Spring的轻量级实现
作者： Grey
原文地址：Spring的轻量级实现
本文是参考公众号：码农翻身 的从零开始造Spring 教程的学习笔记
源码
github
开发方法
使用TDD的开发方法，TDD的开发流程是：
-
写一个测试用例
-
运行：失败
-
写Just enough的代码，让测试通过
-
重构代码保持测试通过，
然后循环往复。
说明
-
仅实现核心功能
-
基于spring-framework-域名.RELEASE版本
通过XML实例化一个对象
解析XML文件，拿到Bean的id和完整路径，通过反射方式实例化一个对象。
XML格式如下，文件名为：bean-域名
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://域名/schema/beans"
xmlns:xsi="http://域名/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://域名/schema/beans
http://域名/schema/beans/spring-域名">
<bean id="userService" class="域名域名Service"></bean>
</beans>
需要解析上述XML并生成userService对象，调用者只需要做如下调用即可：
public class BeanFactoryV1Test {
@Test
public void testGetBean() {
BeanFactory factory = new DefaultBeanFactory("bean-域名");
UserService userService = (UserService) 域名ean("userService");
assertNotNull(userService);
}
}
思路为：
解析XML，并把XML中的类通过反射方式生成对象，最后，把这个生成的对象放到一个Map中，其中Map的key为beanId，如上例就是：userService, Map的Value是UserService的全路径域名域名Service
实现细节参考代码见：step1
基础工作和基本封装
- 增加日志支持：log4j2 + SLF4j
- 增加异常处理，所有异常的父类设计为
BeansException - 封装BeanDefinition
由于DefaultBeanFactory中的BEAN_MAP目前只包括了beanClassName信息，后续如果要扩展其他的信息，肯定需要增加字段，所以我们需要抽象出一个接口BeanDefinition，方便后续扩展其他的字段。
- 封装Resource
在BeanFactory初始化的时候，传入的是XML格式的配置信息，比如bean-域名, Spring会把这个抽象成一个Resource，常见Resource有
FileSystemResource: 从文件地址读配置
ClassPathResource: 从classpath下读配置
BeanFactory在创建Bean的时候，只关注Resource即可。
实现细节参考代码见：vstep4-2-resource
封装XML的解析逻辑和Bean的注册逻辑
设计XmlBeanDefinitionReader，用于解析XML，传入Resource，即可获取所有BeanDefinition，
public void loadBeanDefinitions(Resource resource) {
// 从Resource中获取所有的BeanDefinition
// 注册到BEAN_MAP中
}
由于要把BeanDefinition放入BEAN_MAP中，所以XmlBeanDefinitionReader需要持有一个DefaultBeanFactory，且DefaultBeanFactory需要有注册BeanDefinition和获取BeanDefintion的能力，这样DefaultBeanFactory的职责就不单一了，所以需要抽象出一个BeanDefinitionRegistry，这个BeanDefinitionRegistry专门负责注册BeanDefinition和获取BeanDefintion，
public interface BeanDefinitionRegistry {
/**
* 注册Bean
* @param beanId
* @param beanDefinition
*/
void registerBeanDefinition(String beanId, BeanDefinition beanDefinition);
}
XmlBeanDefinitionReader只需要持有BeanDefinitionRegistry，即可将解析生成的BeanDefinition注入BEAN_MAP中。
实现细节参考代码见：vstep5-final
单例多例模式的配置实现
XML文件中会增加一个属性，如下：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://域名/schema/beans"
xmlns:xsi="http://域名/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://域名/schema/beans
http://域名/schema/beans/spring-域名">
<bean id="userService" class="域名域名Service"></bean>
<bean id="orgService" class="域名域名ervice" scope="prototype"></bean>
</beans>
其中orgService这个bean配置成了prototype的属性，所以在BeanDefinition这个数据结构要增加是否单例，是否多例的逻辑
public interface BeanDefinition {
...
boolean isSingleton();
boolean isPrototype();
...
