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title: Spring IOC简介
date: 2025-11-26
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# 一、IOC
Spring框架的核心是IOC（控制反转）容器，它负责管理应用程序中的对象（称为Bean）的创建、配置和组装。
[IoC 容器](https://docs.springjava.cn/spring-framework/reference/core/beans.html)
# 二、Bean
## 2.1 定义
在Spring中，Bean是指由Spring IOC容器管理的对象实例。这些对象不再由应用程序直接创建，而是由容器负责实例化、配置和组装。
例如@Service、@Controller就是特殊的Bean。
## 2.2 特点
- 由容器管理：生命周期由Spring容器控制
- 可配置性：通过配置元数据定义Bean的行为
- 依赖注入：容器自动处理Bean之间的依赖关系
- 作用域支持：支持singleton、prototype等不同作用域
## 2.3 创建方式
```java
// 1. 通过@Component注解
@Component
public class UserService {
// ...
}
// 2. 通过@Bean注解（配置类中）
@Configuration
public class AppConfig {
@Bean
public DataSource dataSource() {
return new DataSource();
}
}
// 3. 通过XML配置
```
::: tip
@Service、@Controller这些注解是@Component的衍生注解。
@Component注解可以通过@Autowired自动注入，一般用于自己编写的业务模块，需要配合@ComponentScan启用组件扫描（实际开发中@SpringBootApplication注解已经包含了@ComponentScan注解）。
@Bean注解一般用于注册第三方库的类。
:::
## 2.4 作用域
控制 Bean 在容器中的实例数量和生命周期。Spring 提供多种作用域，默认是 singleton。通过 @Scope 注解指定，如 @Scope("prototype")。
- singleton（单例）：容器中只有一个实例，所有请求共享该实例（默认值）。
- prototype（多例）：每次请求（如 getBean()）都会创建新实例，容器不管理其销毁。
- request（Web）：每个 HTTP 请求创建一个实例，仅在当前请求有效。
- session（Web）：每个会话创建一个实例，在会话有效期内有效。
## 2.5 生命周期
1. 实例化（Instantiation）
容器通过构造器创建 Bean 实例（分配内存）。
2. 属性注入（Population）
容器将依赖的 Bean 注入到当前 Bean 的字段或方法（如 @Autowired 标注的依赖）。
3. 初始化前（Post-processing before initialization）
执行 BeanPostProcessor 的 postProcessBeforeInitialization 方法（AOP 代理生成在此阶段）。
4. 初始化（Initialization）
调用 @PostConstruct 注解的方法（JSR-250 标准，推荐）。
若实现 InitializingBean 接口，调用 afterPropertiesSet() 方法。
执行自定义初始化方法（如 @Bean(initMethod = "init") 中指定的 init 方法）。
5. 初始化后（Post-processing after initialization）
执行 BeanPostProcessor 的 postProcessAfterInitialization 方法。
6. 使用（In Use）
Bean 被应用程序调用。
7. 销毁（Destruction）
调用 @PreDestroy 注解的方法（JSR-250 标准，推荐）。
若实现 DisposableBean 接口，调用 destroy() 方法。
执行自定义销毁方法（如 @Bean(destroyMethod = "destroy") 中指定的 destroy 方法）。
# 三、BeanDefinition
## 3.1 定义
BeanDefinition是Spring框架中描述Bean的元数据对象，它包含了创建Bean实例所需的所有信息。
## 3.2 作用
- 定义Bean的类名
- 设置Bean的作用域
- 配置Bean的属性值
- 定义依赖关系
- 配置初始化/销毁方法
## 3.3 结构
```xml
BeanDefinition (接口)
↑
AbstractBeanDefinition (抽象类)
↑
RootBeanDefinition, GenericBeanDefinition, ChildBeanDefinition
```
## 3.4 关键属性
```java
public interface BeanDefinition {
// Bean的类名
void setBeanClassName(String beanClassName);
String getBeanClassName();
// 作用域（singleton、prototype等）
void setScope(String scope);
String getScope();
// 是否延迟初始化
void setLazyInit(boolean lazyInit);
boolean isLazyInit();
// 依赖的Bean名称
void setDependsOn(String... dependsOn);
String[] getDependsOn();
// 初始化方法
void setInitMethodName(String initMethodName);
String getInitMethodName();
// 销毁方法
void setDestroyMethodName(String destroyMethodName);
String getDestroyMethodName();
// 工厂方法名
void setFactoryMethodName(String factoryMethodName);
