手写Spring-第二章-实现 Bean 的定义、注册、获取

前言

上一章我们实现了一个简化的Bean容器，那么这一章开始，我们就要上一些强度了。这一章主要的目的是，让Spring容器来自动化实现Bean的创建，并且实现单例Bean的复用。在上一章，我们只实现了一个容器，bean的创建，实际上还是我们在注册bean的时候手动new出来的。那么这次，我们就让Spring容器来帮我们做这些工作。

工程结构

├─src
│  ├─main
│  │  ├─java
│  │  │  └─com
│  │  │      └─akitsuki
│  │  │          └─springframework
│  │  │              └─beans
│  │  │                  └─factory
│  │  │                      │  BeanFactory.java
│  │  │                      │
│  │  │                      ├─config
│  │  │                      │      BeanDefinition.java
│  │  │                      │      DefaultSingletonBeanRegistry.java
│  │  │                      │      SingletonBeanRegistry.java
│  │  │                      │
│  │  │                      ├─exception
│  │  │                      │      BeanException.java
│  │  │                      │
│  │  │                      └─support
│  │  │                              AbstractAutowireCapableBeanFactory.java
│  │  │                              AbstractBeanFactory.java
│  │  │                              BeanDefinitionRegistry.java
│  │  │                              DefaultListableBeanFactory.java
│  │  │
│  │  └─resources
│  └─test
│      └─java
│          └─com
│              └─akitsuki
│                  └─springframework
│                      └─test
│                          │  ApiTest.java
│                          │
│                          └─bean
│                                  UserService.java

光是看工程结构就知道，这次强度比起上次来，要暴涨了！(笑)

一切的开始：竟然是异常？

没有异常的程序，是不存在的。只要是程序，就一定会有不按套路出牌的时候。那对于我们的小Spring框架来说，我们也需要一个属于自己的异常类，这样能够帮助我们更好的对异常进行包装。

package com.akitsuki.springframework.beans.factory.exception;/*** Bean相关的异常** @author ziling.wang@hand-china.com* @date 2022/11/7 10:14*/
public class BeanException extends RuntimeException {public BeanException(String info) {super(info);}public BeanException(String info, Exception e) {super(info, e);}
}

嗯，一个很简单的运行时异常，但它是属于我们框架自己的异常，所以还是要给予鼓励~

Bean定义的变化

package com.akitsuki.springframework.beans.factory.config;/*** Bean的定义，将Bean的Class类型注册到这里来** @author ziling.wang@hand-china.com* @date 2022/11/7 9:54*/
public class BeanDefinition {private final Class<?> beanClass;public BeanDefinition(Class<?> beanClass) {this.beanClass = beanClass;}public Class<?> getBeanClass() {return beanClass;}
}

我们可以看到，BeanDefinition不再保存实例化完成的bean了，而是保存了bean的class。这也让它更加符合【bean定义】这个名称。这样，我们就可以将bean的实例化，放在容器中进行，而不是在创建bean定义时就进行。

单例bean注册接口

package com.akitsuki.springframework.beans.factory.config;/*** 单例Bean注册接口** @author ziling.wang@hand-china.com* @date 2022/11/7 9:56*/
public interface SingletonBeanRegistry {/*** 获取单例Bean** @param beanName bean的名称* @return 单例bean*/Object getSingleton(String beanName);/*** 添加一个单例Bean** @param beanName bean的名称* @param bean     单例bean*/void addSingleton(String beanName, Object bean);
}

接下来是一个新玩意儿了。我们知道，接口一般是用来规定一个类应该具有哪些功能的。那么这个接口：单例bean注册接口，自然就是用来规定一个类如果要提供单例bean注册功能，需要提供哪些功能的。这里，有2个方法：获取单例bean、添加单例bean，都很好理解。

我们知道，Spring中的bean，在默认情况下和大多数情况下，都是单例的。所以，我们需要一个功能，用来添加和获取这些单例bean，这就是这个接口存在的意义。

单例bean注册接口的默认实现

package com.akitsuki.springframework.beans.factory.config;import java.util.HashMap;
import java.util.Map;/*** 默认的单例Bean注册获取实现** @author ziling.wang@hand-china.com* @date 2022/11/7 9:58*/
public class DefaultSingletonBeanRegistry implements SingletonBeanRegistry {private final Map<String, Object> singletonBeans = new HashMap<>();@Overridepublic Object getSingleton(String beanName) {return singletonBeans.get(beanName);}@Overridepublic void addSingleton(String beanName, Object singletonBean) {singletonBeans.put(beanName, singletonBean);}
}

