Spring源码解析之BeanFactoryPostProcessor（一）

BeanFactoryPostProcessor

在前面几个章节，笔者有介绍过BeanFactoryPostProcessor，在spring在解析BeanDefinition之后，正式初始化bean之前，会回调我们编写的BeanFactoryPostProcessor接口，接口会传入beanFactory对象，我们可以新增或修改BeanDefinition。spring初始化bean一个典型的流程，就是根据我们标记在类上的@Component生成一个BeanDefinition，BeanDefinition中包含类名或class对象，然后根据class对象生成实例。如果我们编写两个Service：UserService和OrderService，并在类上标注@Component，再编写一个BeanFactoryPostProcessor接口，在接口中我们拿到UserService的BeanDefinition，并修改class为OrderService，那么我们从spring容器中获取userService这个bean，它的类型是UserService呢还是OrderService呢？来看下面的示例：

package org.example.service;

import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class OrderService {
}

package org.example.service;

import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class UserService {
}

　　

在Test1BeanFactoryPostProcessor类中，我们获取userService的BeanDefinition，并打印它的class对象，这里应该是UserService，然后我们再设置BeanDefinition的class为OrderService

Test1BeanFactoryPostProcessor.java

package org.example.service;

import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.beans.factory.config.BeanFactoryPostProcessor;
import org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableListableBeanFactory;
import org.springframework.context.annotation.ScannedGenericBeanDefinition;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class Test1BeanFactoryPostProcessor implements BeanFactoryPostProcessor {

    @Override
    public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {
        ScannedGenericBeanDefinition beanDefinition = (ScannedGenericBeanDefinition) beanFactory.getBeanDefinition("userService");
        System.out.println("UserService beanDefinition class:" + beanDefinition.getBeanClass());
        beanDefinition.setBeanClass(OrderService.class);
    }
}

　　

MyConfig.java

package org.example.config;

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

@Configuration
@ComponentScan("org.example.service")
public class MyConfig {
}

　　

测试用例：

    @Test
    public void test01() {
        ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(MyConfig.class);
        System.out.println("userService class:" + ac.getBean("userService").getClass());
    }

　　

运行结果：

UserService beanDefinition class:class org.example.service.UserService
userService class:class org.example.service.OrderService

　　

可以看到，我们从spring容器获取userService对应的bean，但是打印bean的类型却为OrderService。这段代码在实际开发中意义并不大，只是为了揭露spring的实现。

那么笔者这里有个疑问，spring是在何时解析BeanDefinition？何时回调BeanFactoryPostProcessor？何时初始化bean？回顾测试用例test01的两行代码，我们可以确定，前面的解析、回调、初始化一定是在test01里两句代码的某一句完成的，那么究竟是那一句呢？是创建应用上下文，还是打印userService对应的class对象呢？

为了定位上面的问题，我们对UserService和OrderService稍作修改，我们在两个类的构造函数中增加打印：

public class UserService {
    public UserService() {
        System.out.println("UserService init...");
    }
}

public class OrderService {
    public OrderService() {
        System.out.println("OrderService init...");
    }
}

　　

测试用例：

    @Test
    public void test02() {
        ApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(MyConfig.class);
    }

　　

运行结果：

UserService beanDefinition class:class org.example.service.UserService
OrderService init...
OrderService init...

　　

结果打印了两次OrderService构造函数的内容，一次spring根据OrderService对应的BeanDefinition进行初始化，一次是我们修改userService对应的BeanDefinition的class为OrderService，spring根据class进行初始化。而test02只有一行初始化应用上下文的代码，至此我们可以确定，spring的解析BeanDefinition、回调BeanFactoryPostProcessor、初始化bean都在初始化应用上下文完成。当然，spring的应用上下文实现，有：AnnotationConfigApplication、ContextClassPathXmlApplicationContext……等等，但大部分的应用上下文实现都是在初始化的时候完成解析BeanDefinition、回调BeanFactoryPostProcessor、初始化bean这三步。

