Spring学习篇底层核心原理解析

说明

本系列文章以spring-framework-5.3.10为例，本篇文章的目的就是使各位读者能在使用Spring的基础上对Spring的一些比较核心的内容有一个大概的认识，并不是特别全面，会在后续的文章中一一讲解，不仅仅是停留在Spring简单的使用，而是方便后面源码的阅读以及实现方式的理解，文章仅是作者自己在学习Spring过程中的案例演示以及知识总结，如果表达不当，还请及时指教

1. 引入

先来看看入门使用Spring的代码：

ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");
UserService userService = (UserService) context.getBean("userService");
userService.test();

对于这三行代码应该，大部分同学应该都是比较熟悉，这是学习Spring的hello world。可是，这三行代码底层都做了什么？

第一行代码，会构造一个ClassPathXmlApplicationContext对象，ClassPathXmlApplicationContext该如何理解，调用该构造方法除开会实例化得到一个对象，还会做哪些事情？
第二行代码，会调用ClassPathXmlApplicationContext的getBean方法，会得到一个UserService对象，getBean()是如何实现的？返回的UserService对象和我们自己直接new的UserService对象有区别吗？
第三行代码，就是简单的调用UserService的test()方法，不难理解。

光看这三行代码，其实并不能体现出来Spring的强大之处，也不能理解为什么需要ClassPathXmlApplicationContext和getBean()方法，对于这三行代码，你现在可以认为：如果你要用Spring，你就得这么写。就像你要用Mybatis，你就得写各种Mapper接口。

但是用ClassPathXmlApplicationContext其实已经过时了，在新版的Spring MVC和Spring Boot的底层主要用的都是 AnnotationConfigApplicationContext

AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
//ClassPathXmlApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring.xml");
UserService userService = (UserService) context.getBean("userService");
userService.test();

可以看到AnnotationConfigApplicationContext的用法和ClassPathXmlApplicationContext是非常类似的，只不过需要传入的是一个class，而不是一个xml文件。
而AppConfig.class和spring.xml一样，表示Spring的配置，比如可以指定扫描路径，可以直接定义Bean，比如：

spring.xml中的内容为：

<context:component-scan base-package="com.wuzhu"/>
<bean id="userService" class="com.zhouyu.service.UserService"/>

AppConfig中的内容为：

@ComponentScan("com.wuzhu")
public class AppConfig {@Beanpublic UserService userService(){return new UserService();}

}

所以spring.xml和AppConfig.class本质上是一样的。

2. Spring中是如何创建一个对象？

其实不管是AnnotationConfigApplicationContext还是ClassPathXmlApplicationContext，目前，我们都可以简单的将它们理解为就是用来创建Java对象的，比如调用getBean()就会去创建对象（此处不严谨，getBean可能也不会去创建对象）。

在Java语言中，肯定是根据某个类来创建一个对象的。我们在看一下实例代码：

AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
UserService userService = (UserService) context.getBean("userService");
userService.test();

当我们调用 context.getBean("userService")时，就会去创建一个对象，但是getBean方法内部怎么知道"userService"对应的是UserService类呢？

所以，我们就可以分析出来，在调用AnnotationConfigApplicationContext的构造方法时，也就是第一行代码，会去做一些事情：

解析AppConfig.class，得到扫描路径
遍历扫描路径下的所有Java类，如果发现某个类上存在 @Component、@Service 等注解，那么Spring就把这个类记录下来，存在一个Map中，比如Map<String, Class>。（实际上，Spring源码中确实存在类似的这么一个Map，叫做BeanDefinitionMap）
Spring会根据某个规则生成当前类对应的beanName，作为key存入Map，当前类作为value

这样，但调用context.getBean(“userService”)时，就可以根据"userService"找到UserService类，从而就可以去创建对象了。

3. Bean的创建过程

那么Spring到底是如何来创建一个Bean的呢，这个就是Bean创建的生命周期，大致过程如下

利用该类的构造方法来实例化得到一个对象（但是如何一个类中有多个构造方法，Spring则会进行选择，这个叫做 推断构造方法 ）
得到一个对象后，Spring会判断该对象中是否存在被 @Autowired 注解了的属性，把这些属性找出来并由Spring进行赋值（ 依赖注入 ）
依赖注入后，Spring会判断该对象是否实现了 BeanNameAware 接口、BeanClassLoaderAware 接口、BeanFactoryAware 接口，如果实现了，就表示当前对象必须实现该接口中所定义的setBeanName()、setBeanClassLoader()、setBeanFactory()方法，那Spring就会调用这些方法并传入相应的参数（ Aware回调 ）
Aware回调后，Spring会判断该对象中是否存在某个方法被 @PostConstruct 注解了，如果存在，Spring会调用当前对象的此方法（ 初始化前 ）
紧接着，Spring会判断该对象是否实现了 InitializingBean 接口，如果实现了，就表示当前对象必须实现该接口中的afterPropertiesSet()方法，那Spring就会调用当前对象中的afterPropertiesSet()方法（ 初始化 ）
最后，Spring会判断当前对象需不需要进行 AOP，如果不需要那么Bean就创建完了，如果需要进行AOP，则会进行动态代理并生成一个代理对象做为Bean（ 初始化后）