String getFactoryMethodName();
}
```
## 3.5 创建过程
```java
// 编程方式创建BeanDefinition
GenericBeanDefinition beanDefinition = new GenericBeanDefinition();
beanDefinition.setBeanClassName("com.example.UserService");
beanDefinition.setScope(BeanDefinition.SCOPE_SINGLETON);
beanDefinition.setLazyInit(false);
// 注册到BeanFactory
DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
beanFactory.registerBeanDefinition("userService", beanDefinition);
```
# 四、BeanFactory
## 4.1 定义
BeanFactory是Spring IOC容器的根接口，提供了最基本的IOC功能。它是访问Spring容器的基本客户端视图。
## 4.2 结构
```xml
BeanFactory (根接口)
↑
ListableBeanFactory, HierarchicalBeanFactory, AutowireCapableBeanFactory
↑
ConfigurableBeanFactory, ConfigurableListableBeanFactory
↑
DefaultListableBeanFactory (主要实现类)
```
## 4.3 核心方法
```java
public interface BeanFactory {
// 根据名称获取Bean实例
Object getBean(String name) throws BeansException;
// 根据名称和类型获取Bean实例
T getBean(String name, Class requiredType) throws BeansException;
// 根据类型获取Bean实例
T getBean(Class requiredType) throws BeansException;
// 判断是否包含指定名称的Bean
boolean containsBean(String name);
// 判断Bean是否是单例
boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
// 判断Bean是否是原型
boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
// 获取Bean的类型
Class getType(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;
}
```
## 4.4 使用示例
```java
// 创建BeanFactory实例
DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
// 创建BeanDefinition
GenericBeanDefinition beanDefinition = new GenericBeanDefinition();
beanDefinition.setBeanClassName("com.example.UserService");
// 注册BeanDefinition
beanFactory.registerBeanDefinition("userService", beanDefinition);
// 获取Bean实例
UserService userService = beanFactory.getBean("userService", UserService.class);
```
## 4.5 特点
- 轻量级：功能相对简单，资源消耗少
- 延迟加载：默认在第一次请求时才创建Bean实例
- 基础功能：提供最基本的IOC功能
# 五、ApplicationContext ★★★
## 5.1 定义
ApplicationContext是BeanFactory的子接口，在BeanFactory的基础上提供了更多企业级功能，是Spring容器的完整实现。
## 5.2 结构
```xml
BeanFactory
↑
ApplicationContext (扩展接口)
↑
ConfigurableApplicationContext
↑
AbstractApplicationContext
↑
ClassPathXmlApplicationContext, FileSystemXmlApplicationContext,
AnnotationConfigApplicationContext, WebApplicationContext
```
## 5.3 特点
- 完整的IOC功能：包含BeanFactory的所有功能
- 预实例化单例Bean：默认在启动时创建单例Bean
- 企业级功能：支持AOP、事务管理、国际化等
- 资源访问：统一的资源访问接口
- 事件机制：支持应用内事件发布/订阅
## 5.4 refresh方法
```java
// AbstractApplicationContext.java
/**
* Spring ApplicationContext 的核心启动方法
* 定义了容器初始化的完整生命周期
*/
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
// 使用同步锁确保容器启动的线程安全性，防止并发刷新
synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
// [1] 准备刷新容器 - 设置启动状态，验证环境配置
prepareRefresh();
// [2] 获取或创建BeanFactory - 创建DefaultListableBeanFactory实例
// 如果是XML配置，会在这里加载和解析XML文件
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
// [3] 配置BeanFactory - 设置类加载器、注册核心BeanPostProcessor等
prepareBeanFactory(beanFactory);
