【转】Spring框架深入理解

参考这篇文章：

http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-spring-principle/

Spring内部分为Beans, Context 和 Core。

再来一个来自（Link）的图：

Spring 框架是一个分层架构，由 7 个定义良好的模块组成。Spring 模块构建在核心容器之上，核心容器定义了创建、配置和管理 bean 的方式

Spring 的设计理念

前面介绍了 Spring 的三个核心组件，如果再在它们三个中选出核心的话，那就非 Beans 组件莫属了，为何这样说，其实 Spring 就是面向 Bean 的编程（BOP,Bean Oriented Programming），Bean 在 Spring 中才是真正的主角。

核心组件如何协同工作

前面说 Bean 是 Spring 中关键因素，那 Context 和 Core 又有何作用呢？前面吧 Bean 比作一场演出中的演员的话，那 Context 就是这场演出的舞台背景，而 Core 应该就是演出的道具了。

Context 就是一个 Bean 关系的集合，这个关系集合又叫 Ioc 容器，一旦建立起这个 Ioc 容器后 Spring 就可以为你工作了。那 Core 组件又有什么用武之地呢？其实 Core 就是发现、建立和维护每个 Bean 之间的关系所需要的一些列的工具，从这个角度看来，Core 这个组件叫 Util 更能让你理解。

核心组件详解

Bean 组件

Bean 组件在 Spring 的 org.springframework.beans 包下。这个包下的所有类主要解决了三件事：Bean 的定义、Bean 的创建以及对 Bean 的解析。对 Spring 的使用者来说唯一需要关心的就是 Bean 的创建，其他两个由 Spring 在内部帮你完成了，对你来说是透明的。

Spring Bean 的创建时典型的工厂模式，他的顶级接口是 BeanFactory

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。例如 ListableBeanFactory 接口表示这些 Bean 是可列表的，而 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。

BeanDefinition主要有 BeanDefinition 描述，如下图说明了这些类的层次关系：

Bean 的定义就是完整的描述了在 Spring 的配置文件中你定义的 <bean/> 节点中所有的信息，包括各种子节点。当 Spring 成功解析你定义的一个 <bean/> 节点后，在 Spring 的内部他就被转化成 BeanDefinition 对象。以后所有的操作都是对这个对象完成的。

Bean 的解析主要就是对 Spring 配置文件的解析。这个解析过程主要通过下图中的类完成：

Bean的解析类：

Context 组件

Context 在 Spring 的 org.springframework.context 包下，前面已经讲解了 Context 组件在 Spring 中的作用，他实际上就是给 Spring 提供一个运行时的环境，用以保存各个对象的状态。下面看一下这个环境是如何构建的。

ApplicationContext 是 Context 的顶级父类，他除了能标识一个应用环境的基本信息外，他还继承了五个接口，这五个接口主要是扩展了 Context 的功能。下面是 Context 的类结构图：

从上图中可以看出 ApplicationContext 继承了 BeanFactory，这也说明了 Spring 容器中运行的主体对象是 Bean，另外 ApplicationContext 继承了 ResourceLoader 接口，使得 ApplicationContext 可以访问到任何外部资源，这将在 Core 中详细说明。

ApplicationContext 的子类主要包含两个方面：

ConfigurableApplicationContext 表示该 Context 是可修改的，也就是在构建 Context 中用户可以动态添加或修改已有的配置信息，它下面又有多个子类，其中最经常使用的是可更新的 Context，即 AbstractRefreshableApplicationContext 类。
WebApplicationContext 顾名思义，就是为 web 准备的 Context 他可以直接访问到 ServletContext，通常情况下，这个接口使用的少。

总体来说 ApplicationContext 必须要完成以下几件事：

标识一个应用环境
利用 BeanFactory 创建 Bean 对象
保存对象关系表
能够捕获各种事件

Context 作为 Spring 的 Ioc 容器，基本上整合了 Spring 的大部分功能，或者说是大部分功能的基础。

Core 组件

Core 组件作为 Spring 的核心组件，他其中包含了很多的关键类，其中一个重要组成部分就是定义了资源的访问方式。这种把所有资源都抽象成一个接口的方式很值得在以后的设计中拿来学习。

