天涯头条

简单上手SpringBean的整个装配过程

2024-05-15 17:21 由 落叶微风 发表于 #后端开发

你好，这里是codetrend专栏“Spring6全攻略”。

典型的企业级应用程序并非仅由单个对象（在Spring术语中称为bean）组成。即使是最简单的应用程序，也会包含一些协同工作的对象，共同呈现出终端用户眼中连贯一致的应用程序形态。

以下mermaid流程图简单展示了Spring工作过程。

graph LR A[业务类POJO] --> C[Spring容器ApplicationContext] B[配置元数据Configuration Metadata] --> C C --产生--> D[可执行的系统/应用程序]

业务类与配置元数据相结合，使得在Spring容器ApplicationContext被创建并初始化后，得到的是一个完全配置好且可执行的系统或应用程序。

下文将从定义一系列独立的bean定义出发，进而构建出一个对象间相互协作以达成目标的完全成型的应用程序。

配置元数据 Configuration Metadata

Spring IoC 容器通过消费一种形式的配置元数据。这些配置元数据代表了您作为应用程序开发者告诉 Spring 容器如何实例化、配置和组装应用程序中的对象。

配置元数据方式如下：

  • 基于 XML 格式配置
  • 基于 Groovy 格式配置
  • 基于Java类和注解进行配置

虽然配置的形式不一样，但是配置内容和api基本一样的。

以下是基于 XML 格式、Groovy 格式和 Java 类与注解的方式来配置 Spring IoC 容器的示例：

  • 基于 XML 格式配置：
<!-- applicationContext.xml -->
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
           http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">

    <bean id="userService" class="com.example.UserService">
        <property name="userDao" ref="userDao"/>
    </bean>

    <bean id="userDao" class="com.example.UserDao"/>

</beans>
  • 基于 Groovy 格式配置：
// applicationContext.groovy
beans {
    userService(com.example.UserService) {
        userDao = ref('userDao')
    }

    userDao(com.example.UserDao)
}
  • 基于 Java 类和注解进行配置：
// AppConfig.java
@Configuration
public class AppConfig {

    @Bean
    public UserService userService() {
        UserService userService = new UserService();
        userService.setUserDao(userDao());
        return userService;
    }

    @Bean
    public UserDao userDao() {
        return new UserDao();
    }
}

以上示例分别展示了使用 XML、Groovy 和 Java 类与注解的方式来配置 Spring IoC 容器。无论使用哪种配置方式，都可以定义和组装应用程序中的对象，并且相应的 API 在实现上基本一致。

这三种配置方式各有优劣，开发者可以根据项目需求和个人喜好选择合适的方式。

Ioc容器使用初体验

Ioc容器在Spring6框架中也就是各种BeanFactory的实现类来创建和管理对象。

ClassPathXmlApplicationContext就是通过读取xml配置初始化bean的一种方法。

启动类的代码如下：

/**
 * 宠物测试app
 * @author nine
 * @since 1.0
 */
public class PetApp {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个类路径下的XML应用上下文，并指定配置文件
        ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("s104/services.xml", "s104/daos.xml");
        // 从上下文中获取名为"petStore"的bean，其类型为PetStoreServiceImpl，其中petStoreAlias是别名
        PetStoreService petStoreService = context.getBean("petStoreAlias", PetStoreServiceImpl.class);
        // 调用获取的bean的buyPet方法
        petStoreService.buyPet(new Pet("Tom", "Cat",1));
    }
}

bean的配置如下：

<!-- daos.xml -->
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
  https://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">

    <bean id="accountDao"
          class="io.yulin.learn.spring.s104.AccountDao">
    </bean>

    <bean id="itemDao" class="io.yulin.learn.spring.s104.ItemDao">
    </bean>
</beans>

<!-- services.xml -->
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans
  https://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">
    <!-- services -->
    <bean id="petStore" class="io.yulin.learn.spring.s104.PetStoreServiceImpl" >
        <property name="accountDao" ref="accountDao"/>
        <property name="itemDao" ref="itemDao"/>
    </bean>
    <!--命名别名-->
    <alias name="petStore" alias="petStoreAlias" />
</beans>