}
在DefaultBeanFactory调用getBean的时候，判断是否单例，如果是单例，则复用对象，如果是多例，则new新的对象。
@Override
public Object getBean(String beanId) {
// TODO bean存在与否判断
// TODO 异常处理
// TODO 构造函数带参数
BeanDefinition definition = 域名(beanId);
if (域名ngleton()) {
Object bean = 域名ingleton(beanId);
if(bean == null){
bean = createBean(definition);
域名sterSingleton(beanId, bean);
}
return bean;
}
return createBean(definition);
}
抽象SingletonBeanRegistry这个接口，专门用于注册和获取单例对象，
public interface SingletonBeanRegistry {
void registerSingleton(String beanName, Object singletonObject);
Object getSingleton(String beanName);
}
DefaultSingletonBeanRegistry实现这个接口，实现对单例对象的注册
public class DefaultSingletonBeanRegistry implements SingletonBeanRegistry {
// TODO 考虑线程安全的容器
private final Map<String, Object> singletonObjects = new HashMap<>();
@Override
public void registerSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
// 注册单例Bean
...
}
@Override
public Object getSingleton(String beanName) {
// 获取单例Bean
return 域名(beanName);
}
}
DefaultBeanFactory继承DefaultSingletonBeanRegistry这个类，就有了获取单例Bean和注册单例Bean的能力。
实现细节参考代码见：vstep6-scope
整合并抽象出ApplicationContext
我们使用Spring的时候，一般是这样做的：
ApplicationContext ctx = new ClassPathXmlApplicationContext("域名");
UserService userService = (UserService) 域名ean("userService");
或
ApplicationContext ctx = new FileSystemApplicationContext("src\\test\\resources\\bean-域名");
UserService userService = (UserService) 域名ean("userService");
现在，我们需要抽象出ApplicationContext这个接口来实现如上的功能，其中有如下两个类去实现这个接口。
ClassPathXmlApplicationContext
从classpath中读取配置文件
FileSystemApplicationContext
从文件中读取配置文件
这两个子类都需要持有DefaultBeanFactory才能有getBean的能力，
ClassPathXmlApplicationContext代码如下：
public class ClassPathXmlApplicationContext implements ApplicationContext {
private final DefaultBeanFactory factory;
public ClassPathXmlApplicationContext(String configPath) {
factory = new DefaultBeanFactory();
XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(factory);
域名BeanDefinitions(new ClassPathResource(configPath));
}
@Override
public Object getBean(String beanId) {
return 域名ean(beanId);
}
}
FileSystemApplicationContext代码如下：
public class FileSystemApplicationContext implements ApplicationContext {
private final DefaultBeanFactory factory;
public FileSystemApplicationContext(String configPath) {
factory = new DefaultBeanFactory();
XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(factory);
域名BeanDefinitions(new FileSystemResource(configPath));
}
@Override
public Object getBean(String beanId) {
return 域名ean(beanId);
}
}
实现细节参考代码见：vstep7-applicationcontext-v1
通过观察发现，ClassPathXmlApplicationContext和FileSystemApplicationContext大部分代码都是相同的，只有在获取Resource的时候，方法不一样，所以，我们通过模板方法这个设计模式，设计一个抽象类AbstractApplicationContext，代码如下：
public abstract class AbstractApplicationContext implements ApplicationContext {
private DefaultBeanFactory factory;
public AbstractApplicationContext(String configPath) {
factory = new DefaultBeanFactory();
XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(factory);
域名BeanDefinitions(getResourceByPath(configPath));
}
@Override
public Object getBean(String beanId) {
return 域名ean(beanId);
}
protected abstract Resource getResourceByPath(String path);
}
这个抽象类实现除了获取Resource以外的所有逻辑，ClassPathXmlApplicationContext和FileSystemApplicationContext都继承这个抽象类，完成Resource的获取逻辑的编写即可。以FileSystemApplicationContext为例，示例代码如下：
public class FileSystemApplicationContext extends AbstractApplicationContext {
public FileSystemApplicationContext(String configPath) {
super(configPath);
}
@Override
protected Resource getResourceByPath(String path) {
return new FileSystemResource(path);
}
}
