Spring学习(一)：Spring的整体架构与容器的核心类

大大源码 • 2023年5月7日 pm10:20 • 其他

Spring的整体架构

Spring框架是一个分层架构，它包含一系列的功能要素，并被分为大约20个模块，如下图所示

Core Container

Core Container(核心容器)包含有Core、Beans、Context和Expression Language模块

Core和Beans模块是框架的基础部分，提供IoC(转控制)和依赖注入特性。这里的基础概念是BeanFactory，它提供对Factory模式的经典实现来消除对程序性单例模式的需要，并真正地允许你从程序逻辑中分离出依赖关系和配置

Core模块主要包含Spring框架基本的核心工具类
Beans模块是所有应用都要用到的，它包含访问配置文件、创建和管理bean以及进行Inversion of Control/Dependency Injection(Ioc/DI)操作相关的所有类
Context模块构建于Core和Beans模块基础之上，提供了一种类似于JNDI注册器的框架式的对象访问方法。Context模块继承了Beans的特性，为Spring核心提供了大量扩展，添加了对国际化(如资源绑定)、事件传播、资源加载和对Context的透明创建的支持。ApplicationContext接口是Context模块的关键
Expression Language模块提供了一个强大的表达式语言用于在运行时查询和操纵对象，该语言支持设置/获取属性的值，属性的分配，方法的调用，访问数组上下文、容器和索引器、逻辑和算术运算符、命名变量以及从Spring的IoC容器中根据名称检索对象

Spring-Core：核心工具类，Spring其他模块大量使用Spring-Core

Spring-Bean：Spring定义Bean的支持

Spring-Context：运行时Spring容器

Spring-Context-Support：Spring容器对第三方包的集成支持

Spring-Expression：使用表达式语言在运行时查询和操作对象

Data Access/Integration

JDBC模块提供了一个JDBC抽象层，它可以消除冗长的JDBC编码和解析数据库厂商特有的错误代码，这个模块包含了Spring对JDBC数据访问进行封装的所有类
ORM模块为流行的对象-关系映射API，如JPA、JDO、Hibernate、iBatis等，提供了一个交互层，利用ORM封装包，可以混合使用所有Spring提供的特性进行O/R映射，如前边提到的简单声明性事务管理

Spring-JDBC：提供以JDBC访问数据库的支持

Spring-TX：提供编程式和声明式的事务支持

Spring-ORM：提供对对象/关系映射技术的支持

Spring-OXM：提供对对象/xml映射技术的支持

Spring-JMS：提供对JMS的支持

Spring的事务管理支持所有的ORM框架和JDBC

Web

Web上下文模块建立在应用程序上下文模块之上，为基于Web的应用程序提供了上下文，所以Spring框架支持与Jakarta Struts的集成。Web模块还简化了处理多部分请求以及将请求参数绑定到域对象的工作。Web层包含了Web、Web-Servlet、Web-Struts和Web、Porlet模块

Web模块：提供了基础的面向Web的集成特性，例如，多文件上传、使用Servlet listeners初始化IoC容器以及一个面向Web的应用上下文，它还包含了Spring远程支持中Web的相关部分
Web-Servlet模块web.servlet.jar：该模块包含Spring的model-view-controller(MVC)实现，Spring的MVC框架使得模型范围内的代码和web forms之间能够清楚地分离开来，并与Spring框架的其他特性基础在一起
Web-Struts模块：该模块提供了对Struts的支持，使得类在Spring应用中能够与一个典型的Struts Web层集成在一起
Web-Porlet模块：提供了用于Portlet环境和Web-Servlet模块的MVC的实现

Spring-Web：提供基础的Web集成功能，在Web项目中提供Spring的容器

Spring-Webmvc：提供基于Servlet的Spring MVC

Spring-WebSocket：提供WebSocket功能

Spring-Webmvc-Portlet：提供Portlet环境支持

该模块还提供了与其他应用交互的远程调用方案。Spring远程调用功能集成了RMI（Remote Method Invocation远程方法调用）、Hessian、BurlapJAX-WS，同时Spring还自带HTTP invoker。

AOP

AOP模块提供了一个符合AOP联盟标准的面向切面编程的实现，它让你可以定义例如方法拦截器和切点，从而将逻辑代码分开，降低它们之间的耦合性，利用source-level的元数据功能，还可以将各种行为信息合并到你的代码中

Spring AOP模块为基于Spring的应用程序中的对象提供了事务管理服务，通过使用Spring AOP，不用依赖EJB组件，就可以将声明性事务管理集成到应用程序中

Spring-Aop：基于代理的AOP支持

Spring-Aspects：基于AspectJ的AOP支持

Test

Test模块支持使用Junit和TestNG对Spring组件进行测试

Spring为JNDI、Servlet和Portlet编写单元测试提供了一系列的mock对象

Spring的生态

Spring发展到现在已经不仅仅是Spring框架本身的内容，Spring目前提供了大量的基于Spring的项目，可以用来更深入地降低我们的开发难度，提高开发效率。