我们在调用AnnotationConfigApplication的配置类构造函数AnnotationConfigApplicationContext(Class<?>... componentClasses)时，这个函数内部会先调用默认的无参构造方法，初始化reader和scanner两个对象。调用完默认构造方法后，接着调用register(Class<?>... componentClasses)将我们的配置类注册进reader，这一步其实是根据我们的配置类生成BeanDefinition并注册进spring容器。之后调用继承自父类AbstractApplicationContext的refresh()方法。

public class AnnotationConfigApplicationContext extends GenericApplicationContext implements AnnotationConfigRegistry {

	private final AnnotatedBeanDefinitionReader reader;

	private final ClassPathBeanDefinitionScanner scanner;

	public AnnotationConfigApplicationContext() {
		this.reader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(this);
		this.scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(this);
	}

	public void register(Class<?>... componentClasses) {
		Assert.notEmpty(componentClasses, "At least one component class must be specified");
		this.reader.register(componentClasses);
	}

	public AnnotationConfigApplicationContext(Class<?>... componentClasses) {
		this();
		register(componentClasses);
		refresh();
	}
	……

}

　　

于是我们进入到AbstractApplicationContext的refresh()方法，这个方法首先在<1>处调用obtainFreshBeanFactory()获取一个beanFactory对象，在<2>、<3>会把beanFactory作为参数传入其他方法，<2>处我们单看方法名invokeBeanFactoryPostProcessors可以知道这里是调用BeanFactoryPostProcessor接口，我们之前编写的BeanFactoryPostProcessor实现类，就是在<2>处进行回调。<3>处单看方法名不太好理解，但如果看注释就可以知道，初始化“剩余且非懒加载”的单例对象，换言之：我们的dao、service、controller都是在这一层完成bean的初始化以及属性注入。这里的“剩余”很有意思，当我们基于spring框架进行开发，大部分的bean都是单例对象，包括我们之前的配置类（MyConfig）、BeanFactoryPostProcessor在spring容器中都会有对应的BeanDefinition和bean，我们知道要调用一个类的方法，首先要有那个类的对象，在<2>处的invokeBeanFactoryPostProcessors可以回调我们编写的BeanFactoryPostProcessor实现类，说明在<2>处就已经进行一部分bean的初始化了，这部分bean就是BeanFactoryPostProcessor的实现类。

public abstract class AbstractApplicationContext extends DefaultResourceLoader
		implements ConfigurableApplicationContext {
	……
	public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
		synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
			……
			// Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
			ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();//<1>
			……
			try {
				……
				// Invoke factory processors registered as beans in the context.
				invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);//<2>
				……
				// Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
				finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);//<3>
				……
			}

			catch (BeansException ex) {
				……
			}

			finally {
				……
			}
		}
	}
	……	

}

　　

我们总结一下，当我们调用AnnotationConfigApplicationContext(Class<?>... componentClasses)构造函数时，会先初始化reader和scanner两个对象，然后将配置类注册到reader后，再调用refresh()进行BeanDefinition的解析、单例bean的实例化。

现在，我们来逐行分析AnnotationConfigApplicationContext(Class<?>... componentClasses)这个构造函数，首先这个构造函数会调用默认构造函数，进行reader和scanner的初始化，AnnotatedBeanDefinitionReader和ClassPathBeanDefinitionScanner接受一个BeanDefinitionRegistry接口类型的参数，而AnnotationConfigApplicationContext本身则实现了BeanDefinitionRegistry接口。

	public AnnotationConfigApplicationContext() {
		this.reader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(this);
		this.scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(this);
	}

　　

从接口名BeanDefinitionRegistry本身我们可以知道，这个接口是用来注册BeanDefinition，而接口所要求的实现，从上至下允许我们注册一个beanName和BeanDefinition、根据beanName移除BeanDefinition，根据beanName获取BeanDefinition、获取所有BeanDefinition对应的beanName，获取BeanDefinition的数量，判断beanName是否已被使用。BeanDefinition之于beanName就如bean之于beanName一样，一个BeanDefinition至少有一个beanName，同理一个bean至少有一个beanName，因为BeanDefinition和bean都可以有别名。

public interface BeanDefinitionRegistry extends AliasRegistry {

	void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)
			throws BeanDefinitionStoreException;

	void removeBeanDefinition(String beanName) throws NoSuchBeanDefinitionException;

	BeanDefinition getBeanDefinition(String beanName) throws NoSuchBeanDefinitionException;

	boolean containsBeanDefinition(String beanName);

	String[] getBeanDefinitionNames();

	int getBeanDefinitionCount();

	boolean isBeanNameInUse(String beanName);

}

　　