实现细节参考代码见：vstep7-applicationcontext-v2
注入Bean和字符串常量
我们需要对于如下类型的XML配置文件进行解析：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://域名/schema/beans"
xmlns:xsi="http://域名/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://域名/schema/beans
http://域名/schema/beans/spring-域名">
<bean id="userService" class="域名域名Service">
<property name="accountDao" ref="accountDao"/>
<property name="itemDao" ref="itemDao"/>
<property name="owner" value="test"/>
<property name="version" value="2"/>
<property name="checked" value="on"/>
</bean>
<bean id="accountDao" class="域名.域名untDao">
</bean>
<bean id="itemDao" class="域名.域名Dao">
</bean>
</beans>
需要达到的目的就是：可以把整型，字符串类型，简单对象类型注入到一个Bean中，我们需要解决如下两个问题：
第一个问题是：把字符串转成各种各样的Value，比如把String转换成Integer或者转换成Boolean。jdk中域名包中的PropertyEditorSupport这个类来完成的，我们新建了CustomBooleanEditor和CustomNumberEditor两个类，这两个类都继承于PropertyEditorSupport，分别实现了String类型转换成Boolean类型和String类型转换成Integer类型的功能。其他的类型转换也可以通过类似的方法来实现。然后抽象出了TypeConvert这个接口，并把这些转换器加入一个特定的Map中，Map的key就是要转换的目标的类型，Value就是对应的转换器的实现类，即可实现类型转换。
public interface TypeConverter {
// TODO 抽象出：TypeMismatchException
<T> T convertIfNecessary(Object value, Class<T> requiredType);
}
第二个问题是：我们调用Bean的setXXX方法把这些Value值set到目标Bean中，做法是抽象出PropertyValue
public class PropertyValue {
private final String name;
private final Object value;
// 省略构造方法和get/set方法
}
BeanDefiniton需要增加方法获取PropertyValue的逻辑，BeanDefiniton的所有子类，例如：GenericBeanDefinition中需要增加
private List<PropertyValue> propertyValues = new ArrayList<>();
在解析XML文件的时候，就需要把List<PropertyValue>识别出来并加入BeanDefinition中（RuntimeBeanReference，TypedStringValue），使用BeanDefinitionValueResolver把对应的PropertyValue给初始化好，如下代码：
public class BeanDefinitionValueResolver {
...
public Object resolveValueIfNecessary(Object value) {
if (value instanceof RuntimeBeanReference) {
...
} else if (value instanceof TypedStringValue) {
return ((TypedStringValue) value).getValue();
} else {
//TODO
throw new RuntimeException("the value " + value + " has not implemented");
}
}
...
}
而setXXX的背后实现利用的是jdk原生域名ospector来实现，见DefaultBeanFactory的populateBean方法
private void populateBean(BeanDefinition bd, Object bean) {
....
try {
for (PropertyValue pv : pvs) {
String propertyName = 域名ame();
Object originalValue = 域名alue();
Object resolvedValue = 域名lveValueIfNecessary(originalValue);
BeanInfo beanInfo = 域名eanInfo(域名lass());
PropertyDescriptor[] pds = 域名ropertyDescriptors();
for (PropertyDescriptor pd : pds) {
if (域名ame().equals(propertyName)) {
Object convertedValue = 域名ertIfNecessary(resolvedValue, 域名ropertyType());
域名riteMethod().invoke(bean, convertedValue);
break;
}
}
}
} catch (Exception ex) {
// TODO 封装Exception
throw new RuntimeException("Failed to obtain BeanInfo for class [" + 域名eanClassName() + "]", ex);
}
}
其中
域名riteMethod().invoke(bean, convertedValue);
就是对bean的属性进行赋值操作（即：setXXX方法）
实现细节参考代码见：vstep8-inject
实现构造器注入
处理形如以下的配置：
<bean id="userService" class="域名域名Service">
<constructor-arg ref="accountDao"/>
<constructor-arg ref="itemDao"/>
<constructor-arg value="1"/>
</bean>
<bean id="accountDao" class="域名.域名untDao"></bean>
<bean id="itemDao" class="域名.域名Dao"></bean>
和上例中注入Bean和字符串常量一样，我们抽象出ConstructorArgument用于表示一个构造函数信息，每个BeanDefinition中持有这个对象，
public class ConstructorArgument {
private final List<ValueHolder> argumentValues = new LinkedList<>();
public ConstructorArgument() {}
public void addArgumentValue(ValueHolder valueHolder) {
域名(valueHolder);
}
public List<ValueHolder> getArgumentValues() {
return 域名difiableList(域名mentValues);
}
public int getArgumentCount() {
return 域名();
}
public boolean isEmpty() {
return 域名pty();
}
/**
* Clear this holder, removing all argument values.