对应bean如下。其中这些bean也就是简单的业务bean。

@Slf4j
@Data
public class PetStoreServiceImpl implements PetStoreService {
    private  AccountDao accountDao;
    private  ItemDao itemDao;
    @Override
    public boolean buyPet(Pet pet) {
        log.info("buy pet: {}", pet);
        accountDao.store(pet);
        itemDao.minus(pet);
        return true;
    }
}

@Slf4j
public class ItemDao {
    public void minus(Pet pet) {
        log.info("minus pet num: {}", pet.getNum());
    }
}

@Slf4j
public class AccountDao {
    public void store(Pet pet) {
        log.info("增加收入: {}", pet);
    }
}

这个过程与开发者编写工具类一样，没有任何注解、导入依赖这些配置。习惯使用springboot的开发者可能对此表示有点不习惯。

但是xml元数据配置+BeanFactory一起，就组合成了一个单独的app。运行起来就和springboot无异。

讲上述代码修改为基于Java类和注解进行配置的代码如下。

public class PetAppJavaConfig {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个基于 Java Config 的应用上下文
        ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
        // 从上下文中获取名为"petStoreService"的bean，其类型为PetStoreService
        PetStoreService petStoreService = context.getBean(PetStoreService.class);
        // 调用获取的bean的buyPet方法
        petStoreService.buyPet(new Pet("Tom", "Cat", 1));
    }
}
@Configuration
class AppConfig {
    @Bean
    public PetStoreService petStoreService(AccountDao accountDao, ItemDao itemDao) {
        PetStoreServiceImpl petStoreService = new PetStoreServiceImpl();
        petStoreService.setAccountDao(accountDao);
        petStoreService.setItemDao(itemDao);
        return petStoreService;
    }
    @Bean
    public AccountDao accountDao() {
        return new AccountDao();
    }
    @Bean
    public ItemDao itemDao() {
        return new ItemDao();
    }
}

可以看出代码简洁明了不少，代码输出结果都是一致的。

11:38:11.646 [main] INFO io.yulin.learn.spring.s104.PetStoreServiceImpl -- buy pet: Pet(name=Tom, type=Cat, num=1)
11:38:11.653 [main] INFO io.yulin.learn.spring.s104.AccountDao -- 增加收入: Pet(name=Tom, type=Cat, num=1)
11:38:11.653 [main] INFO io.yulin.learn.spring.s104.ItemDao -- minus pet num: 1

完整项目源码信息查看可以在gitee或者github上搜索r0ad查看。（外链审核太严格~木办法）

配置Bean初体验

Spring IoC容器管理一个或多个bean。这些bean是根据您提供给容器的配置元数据创建的（例如，以XML <bean/> 定义的形式）。

在容器内部，bean 定义被表示为 BeanDefinition 对象，其中包含（除其他信息外）以下元数据：

  • 一个包限定的类名：通常是所定义的 bean 的实际实现类。
  • Bean 行为配置元素，用于说明 bean 在容器中应如何运行（作用域、生命周期回调等）。
  • 引用其他 bean，这些 bean 是该 bean 执行工作所需的。这些引用也称为协作者或依赖项。
  • 其他配置设置用于设置新创建对象中的值，例如，管理连接池的 bean 中的池大小限制或要使用的连接数。

/**
 * 说明备案definition的例子
 *
 * @author nine
 * @since 1.0
 */
public class BeanDefinitionProcessDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // ️GenericApplicationContext 是一个【干净】的容器
        GenericApplicationContext context = new GenericApplicationContext();
        // 用原始方法注册三个 bean
        context.registerBean("bean1", Bean1.class);
        // 初始化容器
        // 执行beanFactory后处理器, 添加bean后处理器, 初始化所有单例
        context.refresh();
        Bean1 bean = context.getBean(Bean1.class);
        bean.print();
        // 销毁容器
        context.close();
    }
}

@Slf4j
class Bean1 {
    public void print() {
        log.info("I am bean1");
    }
}