try {
// [4] 后处理BeanFactory - 模板方法，允许子类进行特殊配置
// Web应用会在这里注册Servlet相关的Scope
postProcessBeanFactory(beanFactory);
// [5] 🚀 关键步骤：调用BeanFactory后置处理器
// 执行BeanFactoryPostProcessor和BeanDefinitionRegistryPostProcessor
// ConfigurationClassPostProcessor在这里扫描@Component、@Configuration等注解
invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
// [6] 注册Bean后置处理器 - 注册所有BeanPostProcessor
// 包括AOP、事务、自定义的BeanPostProcessor，此时只是注册，还未执行
registerBeanPostProcessors(beanFactory);
// [7] 初始化消息源 - 设置国际化消息资源
// 用于支持多语言消息解析
initMessageSource();
// [8] 初始化应用事件广播器 - 创建事件发布机制的核心组件
// 用于发布ApplicationEvent事件
initApplicationEventMulticaster();
// [9] 模板方法：子类可以在这里执行特殊的刷新逻辑
// SpringBoot在这里启动内嵌的Tomcat服务器
onRefresh();
// [10] 注册监听器 - 将所有ApplicationListener注册到事件广播器
// 包括静态指定的监听器和从BeanFactory中获取的监听器
registerListeners();
// [11] 🏭 核心步骤：完成BeanFactory的初始化
// 实例化所有非懒加载的单例Bean，执行依赖注入、AOP代理等
finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
// [12] 完成刷新过程 - 发布ContextRefreshedEvent事件
// 标记容器启动完成，可以正常工作了
finishRefresh();
} catch (BeansException ex) {
// 如果刷新过程中出现异常，需要销毁已经创建的单例Bean，防止资源泄漏
if (logger.isWarnEnabled()) {
logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
"cancelling refresh attempt: " + ex);
}
// 销毁已经创建的单例Bean
destroyBeans();
// 重置容器状态为未激活
cancelRefresh(ex);
// 重新抛出异常
throw ex;
} finally {
// 最后重置一些公共的缓存，比如反射缓存
resetCommonCaches();
}
}
}
```
### 5.4.1 prepareRefresh()
```java
protected void prepareRefresh() {
this.startupDate = System.currentTimeMillis();
this.closed.set(false);
this.active.set(true);
if (logger.isInfoEnabled()) {
logger.info("Refreshing " + this);
}
initPropertySources();
getEnvironment().validateRequiredProperties();
this.earlyApplicationEvents = new LinkedHashSet<>();
}
```
- 这是容器启动的第一步，主要做初始化准备工作
- 设置容器的启动时间戳和活跃状态
- 验证必要的环境属性是否配置正确（比如通过@Value注解标记为必须的属性）
- 初始化早期事件集合，用于存储在事件多播器创建前发布的事件
- 为整个刷新过程奠定基础状态
### 5.4.2 obtainFreshBeanFactory()
```java
protected ConfigurableListableBeanFactory obtainFreshBeanFactory() {
refreshBeanFactory();
return getBeanFactory();
}
// 子类实现示例
protected final void refreshBeanFactory() throws IllegalStateException {
if (hasBeanFactory()) {
destroyBeans();
closeBeanFactory();
}
try {
DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();
customizeBeanFactory(beanFactory);
loadBeanDefinitions(beanFactory);
this.beanFactory = beanFactory;
}
catch (IOException ex) {
throw new ApplicationContextException("I/O error", ex);
}
}
```
- 创建或刷新底层的BeanFactory（Spring容器的核心工厂）
- 如果是刷新操作，会先销毁旧的BeanFactory和所有Bean实例
- 创建新的DefaultListableBeanFactory实例
- 加载Bean定义（从XML文件或注解配置中解析Bean的元数据）
- 这个步骤完成后，容器就知道了有哪些Bean需要管理，但还没有创建Bean实例
### 5.4.3 prepareBeanFactory()
```java
protected void prepareBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
beanFactory.setBeanClassLoader(getClassLoader());
beanFactory.setBeanExpressionResolver(new StandardBeanExpressionResolver());
