDefinition在mergedBeanDefinitions都變為了RootBeanDefinition：
image.png

給第二個程式碼打上斷點，也觀察下mergedBeanDefinitions，會發現authorService在mergedBeanDefinitions也變為了RootBeanDefinition：
image.png

可以看到在mergedBeanDefinitions存放的都是RootBeanDefinition。

RootBeanDefinition也可以用來充當父BeanDefinition，就像下面的醬紫：

 public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext();

        RootBeanDefinition genericBeanDefinition = new RootBeanDefinition();
        genericBeanDefinition.setBeanClass(ParentService.class);
        genericBeanDefinition.setScope(BeanDefinition.SCOPE_PROTOTYPE);
        context.registerBeanDefinition("parent", genericBeanDefinition);

        GenericBeanDefinition rootBeanDefinition = new GenericBeanDefinition();
        rootBeanDefinition.setBeanClass(ChildService.class);
        rootBeanDefinition.setParentName("parent");

        context.refresh();
    }

但是RootBeanDefinition不可以充當子BeanDefinition：

  public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext();

        RootBeanDefinition genericBeanDefinition = new RootBeanDefinition();
        genericBeanDefinition.setBeanClass(ParentService.class);
        genericBeanDefinition.setScope(BeanDefinition.SCOPE_PROTOTYPE);
        context.registerBeanDefinition("parent", genericBeanDefinition);

        RootBeanDefinition rootBeanDefinition = new RootBeanDefinition();
        rootBeanDefinition.setBeanClass(ChildService.class);
        rootBeanDefinition.setParentName("parent");

        context.refresh();
    }

運行結果：

Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: Root bean cannot be changed into a child bean with parent reference
	at org.springframework.beans.factory.support.RootBeanDefinition.setParentName(RootBeanDefinition.java:260)
	at com.codebear.springcycle.Main.main(Main.java:20)

拋出了異常。

查詢源碼：

	@Override
	public void setParentName(@Nullable String parentName) {
		if (parentName != null) {
			throw new IllegalArgumentException("Root bean cannot be changed into a child bean with parent reference");
		}
	}

發現調用RootBeanDefinition的setParentName方法，直接拋出了異常。

RootBeanDefinition總結

RootBeanDefinition可以作為其他BeanDefinition的父BeanDefinition，也可以單獨作為BeanDefinition，但是不能作為其他BeanDefinition的子BeanDefinition，在mergedBeanDefinitions存儲的都是RootBeanDefinition。

ScannedGenericBeanDefinition

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
}

@Service
public class AuthorService {
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        System.out.println(context.getBeanDefinition("authorService").getClass());
    }
}

運行結果：

class org.springframework.context.annotation.ScannedGenericBeanDefinition

通過註解掃描出來的Bean的BeanDefinition用ScannedGenericBeanDefinition來表示。

AnnotatedGenericBeanDefinition

 public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        System.out.println(context.getBeanDefinition("appConfig").getClass());
    }

運行結果：

class org.springframework.beans.factory.annotation.AnnotatedGenericBeanDefinition

配置類的BeanDefinition用AnnotatedGenericBeanDefinition來表示。

ConfigurationClassBeanDefinition

public class AuthorService {
}

@Configuration
@ComponentScan
public class AppConfig {
    @Bean
    public AuthorService authorService() {
        return null;
    }
}

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
 System.out.println(context.getBeanDefinition("authorService").getClass());
    }

運行結果：

  class org.springframework.context.annotation.ConfigurationClassBeanDefinitionReader$ConfigurationClassBeanDefinition

用@Bean聲明的Bean的BeanDefinition用ConfigurationClassBeanDefinition來表示。

是不是完全沒想到，一個BeanDefinition可以牽涉到這麼多的內容，這些內容說沒用，確實沒什麼用；說有用，也有用。不明白這些內容，閱讀Spring源碼會比較懵逼，為什麼會有那麼多的BeanDefinition。這個時候，你就會卡殼，拚命的想弄懂這些BeanDefinition都是用來幹嘛的，但是網上關於BeanDefinition的部落格不算太多，比較好的部落格就更少了，希望此篇文章可以填充這塊空白。

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