通过这个代码可以发现，Bean1在调用registerBean接口后从一个普通的pojo类变成了一个bean。

org.springframework.context.support.GenericApplicationContext#registerBean为了方便使用有很多重载方法。

通过源码可以发现，普通类通过ClassDerivedBeanDefinition的构造函数转换为BeanDefinition。也就是该class通过setBeanClass成为BeanDefinition的属性beanClass。

后续通过一些列操作，自定义、名字处理、注册容器等等添加了其他的属性信息或者进行二次处理。

具体源码如下。

public <T> void registerBean(@Nullable String beanName, Class<T> beanClass, @Nullable Supplier<T> supplier, BeanDefinitionCustomizer... customizers) {
    // 创建一个 ClassDerivedBeanDefinition 对象，用于封装 Bean 的定义信息
    ClassDerivedBeanDefinition beanDefinition = new ClassDerivedBeanDefinition(beanClass);

    // 如果存在 supplier，则设置到 BeanDefinition 中
    if (supplier != null) {
        beanDefinition.setInstanceSupplier(supplier);
    }

    // 对 BeanDefinition 进行定制处理
    for (BeanDefinitionCustomizer customizer : customizers) {
        customizer.customize(beanDefinition);
    }

    // 如果指定了 beanName，则使用指定的名称，否则使用 beanClass 的名称
    String nameToUse = (beanName != null ? beanName : beanClass.getName());

    // 将封装好的 BeanDefinition 注册到容器中
    registerBeanDefinition(nameToUse, beanDefinition);
}

bean的生命周期回调

Spring6 中 Bean 的生命周期可以通过 InitializingBean 和 DisposableBean 接口、@PostConstruct 和 @PreDestroy 注解以及配置文件中的 init-method 和 destroy-method 方法来管理。

把上面手动注入的bean的demo修改，增加实现 Bean 的初始化和销毁回调：

public class BeanDefinitionProcessDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // GenericApplicationContext 是一个干净的容器
        GenericApplicationContext context = new GenericApplicationContext();
        // 用原始方法注册 bean1，并指定初始化和销毁方法
        context.registerBean("bean1", Bean1.class, Bean1::new, beanDefinition -> {
            beanDefinition.setInitMethodName("init");
            beanDefinition.setDestroyMethodName("destroy");
        });
        // 初始化容器
        context.refresh();
        Bean1 bean = context.getBean(Bean1.class);
        bean.print();
        // 销毁容器
        context.close();
    }
}

@Slf4j
class Bean1 {
    public void print() {
        log.info("I am bean1");
    }
    public void init() {
        log.info("Bean1 is being initialized");
    }
    public void destroy() {
        log.info("Bean1 is being destroyed");
    }
}

通过输出可以发现，bean1的初始化和销毁回调被调用了。

15:14:23.631 [main] INFO io.yulin.learn.spring.s104.Bean1 -- Bean1 is being initialized
15:14:23.669 [main] INFO io.yulin.learn.spring.s104.Bean1 -- I am bean1
15:14:23.670 [main] INFO io.yulin.learn.spring.s104.Bean1 -- Bean1 is being destroyed

把整个过程改为更熟悉的基于注解驱动开发的方式，代码如下。

import jakarta.annotation.PostConstruct;
import jakarta.annotation.PreDestroy;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;

/**
 * 通过注解方式配置Bean
 * @author nine
 * @since 1.0
 */
public class BeanDefinitionProcessAnnotationDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext();
        context.register(BeanAnnotation1.class);
        context.refresh();

        BeanAnnotation1 bean = context.getBean(BeanAnnotation1.class);
        bean.print();
        context.close();
    }
}

@Slf4j
class BeanAnnotation1 {
    public void print() {
        log.info("I am BeanAnnotation1");
    }

    @PostConstruct
    public void init() {
        log.info("BeanAnnotation1 is being initialized");
    }

    @PreDestroy
    public void destroy() {
        log.info("BeanAnnotation1 is being destroyed");
    }
}