通过最后一步，我们可以发现，当Spring根据UserService类来创建一个Bean时：

如果不用进行AOP，那么Bean就是UserService类的构造方法所得到的对象。
如果需要进行AOP，那么Bean就是UserService的代理类所实例化得到的对象，而不是UserService本身所得到的对象。

Bean对象创建出来后：

如果当前Bean是 单例Bean ，那么会把该Bean对象存入一个Map<String, Object>，Map的key为beanName，value为Bean对象。这样下次getBean时就可以直接从Map中拿到对应的Bean对象了。（实际上，在Spring源码中，这个Map就是单例池）
如果当前Bean是 原型Bean ，那么后续没有其他动作，不会存入一个Map，下次getBean时会再次执行上述创建过程，得到一个新的Bean对象。

4. 推断构造方法

Spring在基于某个类生成Bean的过程中，需要利用该类的构造方法来实例化得到一个对象，但是如果一个类存在多个构造方法，Spring会使用哪个呢？

例1：如果有一个无参构造和一个有参构造 , 那么Spring会使用哪个构造方法?

代码如下:

@Component
public class UserService {@Autowiredprivate OrderService orderService;public UserService() {System.out.println("无参构造");}public UserService(OrderService orderService) {this.orderService = orderService;System.out.println("有参构造");}
}

运行之后可以发现 , Spring使用的是无参构造方法

例2：如果有两个有参构造呢?

@Component
public class UserService {@Autowiredprivate OrderService orderService;public UserService(OrderService orderService) {this.orderService = orderService;System.out.println("有参构造1");}public UserService(OrderService orderService , OrderService orderService1) {this.orderService = orderService;System.out.println("有参构造2");}
}

直接就是运行报错 , 报错信息如下 , 那么为什么会运行报错呢?

Caused by: org.springframework.beans.BeanInstantiationException:Failed to instantiate [com.lyh.service.UserService]: No default constructor found; nested exception is java.lang.NoSuchMethodException: com.lyh.service.UserService.()

不妨把有参构造注释掉一个

@Component
public class UserService {@Autowiredprivate OrderService orderService;// public UserService(OrderService orderService) {// this.orderService = orderService;//    System.out.println("有参构造1");// }public UserService(OrderService orderService , OrderService orderService1) {this.orderService = orderService;System.out.println("有参构造2");}
}

运行之后发现 , 没有报错 , 首先证明了一点, 这样写是没有问题的 , 那么想一下 , Spring要通过构造方法去创建对象 , 但是现在有两个 , 那么到底用哪一个呢? Spring是不知道的 , 所以就抛了异常
接下来我们再分析报错信息 : No default constructor found , 没有找到一个默认的构造方法 , 现在我们是因为写了多个有参的构造从而报的错 , 那么为什么会报一个没有默认的构造方法的错呢?
其实Spring在有多个有参构造时会去找无参的构造方法 ,因为无参的构造也有一种默认的意义, 而我们又没有默认的构造方法 , 所以就抛了这个异常

如果非要有两个有参构造，也不是不行，既然它不知道用哪一个，那么就加一个 @Autowired 告诉它用哪一个，例如这样：

@Component
public class UserService {@Autowiredprivate OrderService orderService;public UserService(OrderService orderService) {this.orderService = orderService;System.out.println("有参构造1");}@Autowiredpublic UserService(OrderService orderService , OrderService orderService1) {this.orderService = orderService;System.out.println("有参构造2");}
}

例3：只有一个有参构造方法的情况下 ,这个方法的入参会不会有值?

首先说明，如果只有一个有参构造，那么就会覆盖整个默认无参的构造方法，如果还需要有无参的，就需要自己把它定义出来

@Component
public class UserService {@Autowiredprivate OrderService orderService;public UserService(OrderService orderService) {System.out.println("orderService : " + orderService);this.orderService = orderService;System.out.println("有参构造1");}
}

运行之后发现是有值的 , 那么这个值会从哪里来呢?

首先在创建UserService 这个类的时候，会使用这个唯一的有参构造，Spring就会找一个OrderService的Bean来赋值，前提是OrderService必须是一个Bean

那么根据什么找呢？

通常我们说一个Bean ，这个Bean肯定有一个类型的，还有一个名称，那无非就是入参的类型：OrderService，以及参数名称： orderService

可能有人会想到，在Bean创建完成之后，会把该Bean对象存入一个Map<String, Object>，Map的key为beanName，value为Bean对象，也就是 单例池 ，那么把参数名称orderService当作key ，来这个map获取，这种方式可行吗？

可行是可行，但是有一个问题，类型是不对应的，很有可能注入的时候是这样注入的：

@Autowired
private OrderService memberService;

