Spring源码分析（十一）bean的加载

摘要：本文结合《Spring源码深度解析》来分析Spring 5.0.6版本的源代码。若有描述错误之处，欢迎指正。

经过前面的分析，我们终于结束了对XML配置文件的解析，接下来将会面临更大的挑战，就是对bean加载的探索。bean加载的功能实现远比bean的解析要复杂得多。同样，我们还是以最开始的示例为基础，对于加载bean的功能，在Spring中的调用方式是：

MySpringBean bean = (MySpringBean) beanFactory.getBean("mySpringBean");

这句代码实现了什么样的功能呢？我们可以先快速体验一下Spring中代码是如何实现的。

@Override
public Object getBean(String name) throws BeansException {
    return doGetBean(name, null, null, false);
}

protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,
        @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {

    // 提取对应的beanName
    final String beanName = transformedBeanName(name);
    Object bean;

    /**
     * 检查缓存中或者实例工厂中是否有对应的实例
     * 为什么首先会使用这段代码呢？
     * 因为在创建bean的时候会存在依赖注入的情况，而在创建依赖的时候为了避免循环依赖，
     * Spring创建bean的原则是不等bean创建完成就会将创建bean的ObjectFactory提早曝光，
     * 也就是将ObjectFactory加入到缓存中，一旦下个bean创建时候需要依赖上个bean则直接使用ObjectFactory
     */
    // Eagerly check singleton cache for manually registered singletons.
    // 首先尝试从缓存获取或者singletonFactories中的ObjectFactory中获取
    Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
    if (sharedInstance != null && args == null) {
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            if (isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {
                logger.debug("Returning eagerly cached instance of singleton bean '" + beanName +
                        "' that is not fully initialized yet - a consequence of a circular reference");
            }
            else {
                logger.debug("Returning cached instance of singleton bean '" + beanName + "'");
            }
        }
        // 返回对应的实例，有时候存在诸如BeanFactory的情况并不是直接返回实例本身而是返回指定方法返回的实例
        bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);
    }

    else {
        // Fail if we're already creating this bean instance:
        // We're assumably within a circular reference.
        /**
         * 只有在单例情况才会尝试解决循环依赖，原型模式情况下，如果存在A中有B的属性，B中有A的属性，
         * 那么当依赖注入的时候，就会产生当A还未创建完的时候因为对于B的创建再次返回创建A，
         * 造成循环依赖，也就是下面的情况isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)为true
         */
        if (isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)) {
            throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName);
        }

        // Check if bean definition exists in this factory.
        // 如果beanDefinitionMap中也就是在所有已经加载的类中不包括beanName则尝试从parentBeanFactory中检测
        BeanFactory parentBeanFactory = getParentBeanFactory();
        if (parentBeanFactory != null && !containsBeanDefinition(beanName)) {
            // Not found -> check parent.
            String nameToLookup = originalBeanName(name);
            // 递归到BeanFactory中寻找
            if (parentBeanFactory instanceof AbstractBeanFactory) {
                return ((AbstractBeanFactory) parentBeanFactory).doGetBean(
                        nameToLookup, requiredType, args, typeCheckOnly);
            }
            else if (args != null) {
                // Delegation to parent with explicit args.
                return (T) parentBeanFactory.getBean(nameToLookup, args);
            }
            else if (requiredType != null) {
                // No args -> delegate to standard getBean method.
                return parentBeanFactory.getBean(nameToLookup, requiredType);
            }
            else {
                return (T) parentBeanFactory.getBean(nameToLookup);
            }
        }

        // 如果不是仅仅做类型检查则是创建bean，这里要进行记录
        if (!typeCheckOnly) {
            markBeanAsCreated(beanName);
        }

        try {
            // 将存储XML配置文件的GenericBeanDefinition转换为RootBeanDefinition，
            // 如果指定beanName是子Bean的话同时会合并父类的相关属性
            final RootBeanDefinition mbd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
            checkMergedBeanDefinition(mbd, beanName, args);

