送你一份Spring Boot 知识清单

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送你一份Spring Boot 知识清单

技术小能手 2018-11-22 10:49:32 浏览1090
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在过去两三年的Spring生态圈,最让人兴奋的莫过于Spring Boot框架。或许从命名上就能看出这个框架的设计初衷:快速的启动Spring应用。因而Spring Boot应用本质上就是一个基于Spring框架的应用,它是Spring对“约定优先于配置”理念的最佳实践产物,它能够帮助开发者更快速高效地构建基于Spring生态圈的应用。

那Spring Boot有何魔法?自动配置、起步依赖、Actuator、命令行界面(CLI) 是Spring Boot最重要的4大核心特性,其中CLI是Spring Boot的可选特性,虽然它功能强大,但也引入了一套不太常规的开发模型,因而这个系列的文章仅关注其它3种特性。如文章标题,本文是这个系列的第一部分,将为你打开Spring Boot的大门,重点为你剖析其启动流程以及自动配置实现原理。要掌握这部分核心内容,理解一些Spring框架的基础知识,将会让你事半功倍。

一、抛砖引玉:探索Spring IoC容器

如果有看过 SpringApplication.run()方法的源码,Spring Boot冗长无比的启动流程一定会让你抓狂,透过现象看本质,SpringApplication只是将一个典型的Spring应用的启动流程进行了扩展,因此,透彻理解Spring容器是打开Spring Boot大门的一把钥匙。

1.1、Spring IoC容器

可以把Spring IoC容器比作一间餐馆,当你来到餐馆,通常会直接招呼服务员:点菜!至于菜的原料是什么?如何用原料把菜做出来?可能你根本就不关心。IoC容器也是一样,你只需要告诉它需要某个bean,它就把对应的实例(instance)扔给你,至于这个bean是否依赖其他组件,怎样完成它的初始化,根本就不需要你关心。

作为餐馆,想要做出菜肴,得知道菜的原料和菜谱,同样地,IoC容器想要管理各个业务对象以及它们之间的依赖关系,需要通过某种途径来记录和管理这些信息。 BeanDefinition对象就承担了这个责任:容器中的每一个bean都会有一个对应的BeanDefinition实例,该实例负责保存bean对象的所有必要信息,包括bean对象的class类型、是否是抽象类、构造方法和参数、其它属性等等。当客户端向容器请求相应对象时,容器就会通过这些信息为客户端返回一个完整可用的bean实例。

原材料已经准备好(把BeanDefinition看着原料),开始做菜吧,等等,你还需要一份菜谱, BeanDefinitionRegistry和 BeanFactory就是这份菜谱,BeanDefinitionRegistry抽象出bean的注册逻辑,而BeanFactory则抽象出了bean的管理逻辑,而各个BeanFactory的实现类就具体承担了bean的注册以及管理工作。它们之间的关系就如下图:

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BeanFactory、BeanDefinitionRegistry关系图(来自:Spring揭秘)

DefaultListableBeanFactory作为一个比较通用的BeanFactory实现,它同时也实现了BeanDefinitionRegistry接口,因此它就承担了Bean的注册管理工作。从图中也可以看出,BeanFactory接口中主要包含getBean、containBean、getType、getAliases等管理bean的方法,而BeanDefinitionRegistry接口则包含registerBeanDefinition、removeBeanDefinition、getBeanDefinition等注册管理BeanDefinition的方法。

下面通过一段简单的代码来模拟BeanFactory底层是如何工作的:

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这段代码仅为了说明BeanFactory底层的大致工作流程,实际情况会更加复杂,比如bean之间的依赖关系可能定义在外部配置文件(XML/Properties)中、也可能是注解方式。Spring IoC容器的整个工作流程大致可以分为两个阶段:

①、容器启动阶段

容器启动时,会通过某种途径加载 ConfigurationMetaData。除了代码方式比较直接外,在大部分情况下,容器需要依赖某些工具类,比如: BeanDefinitionReader,BeanDefinitionReader会对加载的 ConfigurationMetaData进行解析和分析,并将分析后的信息组装为相应的BeanDefinition,最后把这些保存了bean定义的BeanDefinition,注册到相应的BeanDefinitionRegistry,这样容器的启动工作就完成了。这个阶段主要完成一些准备性工作,更侧重于bean对象管理信息的收集,当然一些验证性或者辅助性的工作也在这一阶段完成。

来看一个简单的例子吧,过往,所有的bean都定义在XML配置文件中,下面的代码将模拟BeanFactory如何从配置文件中加载bean的定义以及依赖关系:

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②、Bean的实例化阶段

经过第一阶段,所有bean定义都通过BeanDefinition的方式注册到BeanDefinitionRegistry中,当某个请求通过容器的getBean方法请求某个对象,或者因为依赖关系容器需要隐式的调用getBean时,就会触发第二阶段的活动:容器会首先检查所请求的对象之前是否已经实例化完成。如果没有,则会根据注册的BeanDefinition所提供的信息实例化被请求对象,并为其注入依赖。当该对象装配完毕后,容器会立即将其返回给请求方法使用。