下图是 Resource 相关的类结构图：

从上图可以看出 Resource 接口封装了各种可能的资源类型，也就是对使用者来说屏蔽了文件类型的不同。

我们看到 Resource 接口继承了 InputStreamSource 接口，这个接口中有个 getInputStream 方法，返回的是 InputStream 类。这样所有的资源都被可以通过 InputStream 这个类来获取，所以也屏蔽了资源的提供者。

另外还有一个问题就是加载资源的问题，也就是资源的加载者要统一，从上图中可以看出这个任务是由 ResourceLoader 接口完成，他屏蔽了所有的资源加载者的差异，只需要实现这个接口就可以加载所有的资源，他的默认实现是 DefaultResourceLoader。

下面看一下 Context 和 Resource 是如何建立关系的？首先看一下他们的类关系图：

从上图可以看出，Context 是把资源的加载、解析和描述工作委托给了 ResourcePatternResolver 类来完成，他相当于一个接头人，他把资源的加载、解析和资源的定义整合在一起便于其他组件使用。

Ioc 容器如何工作

如何创建 BeanFactory 工厂

正如图 2 描述的那样，Ioc 容器实际上就是 Context 组件结合其他两个组件共同构建了一个 Bean 关系网，如何构建这个关系网？构建的入口就在 AbstractApplicationContext 类的 refresh 方法中。这个方法的代码如下：

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {

    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {

        // Prepare this context for refreshing.

        prepareRefresh();

        // Tell the subclass to refresh the internal bean factory.

        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

        // Prepare the bean factory for use in this context.

        prepareBeanFactory(beanFactory);

        try {

            // Allows post-processing of the bean factory in context subclasses.

            postProcessBeanFactory(beanFactory);

            // Invoke factory processors registered as beans in the context.

            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

            // Register bean processors that intercept bean creation.

            registerBeanPostProcessors(beanFactory);

            // Initialize message source for this context.

            initMessageSource();

            // Initialize event multicaster for this context.

            initApplicationEventMulticaster();

            // Initialize other special beans in specific context subclasses.

            onRefresh();

            // Check for listener beans and register them.

            registerListeners();

            // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.

            finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

            // Last step: publish corresponding event.

            finishRefresh();

        }

        catch (BeansException ex) {

            // Destroy already created singletons to avoid dangling resources.

            destroyBeans();

            // Reset 'active' flag.

            cancelRefresh(ex);

            // Propagate exception to caller.

            throw ex;

        }

    }

}

这个方法就是构建整个 Ioc 容器过程的完整的代码，了解了里面的每一行代码基本上就了解大部分 Spring 的原理和功能了。

这段代码主要包含这样几个步骤：

构建 BeanFactory，以便于产生所需的“演员”
注册可能感兴趣的事件
创建 Bean 实例对象
触发被监听的事件

BeanFactory 的原始对象是 DefaultListableBeanFactory，这个非常关键，因为他设计到后面对这个对象的多种操作.

创建 BeanFactory 时序图

解析和登记 Bean 对象时序图

如何创建 Bean 实例并构建 Bean 的关系网

Bean 的实例化代码，是从 finishBeanFactoryInitialization 方法开始的。

AbstractApplicationContext.finishBeanFactoryInitialization

protected void finishBeanFactoryInitialization(

    ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) { 

    // Stop using the temporary ClassLoader for type matching.

    beanFactory.setTempClassLoader(null); 

    // Allow for caching all bean definition metadata, not expecting further changes.

    beanFactory.freezeConfiguration(); 

    // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.

    beanFactory.preInstantiateSingletons();

}

从上面代码中可以发现 Bean 的实例化是在 BeanFactory 中发生的。preInstantiateSingletons 方法的代码如下：

DefaultListableBeanFactory.preInstantiateSingletons

public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {

    if (this.logger.isInfoEnabled()) {

        this.logger.info("Pre-instantiating singletons in " + this);

