帶著問題去分析:Spring Bean 生命周期

来源:https://www.cnblogs.com/Jcloud/archive/2023/10/26/17788736.html
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Bean在Spring中的定義是_org.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition_介面,BeanDefinition裡面存儲的就是我們編寫的Java類在Spring中的元數據 ...


1: Bean在Spring容器中是如何存儲和定義的

Bean在Spring中的定義是_org.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition_介面,BeanDefinition裡面存儲的就是我們編寫的Java類在Spring中的元數據,包括了以下主要的元數據信息:

1:Scope(Bean類型):包括了單例Bean(Singleton)和多實例Bean(Prototype)

2:BeanClass: Bean的Class類型

3:LazyInit:Bean是否需要延遲載入

4:AutowireMode:自動註入類型

5:DependsOn:Bean所依賴的其他Bean的名稱,Spring會先初始化依賴的Bean

6:PropertyValues:Bean的成員變數屬性值

7:InitMethodName:Bean的初始化方法名稱

8:DestroyMethodName:Bean的銷毀方法名稱

同時BeanDefinition是存儲到_org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory類中維護的BeanDefinitionMap_中的,源碼如下:

Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(256);

瞭解了BeanDefinition的基礎信息和存儲位置後,接下來看看創建好的Bean實例是存儲在什麼地方的,創建好的Bean是存儲在:_org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry_類中的

_singletonObjects_中的,Key是Bean的名稱,Value就是創建好的Bean實例:

Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

瞭解了基本信息之後,就可以帶著下麵兩個關鍵問題去分析Spring Bean的生命周期了:

1:Java類是如何被 Spring 掃描從而變成 BeanDefinition 的?

2:BeanDefinition是如何被 Spring 加工創建成我們可以直接使用的 Bean實例的?

2:Java類是如何被Spring掃描成為BeanDefinition的?

在Spring中定義Bean的方式有非常多,例如使用XML文件、註解,包括:@Component@Service@Configuration等,下麵就以@Component註解為例來探究Spring是如何掃描我們的Bean的。我們知道使用@Component註解來標記Bean是需要配合@ComponentScan註解來使用的,而我們的主啟動類上標註的@SpringBootApplication註解中就預設繼承了@ComponentScan註解

@ComponentScan(excludeFilters = { @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
		@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication

所以最初的問題就轉化成了@ComponentScan註解是如何在Spring中運作的

2.1 @ComponentScan註解是如何運作的

在Spring框架中,這個註解對應的處理類是_ComponentScanAnnotationParser,這個類的parse_方法是主要的處理邏輯,這個方法簡要處理邏輯如下:

1:獲取@ComponentScan註解中的basePackage屬性,若沒有則預設為該註解所標註類所在的包路徑

2:使用ClassPathBeanDefinitionScannerscanCandidateComponents方法掃描classpath:+basePackage+/*.class**下的所有類資源文件

3:最後迴圈判斷掃描的所有類資源文件,判斷是否包含@Component註解,若有則將這些類註冊到beandefinitionMap中

自此,我們代碼里寫的Java類,就被Spring掃描成BeanDefinition存儲到了BeanDefinitionMap中了,掃描的細節大家可以去看看這個類的源碼

3:Spring如何創建我們的Bean實例的

Spring把我們編寫的Java類掃描成BeanDefinition之後,就會開始創建我們的Bean實例了,Spring將創建Bean的方法交給了_org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory#getBean_方法,接下來就來看看getBean方法是如何創建Bean的

getBean方法的調用邏輯如下:getBean--> doGetBean --> createBean --> doCreateBean,最終Spring會使用org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean方法來創建Bean,創建Bean實例的主要邏輯分為了四個部分:創建Bean實例,填充Bean屬性,初始化Bean,銷毀Bean,接下來我們分別對這個四個部分進行探究

3.1 創建Bean實例

創建Bean實例的方法入口如下:

org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#__createBeanInstance

if (instanceWrapper == null) {
    instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
}

這個方法的主要邏輯是:推斷出創建該Bean的構造器方法和參數,然後使用Java反射去創建Bean實例

3.2 填充Bean屬性值populateBean方法

在這個方法中,主要是解析Bean需要註入的成員屬性,然後將這些屬性註入到該Bean中,如果該Bean有依賴的其他Bean則會優先去創建依賴的Bean,然後返回來繼續創建該Bean,註意這裡就會產生Bean創建的迴圈依賴問題,在本文的第6節中會詳細說明

3.4:初始化Bean(initializeBean方法)

初始化Bean主要包括了四個部分:

3.4.1:invokeAwareMethods

在這個方法中主要調用實現的Aware介面中的方法,包括了BeanNameAware.setBeanName,BeanClassLoaderAware.setBeanClassLoader,BeanFactoryAware.setBeanFactory,這三個方法