输出结果基本一致的。

通过这个转换过程可以更能清晰的发现，Spring如何从基于xml配置、Java配置、注解配置的转换。也能更加深刻体会到Spring的强大兼容性。

实例化Bean

需要使用bean就必须实例化这个类，最简单的方式就是new 一个对象。

但是在Spring6框架中提供了更多的配置来实现实例化bean。

如果使用基于XML的配置元数据，可以在<bean/>元素的class属性中指定要实例化的对象的类型（或类）。

这个class属性（在BeanDefinition实例上内部是一个Class属性）通常是必需的。

使用Class属性的两种方式之一：

  • 通常情况下，为了指定要构造的bean类，在容器本身通过调用其构造函数反射性地直接创建bean的情况下，类似于使用new运算符的Java代码。
  • 在较不常见的情况下，为了指定包含静态工厂方法的实际类，容器调用该类上的静态工厂方法来创建bean。从调用静态工厂方法返回的对象类型可以是相同的类，也可以是完全不同的类。

构造器实例化bean

当通过构造函数方式创建一个bean时，所有普通类都可以被Spring使用并与之兼容。

也就是说，正在开发的类不需要实现任何特定的接口或以特定方式编码。只需指定bean类即可。

然而，根据为该特定bean使用的IoC类型，可能需要一个默认（空）构造函数。

Spring IoC容器可以管理几乎任何希望它管理的类。它不局限于管理真正的JavaBeans。

大多数Spring用户更喜欢具有仅默认（无参数）构造函数。

Spring容器还可以管理非bean的类。例如，如果需要使用不符合JavaBean规范的传统连接池，Spring也可以进行管理。

下面通过一个例子说明基于构造器实例化bean的例子。

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

/**
 * SpringBean创建demo
 *
 * @author nine
 * @since 1.0
 */
public class SpringBeanCreateDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个基于 Java Config 的应用上下文
        ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppCreateConfig.class);
        // 从上下文中获取名bean，其类型为PetStoreService
        MyClass bean = context.getBean(MyClass.class);
        // 调用获取的bean的方法
        bean.hello("jack");
    }
}

@Configuration
@Slf4j
class AppCreateConfig {
    @Bean
    public MyClass exampleBean() {
        return new MyClass("exampleConstructorArg");
    }
}

@Slf4j
class MyClass {
    public MyClass(String constructorArg) {
        log.info(constructorArg);
    }

    public void hello(String name) {
        log.info("hello " + name);
    }
}

输出结果如下。可以看到MyClass类被正确初始化和被IoC容器管理。

09:44:57.211 [main] INFO io.yulin.learn.spring.s104.MyClass -- exampleConstructorArg
09:44:57.262 [main] INFO io.yulin.learn.spring.s104.MyClass -- hello jack

静态工厂方法实例化bean

在定义使用静态工厂方法创建的bean时，使用class属性指定包含静态工厂方法的类，并使用名为factory-method的属性指定工厂方法本身的名称。

应该能够调用这个方法（带有可选参数，如后面所述），并返回一个活动对象，随后将其视为通过构造函数创建的对象。

这样一个bean定义的用途之一是在遗留代码中调用静态工厂。

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

/**
 * SpringBean创建demo
 *
 * @author nine
 * @since 1.0
 */
public class SpringBeanFactoryMethodCreateDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个基于 Java Config 的应用上下文
        ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppFactoryConfig.class);
        // 从上下文中获取名bean，其类型为PetStoreService
        AppFactoryConfig.MyBean bean = context.getBean(AppFactoryConfig.MyBean.class);
        // 调用获取的bean的方法
        bean.hello();
    }
}

@Slf4j
@Configuration
class AppFactoryConfig {

    @Bean
    public MyBean myBean() {
        // 调用带有可选参数的静态工厂方法创建 bean
        return MyBeanFactory.createBean("Tom");
    }

    static class MyBean {
        private String name;

        public MyBean(String name) {
            this.name = name;
        }

        public void hello() {
            log.info("Hello, " + name);
        }
    }

    static class MyBeanFactory {
        public static MyBean createBean(String parameter) {
            return new MyBean(parameter);
        }
    }
}