有接口，自然就会有接口对应的实现类。可以看到，这个类用一个map来保存实例化好的单例bean，key是bean的名称。不由得让人想到上次的factory中，用来保存bean定义的那个map。这里也是相同的一种做法。方法的实现本身很浅显易懂，这里就不过多解释了

BeanFactory的变化

在上一次，我们的BeanFactory是一个具体的类。但实际上，我们的BeanFactory应该是各种各样的，不止一种实现。所以，在这一次，我们将BeanFactory变成了一个接口。对于所有的BeanFactory来说，它们都应该拥有的一个功能，自然是获取bean。所以我们在BeanFactory这个接口中，就定义这么一个功能，具体的内容，则由实现了这个接口的子类来完成。

package com.akitsuki.springframework.beans.factory;import com.akitsuki.springframework.beans.factory.exception.BeanException;/*** bean工厂接口，用来获取bean** @author ziling.wang@hand-china.com* @date 2022/11/7 10:03*/
public interface BeanFactory {/*** 获取Bean** @param beanName bean的名称* @return bean* @throws BeanException exception*/Object getBean(String beanName) throws BeanException;
}

抽象bean工厂！

这一部分是比较重要的一块。我们先上代码

package com.akitsuki.springframework.beans.factory.support;import com.akitsuki.springframework.beans.factory.BeanFactory;
import com.akitsuki.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition;
import com.akitsuki.springframework.beans.factory.config.DefaultSingletonBeanRegistry;
import com.akitsuki.springframework.beans.factory.exception.BeanException;/*** 抽象bean工厂，实现了BeanFactory，提供获取Bean的实现* 在获取Bean的方法中，调用了两个抽象方法：获取定义、创建Bean* 这两个抽象方法由子类来实现，这里只定义过程** @author ziling.wang@hand-china.com* @date 2022/11/7 10:04*/
public abstract class AbstractBeanFactory extends DefaultSingletonBeanRegistry implements BeanFactory {@Overridepublic Object getBean(String beanName) throws BeanException {//这里先尝试获取单例Bean，如果可以获取到就直接返回Object bean = getSingleton(beanName);if (null != bean) {return bean;}//这里是上面获取单例Bean失败的情况，需要先调用抽象的获取bean定义的方法，拿到bean的定义，然后再通过这个来新创建一个BeanBeanDefinition beanDefinition = getBeanDefinition(beanName);return createBean(beanName, beanDefinition);}/*** 获取Bean的定义** @param beanName bean的名字* @return beanDefinition* @throws BeanException exception*/protected abstract BeanDefinition getBeanDefinition(String beanName) throws BeanException;/*** 创建Bean** @param beanName       bean的名字* @param beanDefinition bean的定义* @return bean* @throws BeanException exception*/protected abstract Object createBean(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) throws BeanException;
}

有点复杂，我们一点点来分析。

首先，我们可以看到，这是一个抽象类，它继承了上面默认的单例bean注册接口实现类 DefaultSingletonBeanRegistry，实现了 BeanFactory接口。那么这个类就具有了以下功能：

由BeanFactory接口提供的获取bean功能
继承自单例bean注册接口默认实现类的添加、获取单例bean功能

既然是抽象类，自然也会有抽象方法，这个抽象bean工厂也提供了2个抽象方法供子类实现：获取bean定义方法 getBeanDefinition、创建bean方法 createBean。

框架介绍完了，我们来思考为什么要这么去设计。这里实际上用到了设计模式中的【模板模式】。模板模式是指，一个抽象类中，有一个【主要的方法】，再定义1~n个方法，可以是抽象的，也可以是实际的。主要方法中会调用这些抽象方法，而这些抽象方法则由具体的子类去实现。那么这些抽象方法，其实就相当于【模板】。主要方法是我们最终想要达成的目的，而达成这个目的，需要一些步骤。在抽象类中，我们只在主要方法里去调用这些步骤，而不管这些步骤具体的实现，具体的实现由具体的子类去完成。就好像要让儿子去打酱油，在主方法中，只需要调用【打酱油】这个抽象方法，而具体打酱油要怎么做，走哪条路，去哪家店，则是由儿子这个子类来实现了。