    }

    synchronized (this.beanDefinitionMap) {

        for (String beanName : this.beanDefinitionNames) {

            RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);

            if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton()

                && !bd.isLazyInit()) {

                if (isFactoryBean(beanName)) {

                    final FactoryBean factory =

                        (FactoryBean) getBean(FACTORY_BEAN_PREFIX+ beanName);

                    boolean isEagerInit;

                    if (System.getSecurityManager() != null

                        && factory instanceof SmartFactoryBean) {

                        isEagerInit = AccessController.doPrivileged(

                            new PrivilegedAction<Boolean>() {

                            public Boolean run() {

                                return ((SmartFactoryBean) factory).isEagerInit();

                            }

                        }, getAccessControlContext());

                    }

                    else {

                        isEagerInit = factory instanceof SmartFactoryBean

                            && ((SmartFactoryBean) factory).isEagerInit();

                    }

                    if (isEagerInit) {

                        getBean(beanName);

                    }

                }

                else {

                    getBean(beanName);

                }

            }

        }

    }

}

这里出现了一个非常重要的 Bean —— FactoryBean，可以说 Spring 一大半的扩展的功能都与这个 Bean 有关，这是个特殊的 Bean 他是个工厂 Bean，可以产生 Bean 的 Bean，这里的产生 Bean 是指 Bean 的实例，如果一个类继承 FactoryBean 用户可以自己定义产生实例对象的方法只要实现他的 getObject 方法。然而在 Spring 内部这个 Bean 的实例对象是 FactoryBean，通过调用这个对象的 getObject 方法就能获取用户自定义产生的对象，从而为 Spring 提供了很好的扩展性。Spring 获取 FactoryBean 本身的对象是在前面加上 & 来完成的。

如何创建 Bean 的实例对象以及如何构建 Bean 实例对象之间的关联关系式 Spring 中的一个核心关键，下面是这个过程的流程图。

Bean 实例创建流程图

如果是普通的 Bean 就直接创建他的实例，是通过调用 getBean 方法。下面是创建 Bean 实例的时序图：

还有一个非常重要的部分就是建立 Bean 对象实例之间的关系，这也是 Spring 框架的核心竞争力，何时、如何建立他们之间的关系请看下面的时序图：

Bean 对象关系建立

Spring 能为我们做什么，Spring 的 Ioc 容器又能做什么呢？我们使用 Spring 必须要首先构建 Ioc 容器，没有它 Spring 无法工作，ApplicatonContext.xml 就是 Ioc 容器的默认配置文件，Spring 的所有特性功能都是基于这个 Ioc 容器工作的，比如后面要介绍的 AOP。

Spring 中 AOP 特性详解

动态代理的实现原理

要了解 Spring 的 AOP 就必须先了解的动态代理的原理，因为 AOP 就是基于动态代理实现的。动态代理还要从 JDK 本身说起。

在 Jdk 的 java.lang.reflect 包下有个 Proxy 类，它正是构造代理类的入口。方法 newProxyInstance 就是创建代理对象的方法。

这个方法需要三个参数：ClassLoader，用于加载代理类的 Loader 类，通常这个 Loader 和被代理的类是同一个 Loader 类。Interfaces，是要被代理的那些那些接口。InvocationHandler，就是用于执行除了被代理接口中方法之外的用户自定义的操作，他也是用户需要代理的最终目的。用户调用目标方法都被代理到 InvocationHandler 类中定义的唯一方法 invoke 中。

下面还是看看 Proxy 如何产生代理类的过程，他构造出来的代理类到底是什么样子？

图 17. 创建代理对象时序图

其实从上图中可以发现正在构造代理类的是在 ProxyGenerator 的 generateProxyClass 的方法中。

假如有这样一个接口，如下：

清单 . SimpleProxy 类

public interface SimpleProxy { 

    public void simpleMethod1(); 

    public void simpleMethod2(); 