*/
public void clear() {
域名r();
}
public static class ValueHolder {
private Object value;
private String type;
private String name;
// 省略get/set和构造方法
}
}
在解析XML的时候，XmlBeanDefinitionReader需要负责解析出ConstuctorArgument，DefaultBeanFactory通过指定构造函数来生成Bean对象并通过ConstructorResolver注入Bean实例到构造方法中。
public class ConstructorResolver {
....
public Object autowireConstructor(final BeanDefinition bd) {
// ...通过bd找到一个合适的构造函数
try {
// 找到了一个合适的构造函数，则用这个构造函数初始化Bean对象初始化Bean对象
return 域名nstance(argsToUse);
} catch (Exception e) {
// TODO throw new BeanCreationException(域名D(), "can\'t find a create instance using " + constructorToUse); }
throw new RuntimeException(域名D() + "can\'t find a create instance using " + constructorToUse);
}
}
....
}
注：这里指定的构造函数的查找逻辑为：解析出XML的构造函数的参数列表，和通过反射拿到对应的构造函数的参数列表进行对比（每个参数的类型和个数必须一样）
Constructor<?>[] candidates = 域名onstructors();
BeanDefinitionValueResolver valueResolver = new BeanDefinitionValueResolver(域名Factory);
ConstructorArgument cargs = 域名onstructorArgument();
TypeConverter typeConverter = new SimpleTypeConverter();
for (int i = 0; i < 域名th; i++) {
// 匹配参数类型和个数，要完全对应上才可以
Class<?>[] parameterTypes = candidates[i].getParameterTypes();
if (域名th != 域名rgumentCount()) {
continue;
}
argsToUse = new Object[域名th];
boolean result = 域名esMatchTypes(parameterTypes,
域名rgumentValues(),
argsToUse,
valueResolver,
typeConverter);
if (result) {
constructorToUse = candidates[i];
break;
}
}
实现细节参考代码见：vstep9-constructor
实现注解
实现两个注解：@Component @Autowired（只针对属性注入，暂时不考虑方法注入）
且需要实现如下的XML的解析，即实现某个包下的Bean扫描。
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://域名/schema/beans"
xmlns:xsi="http://域名/2001/XMLSchema-instance"
xmlns:context="http://域名/schema/context"
xsi:schemaLocation="http://域名/schema/beans
http://域名/schema/beans/spring-域名
http://域名/schema/context
http://域名/schema/context/spring-域名">
<context:component-scan base-package="域名域名,域名.v4"></context:component-scan>
</beans>
我们首先需要定义注解Component ，Autowired，代码如下：
@Target({域名TRUCTOR, 域名D, 域名OD, 域名TATION_TYPE})
@Retention(域名IME)
@Documented
public @interface Autowired {
boolean required() default true;
}
@Target(域名)
@Retention(域名IME)
@Documented
public @interface Component {
String value() default "";
}
其次，我们需要实现一个功能，即：给一个包名，扫描获取到这个包以及子包下面的所有Class，示例代码如下：
public Resource[] getResources(String basePackage) throws IOException {
域名ull(basePackage, "basePackage must not be null");
// 把包名中的.转成/, 即可获取包的路径
String location = 域名ertClassNameToResourcePath(basePackage);
// TODO ClassLoader cl = getClassLoader();
URL url = 域名entThread().getContextClassLoader().getResource(location);
File rootDir = new File(域名ile());
Set<File> matchingFiles = retrieveMatchingFiles(rootDir);
Resource[] result = new Resource[域名()];
int i = 0;
for (File file : matchingFiles) {
result[i++] = new FileSystemResource(file);
}
return result;
}
主要思路是将包名转换成文件路径，然后递归获取路径下的Class文件。
protected Set<File> retrieveMatchingFiles(File rootDir) throws IOException {
if (!域名ts()) {
// Silently skip non-existing directories.