那我们来具体分析这里的主要方法。很显然，这里的主要方法，自然是实现BeanFactory的获取bean方法。这里首先尝试根据名称，直接获取单例的bean，如果获取到了，那就直接返回。那么如果获取不到呢？我们就要去自己创建一个。怎么创建呢？先要获取bean定义，再根据bean定义来创建。所以下面的步骤就是：根据bean名称，获取bean定义，再通过bean定义来创建一个bean，最终返回创建好的bean。而获取bean定义、创建bean这两个方法都是抽象方法，在这里的感觉就是，步骤已经给你列好了，获取bean都需要经过这几步，具体实现我不管，反正最终能给我一个生产好的bean就行。

让抽象变具体：实现createBean方法！

上面我们的抽象类中定义了createBean这个抽象方法，它总要有人来具体实现。下面这个类，就是用来做这个事情的。

package com.akitsuki.springframework.beans.factory.support;import com.akitsuki.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition;
import com.akitsuki.springframework.beans.factory.exception.BeanException;/*** 抽象的实例化Bean类，提供创建Bean的能力，创建完成后，放入单例bean map中进行缓存** @author ziling.wang@hand-china.com* @date 2022/11/7 10:12*/
public abstract class AbstractAutowireCapableBeanFactory extends AbstractBeanFactory {@Overrideprotected Object createBean(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) throws BeanException {Object bean;try {//通过反射来创建Beanbean = beanDefinition.getBeanClass().newInstance();} catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {throw new BeanException("创建bean异常", e);}//放入单例Bean map中，以备调用addSingleton(beanName, bean);return bean;}
}

我们可以看到，它自己本身也是一个抽象类，继承了上面的抽象bean工厂，并且实现了createBean方法。这里槽点有些多，我们一个一个来解释。

这个类的名字好奇怪>_<！
确实很奇怪，但这是为了和Spring保持一致而命名的。在Spring中，的确是由这个类来继承AbstractBeanFactory的，但这个类在现阶段过于简化了，没有体现出本身的功能。在这里可以简单的理解为为了实现createBean方法的一个子类（虽然名字有点怪)
为什么它也是一个抽象类，搞不懂诶>_<!
我们可以看到，它只实现了父类的一个抽象方法。如果它是一个普通的类，那就要把两个方法全部实现了。
为什么不把父类的两个抽象方法都实现了啊，是太懒了吗>_<!
这里体现出的是一种分层实现的方式，也是单一职责的一种体现。父类提供的2个抽象方法涉及到2个方面：bean和 bean定义。这个类只应该负责bean这一块，而bean定义，则交给更适合的人去负责，所以它只实现了创建bean的方法。

这里创建bean的实现，是简单的使用反射来实现的，从bean定义中拿到了class，调用了newInstance方法。这里其实无法处理有参构造方法。但这里为了简化，我们先不考虑这种情况，后面再继续完善。

关于bean定义，要做的事：注册接口

上面我们定义了一个接口单例bean注册接口，这个接口规定了注册一个单例bean，需要拥有哪些功能。那么，对于bean定义，是不是也需要这么一个注册接口呢？

package com.akitsuki.springframework.beans.factory.support;import com.akitsuki.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition;
import com.akitsuki.springframework.beans.factory.exception.BeanException;/*** 注册Bean定义的接口** @author ziling.wang@hand-china.com* @date 2022/11/7 10:21*/
public interface BeanDefinitionRegistry {/*** 获取bean定义** @param beanName bean的名称* @return bean定义* @throws BeanException exception*/BeanDefinition getBeanDefinition(String beanName) throws BeanException;/*** 注册Bean定义** @param beanName       bean的名称* @param beanDefinition bean的定义*/void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition);
}

由于和单例bean注册接口类似，这里就不过多解释了。bean定义总是需要先注册，才能使用。这个我们在上一次完成小demo的时候，就已经明确了。所以这里我们用接口来规定bean定义注册时需要的功能：获取、注册。