}

代理来生成的类结构如下：

清单 . $Proxy2 类

public class $Proxy2 extends java.lang.reflect.Proxy implements SimpleProxy{

    java.lang.reflect.Method m0;

    java.lang.reflect.Method m1;

    java.lang.reflect.Method m2;

    java.lang.reflect.Method m3;

    java.lang.reflect.Method m4; 

    int hashCode();

    boolean equals(java.lang.Object);

    java.lang.String toString();

    void simpleMethod1();

    void simpleMethod2();

}

这个类中的方法里面将会是调用 InvocationHandler 的 invoke 方法，而每个方法也将对应一个属性变量，
这个属性变量 m 也将传给 invoke 方法中的 Method 参数。整个代理就是这样实现的。

Spring AOP 如何实现

下面是 Spring 创建的代理对象的时序图：

Spring 代理对象的产生

Spring 是如何调用拦截器的，下面是这个过程的时序图：

Spring 调用拦截器

以上所说的都是 Jdk 动态代理，Spring 还支持一种 CGLIB 类代理，略。

Spring 中设计模式分析

代理模式原理

代理模式就是给某一个对象创建一个代理对象，而由这个代理对象控制对原对象的引用，而创建这个代理对象就是可以在调用原对象是可以增加一些额外的操作。下面是代理模式的结构：

Spring 中如何实现代理模式

Spring Aop 中 Jdk 动态代理就是利用代理模式技术实现的。在 Spring 中除了实现被代理对象的接口外，还会有 org.springframework.aop.SpringProxy 和 org.springframework.aop.framework.Advised 两个接口。Spring 中使用代理模式的结构图如下：

代理对象是通过 InvocationHandler 来持有对目标对象的引用的。

Spring 中一个真实的代理对象结构如下：

public class $Proxy4 extends java.lang.reflect.Proxy implements

    org.springframework.aop.framework.PrototypeTargetTests$TestBean

    org.springframework.aop.SpringProxy

    org.springframework.aop.framework.Advised

{

    java.lang.reflect.Method m16;

    java.lang.reflect.Method m9;

    java.lang.reflect.Method m25;

    java.lang.reflect.Method m5;

    java.lang.reflect.Method m2;

    java.lang.reflect.Method m23;

    java.lang.reflect.Method m18;

    java.lang.reflect.Method m26;

    java.lang.reflect.Method m6;

    java.lang.reflect.Method m28;

    java.lang.reflect.Method m14;

    java.lang.reflect.Method m12;

    java.lang.reflect.Method m27;

    java.lang.reflect.Method m11;

    java.lang.reflect.Method m22;

    java.lang.reflect.Method m3;

    java.lang.reflect.Method m8;

    java.lang.reflect.Method m4;

    java.lang.reflect.Method m19;

    java.lang.reflect.Method m7;

    java.lang.reflect.Method m15;

    java.lang.reflect.Method m20;

    java.lang.reflect.Method m10;

    java.lang.reflect.Method m1;

    java.lang.reflect.Method m17;

    java.lang.reflect.Method m21;

    java.lang.reflect.Method m0;

    java.lang.reflect.Method m13;

    java.lang.reflect.Method m24;

    int hashCode();

    int indexOf(org.springframework.aop.Advisor);

    int indexOf(org.aopalliance.aop.Advice);

    boolean equals(java.lang.Object);

    java.lang.String toString();

    void sayhello();

    void doSomething();

    void doSomething2();

    java.lang.Class getProxiedInterfaces();

    java.lang.Class getTargetClass();

    boolean isProxyTargetClass();

    org.springframework.aop.Advisor; getAdvisors();

    void addAdvisor(int, org.springframework.aop.Advisor)

        throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;

    void addAdvisor(org.springframework.aop.Advisor)

        throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;

    void setTargetSource(org.springframework.aop.TargetSource);

    org.springframework.aop.TargetSource getTargetSource();

    void setPreFiltered(boolean);