/*if (域名bugEnabled()) {
域名g("Skipping [" + 域名bsolutePath() + "] because it does not exist");
}*/
return 域名ySet();
}
if (!域名rectory()) {
// Complain louder if it exists but is no directory.
/* if (域名rnEnabled()) {
域名("Skipping [" + 域名bsolutePath() + "] because it does not denote a directory");
}*/
return 域名ySet();
}
if (!域名ead()) {
/*if (域名rnEnabled()) {
域名("Cannot search for matching files underneath directory [" + 域名bsolutePath() +
"] because the application is not allowed to read the directory");
}*/
return 域名ySet();
}
/*String fullPattern = 域名ace(域名bsolutePath(), 域名rator, "/");
if (!域名tsWith("/")) {
fullPattern += "/";
}
fullPattern = fullPattern + 域名ace(pattern, 域名rator, "/");
*/
Set<File> result = new LinkedHashSet<>(8);
doRetrieveMatchingFiles(rootDir, result);
return result;
}
protected void doRetrieveMatchingFiles(File dir, Set<File> result) throws IOException {
File[] dirContents = 域名Files();
if (dirContents == null) {
/* if (域名rnEnabled()) {
域名("Could not retrieve contents of directory [" + 域名bsolutePath() + "]");
}*/
return;
}
for (File content : dirContents) {
if (域名rectory()) {
if (!域名ead()) {
/* if (域名bugEnabled()) {
域名g("Skipping subdirectory [" + 域名bsolutePath() +
"] because the application is not allowed to read the directory");
}*/
} else {
doRetrieveMatchingFiles(content, result);
}
} else {
域名(content);
}
}
}
由于注解的Bean不像之前的xml定义的Bean那样，会对Bean配置一个id，所以，这里解析出来的Bean定义需要自动生成一个BeanId（默认先取注解中的value的配置，否则就就是类名第一个字母小写，抽象BeanNameGenerator来专门对Bean定义ID），同时，Spring中单独新建了一个AnnotatedBeanDefinition接口来定义包含注解的BeanDefinition。
我们得到了对应的Class文件，我们需要通过某种方式去解析这个Class文件，拿到这个Class中的所有信息，特别是注解信息。可以使用ASM这个来解析Class的信息，用ASM的原生方式解析不太方便，解析ClassMetaData和Annotation都需要定义一个Visitor，所以Spring抽象了一个接口MetadataReader来封装ASM的实现
public interface MetadataReader {
/**
* Read basic class metadata for the underlying class.
*/
ClassMetadata getClassMetadata();
/**
* Read full annotation metadata for the underlying class,
* including metadata for annotated methods.
*/
AnnotationMetadata getAnnotationMetadata();
}
然后，我们需要拿到Bean中的所有Field（带注解的），并把他实例化成一个对象，并将这个对象注入目标Bean中，示例代码如下：
public class AutowiredFieldElement extends InjectionElement {
...