通过实例工厂方法实例化bean

类似于通过静态工厂方法进行实例化，使用实例工厂方法进行实例化会调用容器中现有 bean 的非静态方法来创建一个新的 bean。

要使用这种机制，将class属性留空，在factory-bean属性中指定当前（或父级或祖先）容器中包含要被调用以创建对象的实例方法的 bean 的名称。

使用factory-method属性设置工厂方法本身的名称。

这个例子是基于java config来实现的。

可以发现MyBean通过现有名为MyBeanFactory的bean来创建的。

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;

@Configuration
public class AppBeanCreateConfig {
    @Bean
    public MyBeanFactory myBeanFactory() {
        return new MyBeanFactory();
    }

    @Bean
    public MyBean myBean(MyBeanFactory myBeanFactory) {
        // 调用实例工厂方法创建 bean
        return myBeanFactory.createBean("optionalParameter");
    }

    static class MyBean {
        private String name;

        public MyBean(String name) {
            this.name = name;
        }

        public void hello() {
            System.out.println("Hello, " + name);
        }
    }

    static class MyBeanFactory {
        public MyBean createBean(String parameter) {
            return new MyBean(parameter);
        }
    }
}

确定Bean的运行时类型

确定Spring框架中一个特定bean的运行时类型确实需要考虑到多种复杂情况。

在bean元数据定义中指定的类只是一个初始类引用，可能与声明的工厂方法结合，或者是一个可能导致bean具有不同运行时类型的FactoryBean类，或者在实例级工厂方法的情况下根本没有设置（这是通过指定的工厂-bean 名称来解析的）。

此外，AOP代理可能会用基于接口的代理包装一个bean实例，只暴露目标bean的实际类型（仅暴露其实现的接口）。

查找特定bean的实际运行时类型的推荐方法是使用BeanFactory.getType调用指定的bean名称。

这考虑了上述所有情况，并返回BeanFactory.getBean调用将为相同的bean名称返回的对象类型。

以上面的通过实例工厂方法实例化bean为例说明使用BeanFactory.getType。

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableListableBeanFactory;
import org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext;

@Slf4j
public class BeanRunTimeTypeTest {

    @Test
    public void test() {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppBeanCreateConfig.class);
        // 获取 BeanFactory 实例
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = context.getBeanFactory();
        // 使用 BeanFactory.getType 方法获取特定 bean 的运行时类型
        Class<?> beanType = beanFactory.getType("myBean");
        log.info("The runtime type of 'myBean' is: " + beanType.getName());
        // 使用 BeanFactory.getBean 方法获取特定 bean 的实例对象
        AppBeanCreateConfig.MyBean myBeanInstance = (AppBeanCreateConfig.MyBean) beanFactory.getBean("myBean");
        myBeanInstance.hello();
        // 关闭应用上下文
        context.close();
    }
}

输出结果如下。可以看到实例工厂方法没有设置class，但是运行时类型为MyBean。

10:51:25.111 [main] INFO io.yulin.learn.spring.s104.BeanRunTimeTypeTest -- The runtime type of 'myBean' is: io.yulin.learn.spring.s104.AppBeanCreateConfig$MyBean
Hello, optionalParameter

BeanFactory.getType()一些常见用途：

  • 类型检查：通过调用 getType() 方法，可以获取特定 bean 的实际类型，并根据这些类型信息执行相应的操作。这对于在运行时进行类型检查和验证非常有用。
  • 动态处理：在某些情况下，您可能需要根据 bean 的类型来动态地决定如何处理该 bean。通过 getType() 方法可以获取 bean 的类型信息，并根据需要执行相应的处理逻辑。
  • 条件化配置：在 Spring 应用程序中，有时根据 bean 的类型来进行条件化的配置会很有用。通过 getType() 方法可以获取 bean 的类型，从而根据不同的类型执行不同的配置。
  • 自定义逻辑：某些情况下，可能需要根据 bean 的类型来编写特定的业务逻辑。通过 getType() 方法可以获取 bean 的准确类型信息，并在代码中编写相应的逻辑。

关于作者

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