最终的实现类！

上面我们定义了各种接口，也有各种抽象类或者普通类通过分层实现和继承，各自实现了许多功能。在最后，这些功能都需要落实在一个具体的实现类上。可以说，这个类是一个集大成的类，它通过逐级继承，拥有了前面所有描述的功能！

package com.akitsuki.springframework.beans.factory.support;import com.akitsuki.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition;
import com.akitsuki.springframework.beans.factory.exception.BeanException;import java.util.HashMap;
import java.util.Map;/*** 最终集大成的核心类，通过逐级继承获取到了其他的各种bean操作方法* 同时也实现了BeanDefinitionRegistry的注册bean定义、获取bean定义的方法** @author ziling.wang@hand-china.com* @date 2022/11/7 10:20*/
public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractAutowireCapableBeanFactory implements BeanDefinitionRegistry {private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new HashMap<>();@Overridepublic BeanDefinition getBeanDefinition(String beanName) throws BeanException {BeanDefinition beanDefinition = beanDefinitionMap.get(beanName);if (null == beanDefinition) {throw new BeanException("没有名称为" + beanName + "的Bean定义");}return beanDefinition;}@Overridepublic void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) {beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);}
}

终于到了大boss了。但是这个类看起来意外的很简单。因为它所拥有的功能，都被各个父类进行分担了。而对于它自己来说，则是实现bean定义注册接口里面的两个方法即可。可能这就是继承的力量吧（笑）。

而这里的beanDefinition操作，则与上次练习中的beanFactory类似，也比较好理解，就不多解释了。

最后我们来分析一下这个类最终所拥有的功能，再次感受一下继承的力量吧~

beanDefinition的操作能力：自身实现 BeanDefinitionRegistry接口所拥有
创建bean：继承自 AbstractAutowireCapableBeanFactory类
获取bean：继承自 AbstractBeanFactory类
注册、获取单例bean：继承自 DefaultSingletonBeanRegistry类

嗯嗯，真是了不起。有了这么个集大成的类，我们这次的demo也就算完成了。下面准备进行测试。顺带一提，这个类的名字也很奇怪，但这也是为了和Spring保持一致，原因参照上面的解释吧~

终于，要开始测试了！

经过了上面这些兜兜转转、逐级继承，最终我们有了DefaultListableBeanFactory这么个集万千宠爱于一身的类。还记得这一章我们的目标是什么吗？对，实现Bean的定义、注册、获取，并且让Spring容器来帮我们进行bean的实例化！

首先，来把我们的bean稍微改造一下吧~

package com.akitsuki.springframework.test.bean;/*** @author ziling.wang@hand-china.com* @date 2022/11/7 10:30*/
public class UserService {public UserService() {System.out.println("userService初始化");}public void queryUserInfo() {System.out.println("查询用户信息");}
}

其实也没有什么改造，只不过加了个无参的构造方法而已，这样做，是为了更好的看出Spring帮助我们创建bean的过程。

接下来是正式的测试方法！

package com.akitsuki.springframework.test;import com.akitsuki.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition;
import com.akitsuki.springframework.beans.factory.exception.BeanException;
import com.akitsuki.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory;
import com.akitsuki.springframework.test.bean.UserService;
import org.junit.Test;/*** @author ziling.wang@hand-china.com* @date 2022/11/7 10:31*/
public class ApiTest {@Testpublic void testBeanFactory() throws BeanException {//初始化BeanFactoryDefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();//注册BeanBeanDefinition beanDefinition = new BeanDefinition(UserService.class);beanFactory.registerBeanDefinition("userService", beanDefinition);//获取BeanUserService userService = (UserService) beanFactory.getBean("userService");userService.queryUserInfo();//第二次获取BeanuserService = (UserService) beanFactory.getBean("userService");userService.queryUserInfo();}
}

测试结果：

userService初始化
查询用户信息
查询用户信息Process finished with exit code 0

可以看到，在这次的测试中，我们首先初始化了我们那个集大成的bean工厂：DefaultListableBeanFactory。然后，将bean的class作为参数，创建了bean的定义，并注册到了Spring中。接下来，我们只需要简单地对工厂说：我需要一个名为"userService"的bean。就可以等着工厂帮我们生产了。这里从工厂获取了2次，但结果中只初始化了1次。可以看出，在第一次获取bean的时候，工厂会进行新建操作。而第二次进行获取的时候，工厂直接从缓存中将第一次创建的bean进行了返回，这就是单例bean的思想。到这里，我们的第二章手写Spring也要告一段落了。整个工程看起来也要比第一次更加像样了。

相关源码可以参考我的gitee：https://gitee.com/akitsuki-kouzou/mini-spring，这里对应的代码是mini-spring-02