AnnotatedBeanDefinitionReader之所以要传入一个BeanDefinitionRegistry进行初始化，是因为在初始化这个对象时，AnnotatedBeanDefinitionReader就会把一些BeanDefinition注册到BeanDefinitionRegistry，由于AnnotationConfigApplicationContext实现了BeanDefinitionRegistry接口，所以AnnotatedBeanDefinitionReader会把BeanDefinition注册到AnnotationConfigApplicationContext。

在调用构造函数AnnotatedBeanDefinitionReader(BeanDefinitionRegistry registry)创建reader对象时，经过一系列的调用，会来到AnnotationConfigUtils.registerAnnotationConfigProcessors(BeanDefinitionRegistry registry, @Nullable Object source)方法，在这个方法里会创建BeanDefinition并将beanName和BeanDefinition注册到BeanDefinitionRegistry。

public abstract class AnnotationConfigUtils {
	……
	public static Set<BeanDefinitionHolder> registerAnnotationConfigProcessors(
			BeanDefinitionRegistry registry, @Nullable Object source) {

		DefaultListableBeanFactory beanFactory = unwrapDefaultListableBeanFactory(registry);
		……
		Set<BeanDefinitionHolder> beanDefs = new LinkedHashSet<>(8);

		if (!registry.containsBeanDefinition(CONFIGURATION_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
			RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(ConfigurationClassPostProcessor.class);//<1>
			def.setSource(source);
			beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, CONFIGURATION_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME));//<2>
		}

		if (!registry.containsBeanDefinition(AUTOWIRED_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
			RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.class);//<3>
			def.setSource(source);
			beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, AUTOWIRED_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME));//<4>
		}

		// Check for JSR-250 support, and if present add the CommonAnnotationBeanPostProcessor.
		if (jsr250Present && !registry.containsBeanDefinition(COMMON_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
			RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(CommonAnnotationBeanPostProcessor.class);//<5>
			def.setSource(source);
			beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, COMMON_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME));//<6>
		}

		// Check for JPA support, and if present add the PersistenceAnnotationBeanPostProcessor.
		if (jpaPresent && !registry.containsBeanDefinition(PERSISTENCE_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
			RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition();
			try {
				def.setBeanClass(ClassUtils.forName(PERSISTENCE_ANNOTATION_PROCESSOR_CLASS_NAME,
						AnnotationConfigUtils.class.getClassLoader()));
			}
			catch (ClassNotFoundException ex) {
				throw new IllegalStateException(
						"Cannot load optional framework class: " + PERSISTENCE_ANNOTATION_PROCESSOR_CLASS_NAME, ex);
			}
			def.setSource(source);
			beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, PERSISTENCE_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME));
		}

		if (!registry.containsBeanDefinition(EVENT_LISTENER_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
			RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(EventListenerMethodProcessor.class);
			def.setSource(source);
			beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, EVENT_LISTENER_PROCESSOR_BEAN_NAME));
		}

		if (!registry.containsBeanDefinition(EVENT_LISTENER_FACTORY_BEAN_NAME)) {
			RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(DefaultEventListenerFactory.class);
			def.setSource(source);
			beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, EVENT_LISTENER_FACTORY_BEAN_NAME));
		}

		return beanDefs;
	}

	private static BeanDefinitionHolder registerPostProcessor(
			BeanDefinitionRegistry registry, RootBeanDefinition definition, String beanName) {

		definition.setRole(BeanDefinition.ROLE_INFRASTRUCTURE);
		registry.registerBeanDefinition(beanName, definition);//<7>
		return new BeanDefinitionHolder(definition, beanName);
	}
	……
}

　　

• 代码<1>创建一个ConfigurationClassPostProcessor的BeanDefinition，这个类实现了BeanDefinitionRegistryPostProcessor接口，它会根据我们指定的扫描路径去扫描组件。
• 代码<3>创建一个AutowiredAnnotationBeanPostProcessor的BeanDefinition，这个类主要是用于注入标记了@Autowired和@Inject的属性。
• 代码<5>创建一个ConfigurationClassPostProcessor的BeanDefinition，这个类主要是用于注入标记了@Resource的属性。
• 在代码的<2>、<4>、<6>会调用registerPostProcessor(BeanDefinitionRegistry registry, RootBeanDefinition definition, String beanName)将beanName和BeanDefinition注册到BeanDefinitionRegistry。
• 代码<7>处接收到registry、beanName、BeanDefinition会调用registry的registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)方法，对beanName和BeanDefinition进行映射。

