Spring Framework源码解析——BeanFactory

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  • 本文原创作者：谷哥的小弟
  • 作者博客地址：http://blog.csdn.net/lfdfhl

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1. BeanFactory 概述

BeanFactory 是 Spring IoC 容器的最基础接口，它定义了获取、配置和管理 Bean 的核心方法。它是 Spring 框架中容器体系的顶层接口之一，提供了最基本的依赖注入功能。

1.1 接口定义

public interface BeanFactory {String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&";Object getBean(String name) throws BeansException;<T> T getBean(String name, Class<T> requiredType) throws BeansException;<T> T getBean(Class<T> requiredType) throws BeansException;boolean containsBean(String name);boolean isSingleton(String name) throws BeansException;boolean isPrototype(String name) throws BeansException;boolean isTypeMatch(String name, ResolvableType typeToMatch) throws BeansException;Class<?> getType(String name) throws BeansException;String[] getAliases(String name);
}
  • getBean：获取容器中已注册的 Bean 实例。
  • containsBean：判断某个名称的 Bean 是否存在。
  • isSingleton / isPrototype：判断 Bean 的作用域。
  • getType / isTypeMatch：获取或匹配 Bean 的类型。
  • getAliases：获取某个 Bean 的所有别名。

1.2 与 ApplicationContext 的关系

  • BeanFactory 是 Spring 容器的基础接口。
  • ApplicationContext 是其子接口，扩展了 BeanFactory 的功能，增加了国际化、事件发布、资源加载等高级功能。
  • BeanFactory 是“按需加载”，而 ApplicationContext 是“预加载单例 Bean”。

2. 核心实现类

DefaultListableBeanFactory 是 Spring 中最常用的 BeanFactory 实现类，它实现了 BeanDefinitionRegistry 接口，支持注册和管理 Bean 定义。

2.1. 核心属性

public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractAutowireCapableBeanFactoryimplements ConfigurableListableBeanFactory, BeanDefinitionRegistry {private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(256);private volatile List<String> beanDefinitionNames = new ArrayList<>(256);
}
  • beanDefinitionMap：存储 Bean 名称与 BeanDefinition 的映射关系。
  • beanDefinitionNames：存储所有已注册的 Bean 名称列表。

2.2 注册 Bean 定义

public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)throws BeanDefinitionStoreException {this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);if (!this.beanDefinitionNames.contains(beanName)) {this.beanDefinitionNames.add(beanName);}
}
  • 将 Bean 定义放入 beanDefinitionMap 中。
  • 将 Bean 名称加入 beanDefinitionNames 列表。

3. Bean 的加载过程

getBean() 是获取 Bean 的核心方法。其调用链如下：

getBean() 
→ doGetBean() 
→ getSingleton() 
→ createBean() 
→ doCreateBean() 
→ populateBean() 
→ initializeBean()

3.1 doGetBean() 方法

protected <T> T doGetBean(final String name, @Nullable final Class<T> requiredType,@Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) throws BeansException {final String beanName = transformedBeanName(name);Object sharedInstance = getSingleton(beanName);if (sharedInstance != null && args == null) {// 如果是 FactoryBean，处理 & 前缀bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);} else {// 创建 Beanbean = createBean(beanName, mbd, args);}return (T) bean;
}
  • transformedBeanName：处理 & 前缀（用于获取 FactoryBean 本身）。
  • getSingleton：尝试从单例缓存中获取 Bean。
  • createBean：如果不存在，调用 createBean 创建新实例。

3.2 单例 Bean 的创建

3.2.1 getSingleton() 方法

public Object getSingleton(String beanName) {return this.singletonObjects.get(beanName);
}
  • singletonObjects：是一个 Map<String, Object>，缓存所有已创建的单例 Bean。

3.2.2 创建 Bean 的流程

protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args) {// 1. 解析 Bean 的 ClassClass<?> resolvedClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);// 2. 实例化 BeanObject beanInstance = instantiateBean(beanName, mbd);// 3. 属性注入populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);// 4. 初始化 BeanexposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);// 5. 注册为单例addSingleton(beanName, exposedObject);return exposedObject;
}

4. Bean 的生命周期

Spring 中 Bean 的生命周期由 BeanFactory 管理，其流程如下：

  1. 实例化：通过构造方法或工厂方法创建 Bean 实例。
  2. 属性注入：注入依赖的其他 Bean 或配置值。
  3. 初始化前回调：如 BeanNameAware、BeanFactoryAware 等接口的回调。
  4. 初始化方法调用：如 @PostConstruct、InitializingBean 接口或配置的 init-method。
  5. 使用 Bean：Bean 可以被使用。
  6. 销毁前回调：如 @PreDestroy、DisposableBean 接口或配置的 destroy-method。
  7. 销毁 Bean：清理资源。