            // Guarantee initialization of beans that the current bean depends on.
            String[] dependsOn = mbd.getDependsOn();
            // 若存在依赖则需要递归实例化依赖的bean
            if (dependsOn != null) {
                for (String dep : dependsOn) {
                    if (isDependent(beanName, dep)) {
                        throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
                                "Circular depends-on relationship between '" + beanName + "' and '" + dep + "'");
                    }
                    // 缓存依赖调用
                    registerDependentBean(dep, beanName);
                    try {
                        getBean(dep);
                    }
                    catch (NoSuchBeanDefinitionException ex) {
                        throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
                                "'" + beanName + "' depends on missing bean '" + dep + "'", ex);
                    }
                }
            }

            // Create bean instance.
            // 实例化依赖的bean后便可以实例化mbd本身了
            // singleton模式的创建
            if (mbd.isSingleton()) {
                sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
                    try {
                        return createBean(beanName, mbd, args);
                    }
                    catch (BeansException ex) {
                        // Explicitly remove instance from singleton cache: It might have been put there
                        // eagerly by the creation process, to allow for circular reference resolution.
                        // Also remove any beans that received a temporary reference to the bean.
                        destroySingleton(beanName);
                        throw ex;
                    }
                });
                bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
            }

            else if (mbd.isPrototype()) {
                // It's a prototype -> create a new instance.
                // prototype模式的创建
                Object prototypeInstance = null;
                try {
                    beforePrototypeCreation(beanName);
                    prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
                }
                finally {
                    afterPrototypeCreation(beanName);
                }
                bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
            }

            else {
                // 指定的scope上实例化bean
                String scopeName = mbd.getScope();
                final Scope scope = this.scopes.get(scopeName);
                if (scope == null) {
                    throw new IllegalStateException("No Scope registered for scope name '" + scopeName + "'");
                }
                try {
                    Object scopedInstance = scope.get(beanName, () -> {
                        beforePrototypeCreation(beanName);
                        try {
                            return createBean(beanName, mbd, args);
                        }
                        finally {
                            afterPrototypeCreation(beanName);
                        }
                    });
                    bean = getObjectForBeanInstance(scopedInstance, name, beanName, mbd);
                }
                catch (IllegalStateException ex) {
                    throw new BeanCreationException(beanName,
                            "Scope '" + scopeName + "' is not active for the current thread; consider " +
                            "defining a scoped proxy for this bean if you intend to refer to it from a singleton",
                            ex);
                }
            }
        }
        catch (BeansException ex) {
            cleanupAfterBeanCreationFailure(beanName);
            throw ex;
        }
    }

    // Check if required type matches the type of the actual bean instance.
    // 检查需要的类型是否符合bean的实际类型
    if (requiredType != null && !requiredType.isInstance(bean)) {
        try {
            T convertedBean = getTypeConverter().convertIfNecessary(bean, requiredType);
            if (convertedBean == null) {
                throw new BeanNotOfRequiredTypeException(name, requiredType, bean.getClass());
            }
            return convertedBean;
        }
        catch (TypeMismatchException ex) {
            if (logger.isDebugEnabled()) {
                logger.debug("Failed to convert bean '" + name + "' to required type '" +
                        ClassUtils.getQualifiedName(requiredType) + "'", ex);
            }
            throw new BeanNotOfRequiredTypeException(name, requiredType, bean.getClass());
        }
    }
    return (T) bean;
}

仅从代码量就能看出来bean的加载经历了一个相当复杂的过程，其中涉及各种各样的考虑。相信读者细心阅读上面的代码，并参照部分代码注释，是可以粗略地了解整个加载bean的过程。对于加载过程中所涉及的步骤大致如下。

（1）转换对应的beanName。

或许很多人不理解转换对应的beanName是什么意思，传入的参数name不就是beanName吗？其实不是，这里传入的参数可能是别名，也可能是FactoryBean，所以需要进行一系列的解析，这些解析内容包括如下内容。