beanFactory.addPropertyEditorRegistrar(new ResourceEditorRegistrar(this, getEnvironment()));
beanFactory.addBeanPostProcessor(new ApplicationContextAwareProcessor(this));
beanFactory.ignoreDependencyInterface(EnvironmentAware.class);
beanFactory.ignoreDependencyInterface(ApplicationContextAware.class);
beanFactory.registerResolvableDependency(BeanFactory.class, beanFactory);
beanFactory.registerResolvableDependency(ApplicationContext.class, this);
}
```
- 配置BeanFactory的基本设置和功能组件
- 设置类加载器、SPEL表达式解析器、属性编辑器
- 注册ApplicationContextAwareProcessor，这是实现各种Aware接口的关键
- 忽略某些接口的依赖注入（这些接口由容器特殊处理）
- 注册可解析的依赖关系，当Bean需要这些类型时直接返回容器实例
- 为BeanFactory添加基本的功能支持
### 5.4.4 postProcessBeanFactory()
```java
protected void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
// 空方法 - 模板方法模式
// 子类可以覆盖此方法添加特定逻辑
}
```
- 模板方法，允许子类在标准初始化后对BeanFactory进行自定义配置
- 在Web环境中，会在这里注册Servlet相关的Scope（request、session等）
- 可以添加特定环境的BeanPostProcessor或进行其他特殊配置
- 这是框架扩展的重要切入点
### 5.4.5 invokeBeanFactoryPostProcessors()
```java
protected void invokeBeanFactoryPostProcessors(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
PostProcessorRegistrationDelegate.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory, getBeanFactoryPostProcessors());
}
```
- 🚀 这是最关键的一步，负责扫描和注册所有的Bean定义
- 执行所有BeanFactoryPostProcessor，它们可以修改Bean的定义信息
- 特别是ConfigurationClassPostProcessor，它负责：
扫描@Component、@Service、@Repository等注解
处理@Configuration配置类
解析@Bean方法定义
处理@Import、@ComponentScan等注解
- 这一步完成后，所有的Bean定义都已经被解析和注册
### 5.4.6 registerBeanPostProcessors()
```java
protected void registerBeanPostProcessors(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
PostProcessorRegistrationDelegate.registerBeanPostProcessors(beanFactory, this);
}
```
- 注册所有的BeanPostProcessor到BeanFactory中
- 包括AOP、事务管理、自定义的Bean后置处理器等
- 注意：此时只是注册，真正的调用要等到Bean实例化时
- 这些处理器按照优先级顺序注册，确保执行顺序正确
- 这是Spring AOP和事务管理等高级功能的基础
### 5.4.7 initMessageSource()
```java
protected void initMessageSource() {
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();
if (beanFactory.containsLocalBean(MESSAGE_SOURCE_BEAN_NAME)) {
this.messageSource = beanFactory.getBean(MESSAGE_SOURCE_BEAN_NAME, MessageSource.class);
}
else {
DelegatingMessageSource dms = new DelegatingMessageSource();
this.messageSource = dms;
beanFactory.registerSingleton(MESSAGE_SOURCE_BEAN_NAME, this.messageSource);
}
}
```
- 初始化国际化消息支持
- 如果用户配置了自定义的MessageSource，就使用用户的配置
- 否则创建默认的DelegatingMessageSource
- 支持从属性文件读取多语言消息，实现国际化功能
- 用于解析${}占位符和国际化消息
### 5.4.8 initApplicationEventMulticaster()
```java
protected void initApplicationEventMulticaster() {
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();
if (beanFactory.containsLocalBean(APPLICATION_EVENT_MULTICASTER_BEAN_NAME)) {
this.applicationEventMulticaster = beanFactory.getBean(APPLICATION_EVENT_MULTICASTER_BEAN_NAME, ApplicationEventMulticaster.class);
}
else {