    boolean isPreFiltered();

    boolean isInterfaceProxied(java.lang.Class);

    boolean removeAdvisor(org.springframework.aop.Advisor);

    void removeAdvisor(int)throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;

    boolean replaceAdvisor(org.springframework.aop.Advisor,

        org.springframework.aop.Advisor)

        throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;

    void addAdvice(org.aopalliance.aop.Advice)

        throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;

    void addAdvice(int, org.aopalliance.aop.Advice)

        throws org.springframework.aop.framework.AopConfigException;

    boolean removeAdvice(org.aopalliance.aop.Advice);

    java.lang.String toProxyConfigString();

    boolean isFrozen();

    void setExposeProxy(boolean);

    boolean isExposeProxy();

}

策略模式

下面是策略模式的结构：

Spring 中策略模式的实现

Spring 中策略模式使用有多个地方，如 Bean 定义对象的创建以及代理对象的创建等。这里主要看一下代理对象创建的策略模式的实现。

前面已经了解 Spring 的代理方式有两个 Jdk 动态代理和 CGLIB 代理。这两个代理方式的使用正是使用了策略模式。它的结构图如下所示：

上面结构图中与标准的策略模式结构稍微有点不同，这里抽象策略是 AopProxy 接口，Cglib2AopProxy 和 JdkDynamicAopProxy 分别代表两种策略的实现方式，ProxyFactoryBean 就是代表 Context 角色，它根据条件选择使用 Jdk 代理方式还是 CGLIB 方式，而另外三个类主要是来负责创建具体策略对象，ProxyFactoryBean 是通过依赖的方法来关联具体策略对象的，它是通过调用策略对象的 getProxy(ClassLoader classLoader) 方法来完成操作。

以下来自：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/wa-spring1/

每个模块的功能如下：

核心容器：核心容器提供 Spring 框架的基本功能。核心容器的主要组件是 BeanFactory，它是工厂模式的实现。BeanFactory 使用控制反转 （IOC）模式将应用程序的配置和依赖性规范与实际的应用程序代码分开。
Spring 上下文：Spring 上下文是一个配置文件，向 Spring 框架提供上下文信息。Spring 上下文包括企业服务，例如 JNDI、EJB、电子邮件、国际化、校验和调度功能。
Spring AOP：通过配置管理特性，Spring AOP 模块直接将面向方面的编程功能集成到了 Spring 框架中。所以，可以很容易地使 Spring 框架管理的任何对象支持 AOP。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 DAO：JDBC DAO 抽象层提供了有意义的异常层次结构，可用该结构来管理异常处理和不同数据库供应商抛出的错误消息。异常层次结构简化了错误处理，并且极大地降低了需要编写的异常代码数量（例如打开和关闭连接）。Spring DAO 的面向 JDBC 的异常遵从通用的 DAO 异常层次结构。
Spring ORM：Spring 框架插入了若干个 ORM 框架，从而提供了 ORM 的对象关系工具，其中包括 JDO、Hibernate 和 iBatis SQL Map。所有这些都遵从 Spring 的通用事务和 DAO 异常层次结构。
Spring Web 模块：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。
Spring MVC 框架：MVC 框架是一个全功能的构建 Web 应用程序的 MVC 实现。通过策略接口，MVC 框架变成为高度可配置的，MVC 容纳了大量视图技术，其中包括 JSP、Velocity、Tiles、iText 和 POI。

IOC 和 AOP

Inversion of Control

Aspect Oriented Programming

控制反转模式（也称作依赖性介入）的基本概念是：不创建对象，但是描述创建它们的方式。在代码中不直接与对象和服务连接，但在配置文件中描述哪一个组件需要哪一项服务。容器（在 Spring 框架中是 IOC 容器）负责将这些联系在一起。

类型 1	服务需要实现专门的接口，通过接口，由对象提供这些服务，可以从对象查询依赖性（例如，需要的附加服务）
类型 2	通过 JavaBean 的属性（例如 setter 方法）分配依赖性
类型 3	依赖性以构造函数的形式提供，不以 JavaBean 属性的形式公开