• 去除BeanFactory的修饰符，也就是如果name="&hello"，那么会首先去除&而使name="hello"。
• 取指定alias所表示的最终beanName，例如别名A指向名称为B的bean则返回B；若别名A指向别名B，别名B又指向名称为C的bean则返回C。　

（2）尝试从缓存中加载单例。

单例在Spring的同一个容器内只会被创建一次，后续再获取bean，就直接从单例缓存中获取了。当然这里也只是尝试加载，首先尝试从缓存中加载，如果加载不成功则再次尝试从singletonFactories中加载。因为在创建单例bean的时候会存在依赖注入的情况，而在创建依赖的时候为了避免循环依赖，Spring创建bean的原则是不等bean创建完成就会将创建bean的ObjectFactory提早曝光，也就是将ObjectFactory加入到缓存中，一旦下个bean创建时候需要依赖上个bean则直接使用ObjectFactory。

（3）bean的实例化。

如果从缓存中得到了bean的原始状态，则需要对bean进行实例化。这里有必要强调一下，缓存中记录的只是最原始的bean状态，并不一定是我们最终想要的bean。举个例子，假如我们需要对工厂bean进行处理，那么这里得到的其实是工厂bean的初始状态，但是我们真正需要的是工厂bean中定义的factory-method方法返回的bean，而getObjectForBeanInstance就是完成这个工作的，后续会详细讲解。

（4）原型模式的依赖检查。

只有在单例情况才会尝试解决循环依赖，原型模式情况下，如果存在A中有B的属性，B中有A的属性，那么当依赖注入的时候，就会产生当A还未创建完的时候因为对于B的创建再次返回创建A，造成循环依赖，也就是情况：isPrototypeCurrentlyInCreation(beanName)为true。

（5）检测parentBeanFactory。

从代码上看，如果缓存没有数据的话直接转到父类工厂上去加载了，这是为什么呢？

可能读者忽略了一个很重要的判断条件：parentBeanFactory != null && !containsBeanDefinition(beanName)。parentBeanFactory如果为空，则其他一切都是浮云，但是!containsBeanDefinition(beanName)就比较重要了，它是在检测如果当前加载的XML配置文件中不包含beanName所对应的配置，就只能到parentBeanFactory去尝试了，然后再去递归地调用getBean方法。

（6）将存储XML配置文件的GenericBeanDefinition转换为RootBeanDefinition。

因为从XML配置文件中读取到的Bean信息是存储在GenericBeanDefinition中的，但是所有的Bean后续处理都是针对于RootBeanDefinition的，所以这里需要进行转换，转换的同时如果父类bean不为空的话，则会一并合并父类的属性。

（7）寻找依赖。

因为 bean 的初始化过程中很可能会用到某些属性，而某些属性很可能是动态配置的，并且配置成依赖于其他的 bean ，那么这个时候就有必要先加载依赖的 bean ，所以，在 Sring 的加载顺序中，在初始化某一个 bean 的时候首先会初始化这个 bcan 所对应的依赖。

( 8 ）针对不同的 scope 进行 bean 的创建。

我们都知道，在 Spring 中存在着不同的 scope ，其中默认的是 singleton ，但是还有些其他的配置诸如 prototype、 request 之类的。在这个步骤中， Sring会根据不同的配置进行不同的初始化策略。

( 9 ）类型转换。

程序到这里返回 bean 后已经基本结束了，通常对该方法的调用参数 requiredType 是为空的，但是可能会存在这样的情况，返回的 bean 其实是个 String ，但是 requiredType却传入 Integer类型，那么这时候本步骤就会起作用了 ，它的功能是将返回的 bean转换为 requiredType 所指定的类型。当然， String 转换为 Integer 是最简单的一种转换，在 Spring 中提供了各种各样的转换器，用户也可以白己扩展转换器来满足需求。

经过上面的步骤后bean的加载就结束了，这个时候就可以返回所需要的 bean 了。其中最重要的就是步骤（ 8 ) ，针对不同的 scope 进行 bean 的创建，你会看到各种常用的 Spring 特性在这里的实现。