this.applicationEventMulticaster = new SimpleApplicationEventMulticaster(beanFactory);
beanFactory.registerSingleton(APPLICATION_EVENT_MULTICASTER_BEAN_NAME, this.applicationEventMulticaster);
}
}
```
- 初始化应用事件发布机制的核心组件
- 如果用户配置了自定义的事件广播器，就使用用户的配置
- 否则创建默认的SimpleApplicationEventMulticaster
- 这个组件负责将应用事件广播给所有监听器
- 支持观察者模式，实现应用内组件间的解耦通信
### 5.4.9 onRefresh() - 刷新时扩展点
```java
protected void onRefresh() throws BeansException {
// 空方法 - 模板方法
}
```
- 模板方法，允许子类在特定时机执行自定义逻辑
- 在Spring Boot中，这里会启动内嵌的Web服务器（Tomcat、Jetty等）
- 在Spring MVC中，这里会初始化HandlerMapping、HandlerAdapter等组件
- 这是框架扩展的重要切入点，不同的ApplicationContext实现有不同的行为
### 5.4.10 registerListeners()
```java
protected void registerListeners() {
for (ApplicationListener listener : getApplicationListeners()) {
getApplicationEventMulticaster().addApplicationListener(listener);
}
String[] listenerBeanNames = getBeanNamesForType(ApplicationListener.class, true, false);
for (String listenerBeanName : listenerBeanNames) {
getApplicationEventMulticaster().addApplicationListenerBean(listenerBeanName);
}
// 发布早期事件
if (this.earlyApplicationEvents != null) {
for (ApplicationEvent earlyEvent : this.earlyApplicationEvents) {
getApplicationEventMulticaster().multicastEvent(earlyEvent);
}
}
}
```
- 注册所有的事件监听器到事件广播器
- 包括静态注册的监听器和从BeanFactory中获取的监听器Bean
- 发布在监听器注册前收集的早期事件
- 确保事件发布机制完整可用，应用事件能够正确分发
### 5.4.11 finishBeanFactoryInitialization()
```java
protected void finishBeanFactoryInitialization(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
if (beanFactory.containsBean(CONVERSION_SERVICE_BEAN_NAME)) {
beanFactory.setConversionService(beanFactory.getBean(CONVERSION_SERVICE_BEAN_NAME, ConversionService.class));
}
if (!beanFactory.hasEmbeddedValueResolver()) {
beanFactory.addEmbeddedValueResolver(strVal -> getEnvironment().resolvePlaceholders(strVal));
}
beanFactory.freezeConfiguration();
beanFactory.preInstantiateSingletons();
}
```
- 🏭 这是最核心的步骤，真正创建Bean实例
- 初始化类型转换服务（ConversionService）
- 注册嵌入式值解析器（用于解析${}占位符）
- 冻结Bean定义，防止后续修改
- 实例化所有非懒加载的单例Bean，这个过程中会：
创建Bean实例
执行依赖注入（@Autowired、@Resource等）
执行BeanPostProcessor（AOP代理在这里发生）
调用初始化方法（@PostConstruct、InitializingBean）
- 这是容器启动过程中最耗时的步骤
### 5.4.12 finishRefresh()
```java
protected void finishRefresh() {
clearResourceCaches();
initLifecycleProcessor();
getLifecycleProcessor().onRefresh();
publishEvent(new ContextRefreshedEvent(this));
LiveBeansView.registerApplicationContext(this);
}
```
- 完成容器的启动过程，进行最后的清理和通知工作
- 清除资源缓存，释放临时资源
- 初始化生命周期处理器，管理Bean的生命周期
- 发布ContextRefreshedEvent事件，通知所有监听器容器已启动完成
- 注册LiveBeansView（用于监控和调试）
- 标记整个容器启动流程结束，容器进入就绪状态
### 5.4.13 总结
refresh()方法按固定顺序执行12个步骤，核心可归纳为：**准备容器环境 → 解析并注册Bean定义→ 初始化事件、消息等基础设施 → 实例化所有非懒加载的单例Bean→ 完成启动并发布事件**。整个过程通过模板方法模式定义，确保了扩展性和一致性。
核心在于两个关键扩展机制：**BeanFactoryPostProcessor在Bean定义阶段介入，负责修改和注册Bean的定义信息；BeanPostProcessor在Bean实例化阶段介入，负责对创建好的Bean实例进行增强和包装。**