Aware介面的功能:通過調用Aware介面中的set方法,將Spring容器中對應的Bean註入到正在創建的Bean中

3.4.2:調用前置處理方法:applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization

在這個方法中主要是獲取Spring容器中所有實現了_org.springframework.beans.factory.config.BeanPostProcessor介面的的實現類,然後迴圈調用postProcessBeforeInitialization_方法來加工正在創建的Bean

所以在這個方法中我們可以自定義_BeanPostProcessor_來擴展Bean的功能,實現自己的加工邏輯

3.4.3:調用Bean相關的初始化方法:

3.4.3.1 如果是InitializingBean則調用afterPropertiesSet方法

在這個流程中,Spring框架會判斷正在創建的Bean是否實現了InitializingBean介面,如果實現了就會調用_afterPropertiesSet_方法來執行代碼邏輯。

3.4.3.2 調用自定義初始化方法:initMethod

在這個流程中主要調用我們自定義的初始化方法,例如在xml文件中配置的_init-method和destory-method或者使用註解配置的@Bean(initMethod = "initMethod", destroyMethod = "destroyMethod")_ 方法

3.4.3.3:調用後置處理方法:applyBeanPostProcessorsAfterInitialization

在這個方法中主要是獲取Spring容器中所有實現了_org.springframework.beans.factory.config.BeanPostProcessor介面的的實現類,然後迴圈調用postProcessAfterInitialization_來加工正在創建的Bean

在這個方法中我們可以自定義_BeanPostProcessor_來擴展Bean的功能,實現自己的加工邏輯

4:註冊Bean銷毀方法

在這裡主要是註冊Bean銷毀時Spring回掉的方法例如:

1:xml文件中配置的destroy-method方法或者_@Bean註解中配置的destroyMethod_方法

2:_org.springframework.beans.factory.DisposableBean介面中的destory_方法

5:總結

到這裡,從我們編寫的Java類到Spring容器中可使用的Bean實例的創建過程就完整的梳理完成了,瞭解Bean的創建過程能夠使我們更加熟悉Bean的使用方法,同時我們也可以在創建Bean的過程中新增自己的處理邏輯,從而實現將自己的組件接入Spring框架

6:Spring迴圈依賴的解決方法

Spring在創建Bean實例的時候,有時避免不了我們編寫的Java類存在互相依賴的情況,如果Spring對這種互相依賴的情況不做處理,那麼就會產生創建Bean實例的死迴圈問題,所以Spring對於這種情況必須特殊處理,下麵就來探究Spring是如何巧妙處理Bean之間的迴圈依賴問題

6.1 暴露鉤子方法getEarlyBeanReference

首先對於單實例類型的Bean來說,Spring在創建Bean的時候,會提前暴露一個鉤子方法來獲取這個正在創建中的Bean的地址引用,其代碼如下:

如上面的代碼所示,此時會在_singletonFactories這個Map中提前儲存這個鉤子方法singletonFactory_,從而能夠提前對外暴露這個Bean的地址引用,那麼為什麼獲取地址引用需要包裝成複雜的方法呢?下麵會解釋

6.2 其他Bean獲取提前暴露的Bean的地址引用

當其他Bean需要依賴正在創建中的Bean的時候,就會調用getSingleton方法來獲取需要的Bean的地址引用

如上訴代碼所示,在獲取Bean的時候會從三個地方來獲取

1:singletonObjects :這個是存放已經完全創建完成的Bean實例的Map

2:earlySingletonObjects :這個是存放用提前暴露的鉤子方法創建好的Bean實例的Map

3:singletonFactories :這個是用來存放鉤子方法的Map

當獲取依賴的Bean的時候,就會調用鉤子方法getEarlyBeanReference來獲取提前暴露的Bean的引用,這個方法的源碼如下:

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
    Object exposedObject = bean;
    if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
        for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
            if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {
                SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
                exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
            }
        }
      }
    return exposedObject;
}



如上面的源碼所示,這個方法主要是需要調用SmartInstantiationAwareBeanPostProcessorgetEarlyBeanReference方法來提前處理一下尚未創建完成的Bean,而getEarlyBeanReference方法有邏輯的實現類只有一個**org.springframework.aop.framework.autoproxy.AbstractAutoProxyCreator,**這個類就是創建Aop代理的類,其代碼如下:

public Object getEarlyBeanReference(Object bean, String beanName) {
    Object cacheKey = this.getCacheKey(bean.getClass(), beanName);
    //提前標記這個bean已經創建過代理對象了
    this.earlyProxyReferences.put(cacheKey, bean);
    //按條件創建代理對象
    return this.wrapIfNecessary(bean, beanName, cacheKey);
}