目前Spring的生态里主要有以下项目，我们可以根据自己项目的需要来选择使用相应的项目：

Spring Web Flow：基于Spring MVC提供基于向导流程式的Web应用开发

Spring Web Services：提供基于契约优先的WebService模型

Spring Security：通过认证和授权保护应用，声明式的安全机制

Spring Integration：通过消息机制对企业集成模式（EIP）的支持

Spring Batch：简化及优化大量数据的批处理操作

Spring Data：对主流的关系型和Nosql数据库的支持，为其持久化提供了简单的编程模型

Spring Social：于社交网络API（如Facebook、新浪微博等）的集成

Spring Mobile：提供对手机设备检测的功能，给不同的设备返回不同的页面的支持

Spring for Android：主要提供在Android上消费Restful API的功能

Spring Boot：使用默认开发配置来实现快捷开发

Spring XD：用来简化大数据应用开发

Spring Cloud：为分布式系统开发提供工具集

Spring HATEOAS：基于HATEOAS原则简化REST服务开发

Spring AMQP：对基于AMQP的消息的支持

Spring LDAP：简化LDAP开发

Spring Session：提供一个API及实现来管理用户会话信息

beans包的层级结构

beans包中的各个源码包的功能如下：

src/main/java 用于展现Spring的主要逻辑
src/main/resources 用于存放系统的配置文件
src/test/java 用于对主要逻辑进行单元测试
src/test/resources 用于存放测试用的配置文件

Spring容器成功启动需要以下三方面的条件同时具备：

Spring的类包必须已经放在Spring的类容器下面
应用程序应当为Spring提供完备的Bean的配置信息
Bean的类都已经放在Spring的类容器下面

Spring启动时读取应用程序提供的Bean的配置信息，并在Spring容器中生成一份相应的Bean的配置注册表，然后根据这张注册表来实例化Bean，装配好Bean之间的依赖关系，为上层应用提供准备就绪的运行环境。

bean的配置信息就是Bean的元数据信息，他由以下五个方面来组成：

Bean的实现类
Bean的属性信息比如：数据源的连接数，用户名和密码等等。
Bean的依赖关系 Spring根据依赖关系配置完成Bean之间的装配
Bean的行为配置比如：生命周期范围以及生命周期各个过程的回调函数等
Bean的创建方式定义主要说明是通过构造器还是工厂方法来构造Bean

接下来是他们之间的相互关系：

Ioc/DI

IoC 容器：最主要是完成了完成对象的创建和依赖的管理注入等等。

先从我们自己设计这样一个视角来考虑：

所谓控制反转，就是把原先我们代码里面需要实现的对象创建、依赖的代码，反转给容器来帮忙实现。那么必然的我们需要创建一个容器，同时需要一种描述来让容器知道需要创建的对象与对象的关系。这个描述最具体表现就是我们可配置的文件。

对象和对象关系怎么表示？

可以用xml，properties文件等语义化配置文件表示。

描述对象关系的文件存放在哪里？

可能是classpath，filesystem或者是URL 网络资源，servletContext 等。

不同的配置文件对对象的描述不一样，如标准的，自定义声明式的，如何统一？在内部需要有一个统一的关于对象的定义，所有外部的描述都必须转化成统一的描述定义。

如何对不同的配置文件进行解析？需要对不同的配置文件语法，采用不同的解析器

核心类介绍

1.BeanDefinition

SpringIOC容器管理了我们定义的各种Bean对象及其相互的关系，Bean对象在Spring实现中是以BeanDefinition来描述的，其继承体系如下：

Bean 的解析过程非常复杂，功能被分的很细，因为这里需要被扩展的地方很多，必须保证有足够的灵活性，以应对可能的变化。Bean 的解析主要就是对 Spring 配置文件的解析。

2.XmlBeanDefinitionReader

XML配置文件的读取是Spring中重要的功能，因为Spring的大部分功能都是以配置作为切入点的，可以从XmlBeanDefinitionReader中梳理一下资源文件读取、解析及注册的大致脉络，首先看看各个类的功能

ResourceLoader：定义资源加载器，主要应用于根据给定的资源文件地址返回对应的Resource
BeanDefinitionReader：主要定义资源文件读取并转换为BeanDefinition的各个功能
EnvironmentCapable：定义获取Environment方法
DocumentLoader：定义从资源文件加载到转换为Document的功能
AbstractBeanDefinitionReader：对EnvironmentCapable、BeanDefinitionReader类定义的功能进行实现
BeanDefinitionDocumentReader：定义读取Document并注册BeanDefinition功能
BeanDefinitionParserDelegate：定义解析Element的各种方法

整个XML配置文件读取的大致流程，在XmlBeanDefinitionReader中主要包含以下几步处理

(1)通过继承自AbstractBeanDefinitionReader中的方法，来使用ResourceLoader将资源文件路径转换为对应的Resource文件