那么这样直接通过名称过去出来的类型就是不对应的，由此可见，这个名称其实不是那么的重要 ,重要的是类型

所以最保险的方式就是根据类型去找，但是通过类型会找到多个，比如代码是这样写的情况：

@ComponentScan("com.wuzhu")
public class AppConfig{@Beanpublic OrderService orderService1(){return new OrderService();}@Beanpublic OrderService orderService2(){return new OrderService();}
}

可以思考一个问题，现在Spring容器中有几个OrderService 类型的Bean？

AppConfig中定义了两个，还有我们通过@Component来声明的一个

 public static void main(String[] args) {AnnotationConfigApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);Object orderService = applicationContext.getBean("orderService");System.out.println("orderService : " + orderService);Object orderService1 = applicationContext.getBean("orderService1");System.out.println("orderService1 : " + orderService1);Object orderService2 = applicationContext.getBean("orderService2");System.out.println("orderService2 : " + orderService2);}

很显然，都是有值的，那么通过类型找到三个，不可能把这三个都传进来，需要确定一个，怎么去确定其中一个呢？

我们可以通过有参构造入参的 参数名称orderService 去找，这样是不是就可以找到一个，然后赋值，这个名字是不会重名的，如果有重名，可能会直接覆盖，因为他是存在map中的，而map的key是不允许重复的

Spring的判断逻辑如下：

如果一个类只存在一个构造方法，不管该构造方法是无参构造方法，还是有参构造方法，Spring都会用这个构造方法
如果一个类存在多个构造方法
- 这些构造方法中，存在一个无参的构造方法，那么Spring就会用这个无参的构造方法
- 这些构造方法中，不存在一个无参的构造方法，那么Spring就会报错

Spring的设计思想是这样的：

如果一个类只有一个构造方法，那么没得选择，只能用这个构造方法
如果一个类存在多个构造方法，Spring不知道如何选择，就会看是否有无参的构造方法，因为无参构造方法本身表示了一种默认的意义
不过如果某个构造方法上加了@Autowired注解，那就表示程序员告诉Spring就用这个加了注解的方法，那Spring就会用这个加了@Autowired注解构造方法了

需要重视的是，如果Spring选择了一个有参的构造方法，Spring在调用这个有参构造方法时，需要传入参数，那这个参数是怎么来的呢？

Spring会根据 入参的类型和 入参的名字 去Spring中找Bean对象（以单例Bean为例，Spring会从单例池那个Map中去找）

先根据入参类型找，如果只找到一个，那就直接用来作为入参
如果根据类型找到多个，则再根据入参名字来确定唯一一个
最终如果没有找到，则会报错，无法创建当前Bean对象
确定用哪个构造方法，确定入参的Bean对象，这个过程就叫做推断构造方法。

注意：下图为多个OrderService Bean但beanName没有123的

5. AOP大致流程

AOP就是进行动态代理，在创建一个Bean的过程中，Spring在最后一步会去判断当前正在创建的这个Bean是不是需要进行AOP，如果需要则会进行动态代理。

如何判断当前Bean对象需不需要进行AOP:

找出所有的切面Bean
遍历切面中的每个方法，看是否写了 @Before、@After 等注解
如果写了，则判断所对应的Pointcut是否和当前Bean对象的类是否匹配
如果匹配则表示当前Bean对象有匹配的的Pointcut，表示需要进行AOP
遍历出来的Bean都使用一个map缓存起来，key为某个类的名称，value为Pointcut方法集合，方便执行的时候就可以直接从缓存拿

利用cglib进行AOP的大致流程：

生成代理类UserServiceProxy，代理类继承UserService
代理类中重写了父类的方法，比如UserService中的test()方法
代理类中还会有一个 target 属性，该属性的值为被代理对象（也就是通过UserService类推断构造方法实例化出来的对象，进行了依赖注入、初始化等步骤的对象）
代理类中的test()方法被执行时的逻辑如下：
- 执行切面逻辑（@Before）
- 调用target.test()

当我们从Spring容器得到UserService的Bean对象时，拿到的就是UserServiceProxy所生成的对象，也就是代理对象。

UserService代理对象.test()—>执行切面逻辑—>target.test()，注意target对象不是代理对象，而是被代理对象。

6. Spring事务

当我们在某个方法上加了@Transactional注解后，就表示该方法在调用时会开启Spring事务，而这个方法所在的类所对应的Bean对象会是该类的代理对象。

Spring事务的代理对象执行某个方法时的步骤：

判断当前执行的方法是否存在 @Transactional 注解
如果存在，则利用事务管理器（TransactionMananger）新建一个数据库连接
修改数据库连接的 autocommit为false (默认为true，自动提交事务)
执行target.test()，执行程序员所写的业务逻辑代码，也就是执行sql
执行完了之后如果没有出现异常，则提交（commit），否则回滚

Spring事务是否会失效的判断标准：某个加了@Transactional注解的方法被调用时，要判断到底是不是直接被代理对象调用的，如果是则事务会生效，如果不是则失效。

注意： 添加了 @Configuration 注解以后调用 datasourse() 方法以后会先去从spring容器查找是否存在Datasourse对象，避免事务管理器和JdbcTemplate使用了不同的数据库连接对象