如上面的代碼所示,這段代碼的主要目標就是判斷提前暴露的Bean是否需要做動態代理,需要的話就會返回提前暴露的Bean的動態代理對象

那麼這裡為什麼要去判斷是否需要動態代理呢?考慮下麵這種情況

1:如果這裡不返回這個Bean的動態代理對象,但是這個Bean在後續的初始化流程中會存在動態代理:

舉例:這裡假設A依賴B,B又依賴A,此時B正在獲取A提前暴露的引用,如果這時將A本身的地址引用返回給B,那麼B裡面就會保存A原始的地址引用,當B創建完成後,程式返回去創建A時,結果A在初始化的流程(initializingBean)中發生了動態代理,那麼這時Spring容器中實際使用的是A的動態代理對象,而B卻持有了原始A的引用,那麼這時容器中就會存在A原始的引用以及A的動態代理的引用,從而產生歧義,這就是為什麼需要提前去判斷是否需要創建動態代理的原因,__這個原因的問題在於填充屬性populateBean流程在初始化流程(initializingBean)之前,而創建動態代理的過程在初始化流程中

6.3 判斷Bean的地址是否發生變化

Spring在Bean初始化之後,又判斷了一下Bean初始化之後的地址是否發生了變化,其代碼邏輯如下所示:

if (earlySingletonExposure) {
    Object earlySingletonReference = getSingleton(beanName, false);
    //判斷是否觸發了提前創建bean的邏輯(getEarlyBeanReference)
    //如果有其他bean觸發了提前創建bean的邏輯,那麼這裡就不為null
    if (earlySingletonReference != null) {
        //判斷引用地址是否發生了變化
        if (exposedObject == bean) {
            exposedObject = earlySingletonReference;
	}
    }
}



那麼這裡為什麼需要在初始化之後繼續判斷Bean的地址是否發生了變化呢?

這是因為,如果存在迴圈依賴,同時Bean在初始化的流程(initializingBean)中又發生了額外的動態代理,例如,除了在**getEarlyBeanReference中發生的動態代理之外,還有額外的動態代理髮生了,也就是發生了兩次動態代理,那麼這時Bean的地址與getEarlyBeanReference流程中產生的Bean的地址就不一樣了,**這時如果不處理這種情況,又會出現Spring容器中同時存在兩種不同的引用對象,又會造成歧義,所以Spring需要避免這種情況的存在

6.4 如果Bean地址發生變化則判斷是否存在強依賴的Bean

Spring在Bean的創建過程中如果出現了上訴6.3節的情況時,Spring採取了下麵的方法進行處理:

else if (!this.allowRawInjectionDespiteWrapping && hasDependentBean(beanName)) {
    //獲取該Bean依賴的Bean
    String[] dependentBeans = getDependentBeans(beanName);
    Set<String> actualDependentBeans = new LinkedHashSet<>(dependentBeans.length);
    //去除因為類型檢查而創建的Bean(doGetBean方法typeCheckOnly參數來控制)
    for (String dependentBean : dependentBeans) {
        if (!removeSingletonIfCreatedForTypeCheckOnly(dependentBean)) {
	    actualDependentBeans.add(dependentBean);
        }
    }
    //如果去除因為類型檢查而創建的bean之外還存在依賴的bean
    //(這些剩下的bean就是spring實際需要使用的)那麼就會拋出異常,阻止問題出現
    if (!actualDependentBeans.isEmpty()) {
	throw new BeanCurrentlyInCreationException(beanName,
            "Bean with name '" + beanName + "' has been injected into other beans [" +
            StringUtils.collectionToCommaDelimitedString(actualDependentBeans) +
	    "] in its raw version as part of a circular reference, but has eventually been " +
            "wrapped. This means that said other beans do not use the final version of the " +
            "bean. This is often the result of over-eager type matching - consider using " +
            "'getBeanNamesForType' with the 'allowEagerInit' flag turned off, for example.");
    }
}



上面這段代碼就是Spring處理上訴情況的邏輯,首先明確的是Spring不允許上訴情況發生,Spring對於Bean的引用地址發生變化的情況,Spring首先會判斷依賴的Bean是否已經完全創建完畢,如果存在完全創建完成的Bean就會直接拋出異常,因為這些完全創建完成的依賴Bean中持有的引用已經是舊地址引用了

具體的處理邏輯是:先拿到該Bean所有依賴的Bean,然後從這些Bean中排除僅僅是因為類型檢查而創建的Bean,如果排除這些Bean之後,還有依賴的Bean,那麼這些Bean就是可能存在迴圈依賴並且是強依賴的Bean(這些Bean中持有的引用地址是老地址,所以會存在問題),Spring就會及時拋出異常,避免發生問題

作者:京東零售 鐘磊

來源:京東雲開發者社區 自猿其說Tech 轉載請註明來源


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