（2）通过DocumentLoader对Resource文件进行转换，将Resource文件转换为Document文件

（3）通过实现接口BeanDefinitionDocumentReader的DefaultBeanDefinitionDocumentReader类对Document进行解析，并使用BeanDefinitionParserDelegate对Element进行解析

3.BeanFactory

Spring Bean的创建是典型的工厂模式，这一系列的Bean工厂，也即IOC容器为开发者管理对象间的依赖关系提供了很多便利和基础服务，在Spring中有许多的IOC容器的实现供用户选择和使用，其相互关系如下：

BeanFactory作为最顶层的一个接口类，它定义了IOC容器的基本功能规范，BeanFactory 有三个子类：ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory和AutowireCapableBeanFactory。默认实现类是 DefaultListableBeanFactory，他实现了所有的接口。那为何要定义这么多层次的接口呢？查阅这些接口的源码和说明发现，每个接口都有他使用的场合，它主要是为了区分在 Spring 内部在操作过程中对象的传递和转化过程中，对对象的数据访问所做的限制。

ListableBeanFactory 接口表示这些 Bean 是可列表的，
HierarchicalBeanFactory 表示的是这些 Bean 是有继承关系的，也就是每个Bean 有可能有父 Bean。
AutowireCapableBeanFactory 接口定义 Bean 的自动装配规则。

这四个接口共同定义了 Bean 的集合、Bean 之间的关系、以及 Bean 行为.

最基本的IOC容器接口BeanFactory

public interface BeanFactory {    
   
 //对FactoryBean的转义定义，因为如果使用bean的名字检索FactoryBean得到的对象是工厂生成的对象，    
     //如果需要得到工厂本身，需要转义           
  String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&"; 
      
     //根据bean的名字，获取在IOC容器中得到bean实例    
    Object getBean(String name) throws BeansException;    
    
     //根据bean的名字和Class类型来得到bean实例，增加了类型安全验证机制。    
      Object getBean(String name, Class requiredType) throws BeansException;    
     
     //提供对bean的检索，看看是否在IOC容器有这个名字的bean    
      boolean containsBean(String name);    
     
     //根据bean名字得到bean实例，并同时判断这个bean是不是单例    
     boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;    
     
     //得到bean实例的Class类型    
     Class getType(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;    
     
     //得到bean的别名，如果根据别名检索，那么其原名也会被检索出来    
    String[] getAliases(String name);    
     
 }

在BeanFactory里只对IOC容器的基本行为作了定义，根本不关心你的bean是如何定义怎样加载的。正如我们只关心工厂里得到什么的产品对象，至于工厂是怎么生产这些对象的，这个基本的接口不关心。

DefaultListableBeanFactory

DefaultListableBeanFactory是整个bean加载的核心部分，是Spring注册及加载bean的默认实现，而对于XmlBeanFactory与DefaultListableBeanFactory不同的地方其实是在XmlBeanFactory中使用了自定义的XML读取器XmlBeanDefinitionReader，实现了个性化的BeanDefinitionReader读取，DefaultListableBeanFactory继承了AbstractAutowireCapableBeanFactory并实现了ConfigURableListableBeanFactory以及BeanDefinitionRegistry接口。以下是ConfigURationListableBeanFactory的层次结构图以下相关类图

类图中各个类的作用：

AliasRegistry：定义对alias的简单增删改等操作
SimpleAliasRegistry：主要使用map作为alias的缓存，并对接口AliasRegistry进行实现
SingletonBeanRegistry：定义对单例的注册及获取
BeanFactory：定义获取bean及bean的各种属性
DefaultSingletonBeanRegistry：对接口SingletonBeanRegistry各函数的实现
HierarchicalBeanFactory：继承BeanFactory，也就是在BeanFactory定义的功能的基础上增加了对parentFactory的支持
BeanDefinitionRegistry：定义对BeanDefinition的各种增删改操作
FactoryBeanRegistrySupport：在DefaultSingletonBeanRegistry基础上增加了对FactoryBean的特殊处理功能
ConfigurableBeanFactory：提供配置Factory的各种方法
ListableBeanFactory：根据各种条件获取bean的配置清单
AbstractBeanFactory：综合FactoryBeanRegistrySupport和ConfigurationBeanFactory的功能
AutowireCapableBeanFactory：提供创建bean、自动注入、初始化以及应用bean的后处理器
AbstractAutowireCapableBeanFactory：综合AbstractBeanFactory并对接口AutowireCapableBeanFactory进行实现
ConfigurableListableBeanFactory：BeanFactory配置清单，指定忽略类型及接口等
DefaultListableBeanFactory：综合上面所有功能，主要是对Bean注册后的处理

XmlBeanFactory对DefaultListableBeanFactory类进行了扩展，主要用于从XML文档中读取BeanDefinition，对于注册及获取Bean都是使用从父类DefaultListableBeanFactory继承的方法去实现，而唯独与父类不同的个性化实现就是增加了XmlBeanDefinitionReader类型的reader属性。在XmlBeanFactory中主要使用reader属性对资源文件进行读取和注册

4.FileSystemApplicationContext