上面的registry是我们之前创建的AnnotationConfigApplicationContext对象，如果我们查看AnnotationConfigApplicationContext的registerBeanDefinition方法，会发现这个方法是继承父类GenericApplicationContext，而GenericApplicationContext的registerBeanDefinition实现又是调用DefaultListableBeanFactory类的registerBeanDefinition来完成。

public class GenericApplicationContext extends AbstractApplicationContext implements BeanDefinitionRegistry {
	private final DefaultListableBeanFactory beanFactory;
	……
	public GenericApplicationContext() {
		this.beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
	}
	……
	@Override
	public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)
			throws BeanDefinitionStoreException {

		this.beanFactory.registerBeanDefinition(beanName, beanDefinition);
	}
	……
}

　　

下面，我们再来看看DefaultListableBeanFactory的registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)方法：

public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractAutowireCapableBeanFactory
		implements ConfigurableListableBeanFactory, BeanDefinitionRegistry, Serializable {
	/** Whether to allow re-registration of a different definition with the same name. */
	private boolean allowBeanDefinitionOverriding = true;
	/** Map of bean definition objects, keyed by bean name. */
	private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(256);
	/** List of bean definition names, in registration order. */
	private volatile List<String> beanDefinitionNames = new ArrayList<>(256);
	/** Map from bean name to merged RootBeanDefinition. */
	private final Map<String, RootBeanDefinition> mergedBeanDefinitions = new ConcurrentHashMap<>(256);
	/** Names of beans that have already been created at least once. */
	private final Set<String> alreadyCreated = Collections.newSetFromMap(new ConcurrentHashMap<>(256));
	……
	public boolean isAllowBeanDefinitionOverriding() {
		return this.allowBeanDefinitionOverriding;
	}

	@Override
	public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)
			throws BeanDefinitionStoreException {

		Assert.hasText(beanName, "Bean name must not be empty");
		Assert.notNull(beanDefinition, "BeanDefinition must not be null");//<1>
		……
		BeanDefinition existingDefinition = this.beanDefinitionMap.get(beanName);
		if (existingDefinition != null) {//<2>
			if (!isAllowBeanDefinitionOverriding()) {
				throw new BeanDefinitionOverrideException(beanName, beanDefinition, existingDefinition);
			}
			……
			this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);//<3>
		}
		else {//<4>
			if (hasBeanCreationStarted()) {//<5>
				// Cannot modify startup-time collection elements anymore (for stable iteration)
				synchronized (this.beanDefinitionMap) {
					this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
					List<String> updatedDefinitions = new ArrayList<>(this.beanDefinitionNames.size() + 1);
					updatedDefinitions.addAll(this.beanDefinitionNames);
					updatedDefinitions.add(beanName);
					this.beanDefinitionNames = updatedDefinitions;
					removeManualSingletonName(beanName);
				}
			}
			else {//<6>
				// Still in startup registration phase
				this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
				this.beanDefinitionNames.add(beanName);
				removeManualSingletonName(beanName);
			}
			this.frozenBeanDefinitionNames = null;
		}
		……
	}

	protected boolean hasBeanCreationStarted() {
		return !this.alreadyCreated.isEmpty();
	}

	protected void markBeanAsCreated(String beanName) {//<7>
		if (!this.alreadyCreated.contains(beanName)) {
			synchronized (this.mergedBeanDefinitions) {
				if (!this.alreadyCreated.contains(beanName)) {
					// Let the bean definition get re-merged now that we're actually creating
					// the bean... just in case some of its metadata changed in the meantime.
					clearMergedBeanDefinition(beanName);
					this.alreadyCreated.add(beanName);
				}
			}
		}
	}
	……
}

　　　　