BeanFactory只是Spring IoC容器的一种实现,如果没有特殊指定,它采用采用延迟初始化策略:只有当访问容器中的某个对象时,才对该对象进行初始化和依赖注入操作。而在实际场景下,我们更多的使用另外一种类型的容器: ApplicationContext,它构建在BeanFactory之上,属于更高级的容器,除了具有BeanFactory的所有能力之外,还提供对事件监听机制以及国际化的支持等。它管理的bean,在容器启动时全部完成初始化和依赖注入操作。

1.2、Spring容器扩展机制

IoC容器负责管理容器中所有bean的生命周期,而在bean生命周期的不同阶段,Spring提供了不同的扩展点来改变bean的命运。在容器的启动阶段, BeanFactoryPostProcessor允许我们在容器实例化相应对象之前,对注册到容器的BeanDefinition所保存的信息做一些额外的操作,比如修改bean定义的某些属性或者增加其他信息等。

如果要自定义扩展类,通常需要实现 org.springframework.beans.factory.config.BeanFactoryPostProcessor接口,与此同时,因为容器中可能有多个BeanFactoryPostProcessor,可能还需要实现 org.springframework.core.Ordered接口,以保证BeanFactoryPostProcessor按照顺序执行。Spring提供了为数不多的BeanFactoryPostProcessor实现,我们以 PropertyPlaceholderConfigurer来说明其大致的工作流程。

在Spring项目的XML配置文件中,经常可以看到许多配置项的值使用占位符,而将占位符所代表的值单独配置到独立的properties文件,这样可以将散落在不同XML文件中的配置集中管理,而且也方便运维根据不同的环境进行配置不同的值。这个非常实用的功能就是由PropertyPlaceholderConfigurer负责实现的。

根据前文,当BeanFactory在第一阶段加载完所有配置信息时,BeanFactory中保存的对象的属性还是以占位符方式存在的,比如 ${jdbc.mysql.url}。当PropertyPlaceholderConfigurer作为BeanFactoryPostProcessor被应用时,它会使用properties配置文件中的值来替换相应的BeanDefinition中占位符所表示的属性值。当需要实例化bean时,bean定义中的属性值就已经被替换成我们配置的值。当然其实现比上面描述的要复杂一些,这里仅说明其大致工作原理,更详细的实现可以参考其源码。

与之相似的,还有 BeanPostProcessor,其存在于对象实例化阶段。跟BeanFactoryPostProcessor类似,它会处理容器内所有符合条件并且已经实例化后的对象。简单的对比,BeanFactoryPostProcessor处理bean的定义,而BeanPostProcessor则处理bean完成实例化后的对象。BeanPostProcessor定义了两个接口:

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为了理解这两个方法执行的时机,简单的了解下bean的整个生命周期:

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Bean的实例化过程(来自:Spring揭秘)

postProcessBeforeInitialization()方法与 postProcessAfterInitialization()分别对应图中前置处理和后置处理两个步骤将执行的方法。这两个方法中都传入了bean对象实例的引用,为扩展容器的对象实例化过程提供了很大便利,在这儿几乎可以对传入的实例执行任何操作。注解、AOP等功能的实现均大量使用了 BeanPostProcessor,比如有一个自定义注解,你完全可以实现BeanPostProcessor的接口,在其中判断bean对象的脑袋上是否有该注解,如果有,你可以对这个bean实例执行任何操作,想想是不是非常的简单?

再来看一个更常见的例子,在Spring中经常能够看到各种各样的Aware接口,其作用就是在对象实例化完成以后将Aware接口定义中规定的依赖注入到当前实例中。比如最常见的 ApplicationContextAware接口,实现了这个接口的类都可以获取到一个ApplicationContext对象。当容器中每个对象的实例化过程走到BeanPostProcessor前置处理这一步时,容器会检测到之前注册到容器的ApplicationContextAwareProcessor,然后就会调用其postProcessBeforeInitialization()方法,检查并设置Aware相关依赖。看看代码吧,是不是很简单:

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最后总结一下,本小节内容和你一起回顾了Spring容器的部分核心内容,限于篇幅不能写更多,但理解这部分内容,足以让您轻松理解Spring Boot的启动原理,如果在后续的学习过程中遇到一些晦涩难懂的知识,再回过头来看看Spring的核心知识,也许有意想不到的效果。也许Spring Boot的中文资料很少,但Spring的中文资料和书籍有太多太多,总有东西能给你启发。

二、夯实基础:JavaConfig与常见Annotation

2.1、JavaConfig

我们知道 bean是Spring IOC中非常核心的概念,Spring容器负责bean的生命周期的管理。在最初,Spring使用XML配置文件的方式来描述bean的定义以及相互间的依赖关系,但随着Spring的发展,越来越多的人对这种方式表示不满,因为Spring项目的所有业务类均以bean的形式配置在XML文件中,造成了大量的XML文件,使项目变得复杂且难以管理。

后来,基于纯Java Annotation依赖注入框架 Guice出世,其性能明显优于采用XML方式的Spring,甚至有部分人认为, Guice可以完全取代Spring( Guice仅是一个轻量级IOC框架,取代Spring还差的挺远)。正是这样的危机感,促使Spring及社区推出并持续完善了 JavaConfig子项目,它基于Java代码和Annotation注解来描述bean之间的依赖绑定关系。比如,下面是使用XML配置方式来描述bean的定义:

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