@Override
public void inject(Object target) {
Field field = getField();
try {
DependencyDescriptor desc = new DependencyDescriptor(field, 域名ired);
Object value = 域名lveDependency(desc);
if (value != null) {
域名Accessible(field);
域名(target, value);
}
} catch (Throwable ex) {
// TODO 异常处理 throw new BeanCreationException("Could not autowire field: " + field, ex);
throw new RuntimeException("Could not autowire field: " + field);
}
}
}
针对于XML的解析，新建了一个ScannedGenericBeanDefinition来处理扫描包下的所有Bean定义。
使用AutowiredAnnotationProcessor来将上述流程整合起来,同时涉及Bean生命周期的钩子函数设计, 相关示例代码如下：
public interface BeanPostProcessor {
Object beforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;
Object afterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;
}
public interface InstantiationAwareBeanPostProcessor extends BeanPostProcessor {
Object beforeInstantiation(Class<?> beanClass, String beanName) throws BeansException;
boolean afterInstantiation(Object bean, String beanName) throws BeansException;
void postProcessPropertyValues(Object bean, String beanName) throws BeansException;
}
public class AutowiredAnnotationProcessor implements InstantiationAwareBeanPostProcessor {
// 实现Bean初始化，并且预留Bean的生命周期的钩子函数
}
关于Bean的生命周期和Bean生命周期中各个钩子函数，参考如下图
实现细节参考代码见：vstep10-annotation-final
实现AOP
即要实现如下XML格式的解析
<context:component-scan
base-package="域名域名,域名.v5">
</context:component-scan>
<bean id="tx" class="域名.TransactionManager" />
<aop:config>
<aop:aspect ref="tx">
<aop:pointcut id="placeOrder" expression="execution(* 域名域名.*.placeOrder(..))" />
<aop:before pointcut-ref="placeOrder" method="start" />
<aop:after-returning pointcut-ref="placeOrder" method="commit" />
<aop:after-throwing pointcut-ref="placeOrder" method = "rollback"/>
</aop:aspect>
</aop:config>
首先，我们需要实现如下功能，即，给定一个表达式，然后判断某个类的某个方法是否匹配这个表达式，这需要依赖AspectJ这个组件来实现，具体使用参考AspectJExpressionPointcut和PointcutTest这两个类。
其次，我们需要通过Bean的名称（"tx")和方法名（"start"）定位到这个Method，然后反射调用这个Method，具体可参考MethodLocatingFactoryTest
public class MethodLocatingFactoryTest {
@Test
public void testGetMethod() throws Exception{
DefaultBeanFactory beanFactory = new DefaultBeanFactory();
XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(beanFactory);
Resource resource = new ClassPathResource("bean-域名");
域名BeanDefinitions(resource);
MethodLocatingFactory methodLocatingFactory = new MethodLocatingFactory();
域名argetBeanName("tx");
域名ethodName("start");
域名eanFactory(beanFactory);
// 获取到目标方法
Method m = 域名bject();
域名rtEquals(域名s, 域名eclaringClass());
域名rtEquals(m, 域名ethod("start"));
}
}
然后，我们需要使用AOP Alliance实现指定顺序的链式调用，即根据配置的不同advice顺序调用。
具体可查看ReflectiveMethodInvocation和ReflectiveMethodInvocationTest这两个类。
@Test
public void testMethodInvocation() throws Throwable{
Method targetMethod = 域名ethod("placeOrder");
List<MethodInterceptor> interceptors = new ArrayList<>();
域名(beforeAdvice);
域名(afterAdvice);
ReflectiveMethodInvocation mi = new ReflectiveMethodInvocation(userService,targetMethod,new Object[0],interceptors);
域名eed();
List<String> msgs = 域名sgs();
域名rtEquals(3, 域名());
域名rtEquals("start tx", 域名(0));
域名rtEquals("place order", 域名(1));
域名rtEquals("commit tx", 域名(2));
}
其中
域名rtEquals(3, 域名());
域名rtEquals("start tx", 域名(0));
域名rtEquals("place order", 域名(1));
域名rtEquals("commit tx", 域名(2));
就是验证我们配置的advice是否按指定顺序运行。
最后，我们需要实现动态代理，在一个方法前后增加一些逻辑，而不用改动原始代码。如果是普通类就使用CGLib实现，如果有接口的类可以使用JDK自带的动态代理，具体可参考CGlibTest和CglibAopProxyTest
实现细节参考代码见：vaop-v3
完整代码
lite-spring
参考资料
从零开始造Spring