• 在<1>处判断beanName和beanDefinition都不为空，因为这两者只要有其一为空都是不符合常理的，我们不会指定一个bean的名字为null，而beanDefinition如果为null，那就更不会生成bean。
• 如果beanName已存在对应的beanDefinition，就会进入到<2>处的分支。这里会调用isAllowBeanDefinitionOverriding()方法判断是否允许重载beanDefinition，isAllowBeanDefinitionOverriding()返回allowBeanDefinitionOverriding字段，这个字段默认为true，即允许beanName重复，会接着执行到<3>处，为beanName和新的beanDefinition在beanDefinitionMap建立映射关系。
• 如果beanName在beanDefinitionMap不存在映射，则会进入到分支<4>处。
• 到达<4>处的分支后，会先进行hasBeanCreationStarted()的判断，从这个方法名我们可以知道，这个是判断是否存已被创建的bean，而hasBeanCreationStarted()方法的实现也是非常简单的，如果alreadyCreated不为空则返回true，事实上，当spring创建一个bean时，会调用<7>处的markBeanAsCreated(String beanName)方法，将beanName加入到alreadyCreated集合里。
• 如果spring容器中存在已创建的bean，在注册beanDefinition会进入到<5>处对beanDefinitionMap加上同步锁，然后在建立beanName和beanDefinition在beanDefinitionMap的映射，并创建一个updatedDefinitions对象，将旧的beanDefinitionNames列表和新的beanName加入到updatedDefinitions，再更新beanDefinitionNames指向updatedDefinitions。为什么spring会有这一步操作呢？其实在spring容器初始化完毕，程序开始提供服务，是可以向容器注册beanDefinition获取对应的bean。换句话说，你用spring写了个电商系统，电商系统可以一边向玩家提供下单，一边注册beanDefinition并生成对应的bean，甚至可以多线程注册beanDefinition生成bean，所以才要对beanDefinitionMap加上同步锁，而markBeanAsCreated(String beanName)里加上同步锁也是同样的道理。
• 如果在注册beanDefinition时spring容器还没有生成bean，则会调用<6>处的方法，这里并没有用synchronized来防止多线程并发注册，这是因为这个时候spring认为容器还没完全启动起来，不会有多个请求并发进行，所以不需要用synchronized，仅仅是简单的在beanDefinitionMap建立映射，将新的beanName加入到beanDefinitionNames。而spring刚启动时，在注册beanDefinition时也是先使用<6>处的代码，直到spring生成一个bean调用markBeanAsCreated(String beanName)方法，之后又注册beanDefinition，spring判断alreadyCreated不为空，才调用<5>处的代码。

现在，我们来总结下，在我们用AnnotationConfigApplicationContext(Class<?>... componentClasses)创建ApplicationContext对象时，AnnotationConfigApplicationContext会先调用无参构造方法，在无参构造方法中进行AnnotatedBeanDefinitionReader的初始化，AnnotatedBeanDefinitionReader的构造参数需要传入一个BeanDefinitionRegistry的实现，BeanDefinitionRegistry是用来注册beanName和beanDefinition，而AnnotationConfigApplicationContext刚好实现了BeanDefinitionRegistry接口。

在创建AnnotatedBeanDefinitionReader对象的时候，会把ConfigurationClassPostProcessor、AutowiredAnnotationBeanPostProcessor、CommonAnnotationBeanPostProcessor这些类构造成RootBeanDefinition并注册到BeanDefinitionRegistry。而AnnotatedBeanDefinitionReader所需要的BeanDefinitionRegistry实现，即是我们最开始创建的AnnotationConfigApplicationContext对象，也就是说，之前说的那些BeanDefinition最终会注册到AnnotationConfigApplicationContext。

然而，AnnotationConfigApplicationContext也并不是在自身完成beanName和BeanDefinition的注册的，而是内部生成一个DefaultListableBeanFactory类型的引用，借助DefaultListableBeanFactory来完成beanName和BeanDefinition的注册。DefaultListableBeanFactory在注册beanName和BeanDefinition的时候，会先判断beanName和BeanDefinition是否为空，为空就要报错，如果都不为空，再判断beanName在DefaultListableBeanFactory中是否已存在对应的BeanDefinition，如果存在再判断是否允许重载？默认是允许重载。如果已存在，且允许重载，则重新在DefaultListableBeanFactory的beanDefinitionMap建立映射，如果已存在却不允许重载，则抛出异常。当然，这种重载的情况是极少存在的。

如果beanName在注册时不存在已对应的BeanDefinition，那就要分两步判断了，一种是spring容器已存在bean，另一种是还不存在bean，首先在AnnotatedBeanDefinitionReader内部注册RootBeanDefinition的时候，走的是不存在bean的分支，也就是简单的把beanName和BeanDefinition存到beanDefinitionMap，beanName加入到beanDefinitionNames集合。

如果是spring中已存在bean的情况，为了防止多线程进行BeanDefinition的注册，spring对beanDefinitionMap加上同步锁，在同步代码块中保存beanName和BeanDefinition在beanDefinitionMap上的映射，将beanName加入到beanDefinitionNames。