初始化 Bean 示例如下：

protected Object initializeBean(String beanName, Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd) {// 调用 Aware 接口方法invokeAwareMethods(beanName, bean);// 调用初始化方法if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {wrappedBean = applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(wrappedBean, beanName);}invokeInitMethods(beanName, wrappedBean, mbd);if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {wrappedBean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(wrappedBean, beanName);}return wrappedBean;
}

5. 工厂 Bean（FactoryBean）

FactoryBean 是一种特殊的 Bean，它本身是一个工厂，用于创建其他 Bean。

5.1 接口定义

public interface FactoryBean<T> {T getObject() throws Exception;Class<?> getObjectType();boolean isSingleton();
}

5.2 获取 FactoryBean 实例

Object bean = getBean("&myFactoryBean");
assertTrue(bean instanceof FactoryBean);
  • 使用 & 前缀获取 FactoryBean 本身。
  • 不带前缀则获取其 getObject() 返回的 Bean。

6. Bean 的作用域（Scope）

Spring 支持多种作用域，包括：

  • singleton（默认）：每个容器中只有一个实例。
  • prototype：每次调用 getBean() 都返回一个新实例。
  • request / session（Web 作用域）：每个请求或会话一个实例。

作用域实现机制如下：

public boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException {String beanName = transformedBeanName(name);RootBeanDefinition mbd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);return mbd.isSingleton();
}
  • RootBeanDefinition 中保存了 Bean 的作用域配置。

7. BeanFactory 的扩展机制

7.1 BeanFactoryPostProcessor

允许在 Bean 实例化之前修改 BeanDefinition。

public interface BeanFactoryPostProcessor {void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException;
}

示例：

public class CustomBeanFactoryPostProcessor implements BeanFactoryPostProcessor {public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {BeanDefinition beanDef = beanFactory.getBeanDefinition("myBean");beanDef.setScope(BeanDefinition.SCOPE_PROTOTYPE);}
}

7.2 BeanPostProcessor

允许在 Bean 实例化前后进行干预。

public interface BeanPostProcessor {default Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {return bean;}default Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {return bean;}
}

8. BeanFactory 与 ApplicationContext 的对比

特性BeanFactoryApplicationContext
初始化时机按需加载（懒加载）启动时预加载单例 Bean
功能特性仅提供基本的依赖注入提供国际化、事件发布、资源加载等高级功能
资源加载仅支持类路径加载支持多种资源加载方式（如 Ant 路径）
扩展点支持需手动注册 BeanPostProcessor 等组件自动注册并调用扩展点

9. 核心代码示例与解释

9.1 手动注册 Bean 定义并获取 Bean

DefaultListableBeanFactory factory = new DefaultListableBeanFactory();
RootBeanDefinition definition = new RootBeanDefinition(MyBean.class);
factory.registerBeanDefinition("myBean", definition);MyBean bean = factory.getBean("myBean", MyBean.class);
System.out.println(bean);
  • 创建 DefaultListableBeanFactory。
  • 定义 BeanDefinition。
  • 注册 Bean 定义。
  • 获取 Bean 实例。

9.2 使用 BeanFactoryPostProcessor 修改 Bean 定义

factory.addBeanPostProcessor(new CustomBeanFactoryPostProcessor());
  • 将自定义的 BeanFactoryPostProcessor 添加到容器中。

10. 总结

BeanFactory 是 Spring IoC 容器的核心接口之一，它提供了最基本的依赖注入功能。其设计体现了模块化、可扩展性和灵活性，是构建 Spring 容器体系的基础。通过理解其源码结构、生命周期管理、Bean 加载机制以及扩展机制，开发者可以更深入地掌握 Spring 的运行原理，并在实际项目中更好地进行配置和优化。实践建议如下：

  1. 优先使用 ApplicationContext：在企业级应用中推荐使用，因其提供了更全面的功能。
  2. 理解 BeanFactory 的懒加载机制：适用于资源受限的场景。
  3. 合理使用 BeanPostProcessor 和 BeanFactoryPostProcessor：用于扩展容器行为。
  4. 避免过度依赖 BeanFactory 的底层 API：保持代码的可测试性和可维护性。

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