Spring 框架的 IOC 容器采用类型 2 和类型3 实现。

面向方面的编程

面向方面的编程，即 AOP，是一种编程技术，它允许程序员对横切关注点或横切典型的职责分界线的行为（例如日志和事务管理）进行模块化。AOP 的核心构造是方面，它将那些影响多个类的行为封装到可重用的模块中。

AOP 和 IOC 是补充性的技术，它们都运用模块化方式解决企业应用程序开发中的复杂问题。在典型的面向对象开发方式中，可能要将日志记录语句放在所有方法和 Java 类中才能实现日志功能。在 AOP 方式中，可以反过来将日志服务模块化，并以声明的方式将它们应用到需要日志的组件上。当然，优势就是 Java 类不需要知道日志服务的存在，也不需要考虑相关的代码。所以，用 Spring AOP 编写的应用程序代码是松散耦合的。

AOP 的功能完全集成到了 Spring 事务管理、日志和其他各种特性的上下文中。

IOC 容器

Spring 设计的核心是 org.springframework.beans 包. 这个包通常不是由用户直接使用，而是由服务器将其用作其他多数功能的底层中介。下一个最高级抽象是 BeanFactory 接口，它是工厂设计模式的实现，允许通过名称创建和检索对象。BeanFactory 也可以管理对象之间的关系。

BeanFactory 支持两个对象模型。

单态模型提供了具有特定名称的对象的共享实例，可以在查询时对其进行检索。Singleton 是默认的也是最常用的对象模型。对于无状态服务对象很理想。
原型模型确保每次检索都会创建单独的对象。在每个用户都需要自己的对象时，原型模型最适合。

BeanFactory 接口

因为 org.springframework.beans.factory.BeanFactory 是一个简单接口，所以可以针对各种底层存储方法实现。最常用的 BeanFactory 定义是 XmlBeanFactory，它根据 XML 文件中的定义装入 bean。

BeanFactory factory = new XMLBeanFactory(new FileInputSteam("mybean.xml"));

在 XML 文件中定义的 Bean 是被消极加载的，这意味在需要 bean 之前，bean 本身不会被初始化。要从 BeanFactory 检索 bean，只需调用 getBean() 方法，传入将要检索的 bean 的名称即可。

MyBean mybean = (MyBean) factory.getBean("mybean");

每个 bean 的定义都可以是 POJO （用类名和 JavaBean 初始化属性定义）或 FactoryBean。FactoryBean 接口为使用 Spring 框架构建的应用程序添加了一个间接的级别。（注：理解FactoryBean是创建Bean的Bean）

IOC 示例

我用开启在线信用帐户的用例作为起点。对于该实现，开启信用帐户要求用户与以下服务进行交互：

信用级别评定服务，查询用户的信用历史信息。
远程信息链接服务，插入客户信息，将客户信息与信用卡和银行信息连接起来，以进行自动借记（如果需要的话）。
电子邮件服务，向用户发送有关信用卡状态的电子邮件。

参考资料

学习

“Spring 系列: Spring 框架简介”（developerWorks，2005 年 8 月）：在这由三部分组成的介绍 Spring 框架的系列文章的第一期中，将开始学习如何用 Spring 技术构建轻量级的、强壮的 J2EE 应用程序。
“AOP@Work: 用 AspectJ 和 Spring 进行依赖项插入”（developerWorks，2006 年 1 月）：依赖项插入和面向方面编程是互补的技术，所以想把它们结合在一起使用是很自然的。本文探索两者之间的关系，并了解怎样才能把它们组合在一起，来促进高级的依赖项插入场景。
“Spring 2 和 JPA 简介”（developerWorks，2006 年 8 月）：您将学习如何用 Spring 2 框架从头开始创建服务器应用程序。
查看本文作者的其它文章：“Tomcat 系统原理分析”和“Tomcat 设计模式分析”。

（完）