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聊透Spring bean的生命周期

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 在对于Spring的所有解读中,Bean的生命周期都可谓是重中之重,甚至还有人称Spring就是个管理Bean的容器。Bean的生命周期之所以这么重要,被反复提及,是因为Spring的核心能力,比如对象创建(IOC)属性注入(DI)初始化方法的调用代理对象的生成(AOP)等功能的实现,都是在bean的生命周期中完成的。清楚了bean的生命周期,我们才能知道Spring的神奇魔法究竟是什么,是怎么一步步赋能,让原本普通的java对象,最终变成拥有超能力的bean的。

1. bean的生命周期

 Spring的生命周期大致分为:创建 -> 属性填充 -> 初始化bean -> 使用 -> 销毁 几个核心阶段。我们先来简单了解一下这些阶段所做的事情:

  • 创建阶段主要是创建对象,这里我们看到,对象的创建权交由Spring管理了,不再是我们手动new了,这也是IOC的概念。
  • 属性填充阶段主要是进行依赖的注入,将当前对象依赖的bean对象,从Spring容器中找出来,然后填充到对应的属性中去。
  • 初始化bean阶段做的事情相对比较复杂,包括回调各种Aware接口、回调各种初始化方法、生成AOP代理对象也在该阶段进行,该阶段主要是完成初始化回调,后面我们慢慢分析。
  • 使用bean阶段,主要是bean创建完成,在程序运行期间,提供服务的阶段。
  • 销毁bean阶段,主要是容器关闭或停止服务,对bean进行销毁处理。

 当然,bean的生命周期中还包括其他的流程,比如暴露工厂对象等,只是相对而言都是为其他功能做伏笔和准备的,再讲到对应功能时,我们在做详细分析。

1.1 创建bean

 对象的创建是bean生命周期的第一步,毕竟要先有1才能有0嘛。创建对象的方式有很多,比如 new反射clone等等,Spring是怎么创建对象的呢?绝大多数情况下,Spring是通过反射来创建对象的,不过如果我们提供了Supplier或者工厂方法,Spring也会直接使用我们提供的创建方式。

 我们从源码出发,看一下Spring是如何选择创建方式的:

// 源码位于 AbstractAutowireCapableBeanFactory.java
protected BeanWrapper createBeanInstance(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args) {
   // 再次解析BeanDefinition的class,确保class已经被解析
   Class<?> beanClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);

   // 1: 如果提供了Supplier,通过Supplier产生对象
   Supplier<?> instanceSupplier = mbd.getInstanceSupplier();
   if (instanceSupplier != null) {
      return obtainFromSupplier(instanceSupplier, beanName);
   }

   // 2: 如果有工厂方法,使用工厂方法产生对象
   // 在@Configration配置@Bean的方法,也会被解析为FactoryMethod
   if (mbd.getFactoryMethodName() != null) {
      return instantiateUsingFactoryMethod(beanName, mbd, args);
   }
   //...省略部分代码
   // 3: 推断构造方法
   // 3.1 执行后置处理器,获取候选构造方法
   Constructor<?>[] ctors = determineConstructorsFromBeanPostProcessors(beanClass, beanName);
   // 3.2 需要自动注入的情况
   if (ctors != null || mbd.getResolvedAutowireMode() == AUTOWIRE_CONSTRUCTOR ||
         mbd.hasConstructorArgumentValues() || !ObjectUtils.isEmpty(args)) {
      return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, args);
   }

   // 3.3 默认使用没有参数的构造方法
   return instantiateBean(beanName, mbd);
}

 经过我们跟踪源码,发现Spring推断创建方式还是比较聪明的,具体逻辑是:

  1. 先判断是否提供了Supplier,如果提供,则通过Supplier产生对象。
  2. 再判断是否提供工厂方法,如果提供,则使用工厂方法产生对象。
  3. 如果都没提供,需要进行构造方法的推断,逻辑为:
    • 如果仅有一个构造方法,会直接使用该构造方法(如果构造方法有参数,会自动注入依赖参数)
    • 如果有多个构造参数,会判断有没有加了@Autowired注解的构造参数:
      • 如果没有,Spring默认选择无参构造方法;
      • 如果有,且有@Autowired(required=true)的构造方法,就会选择该构造方法;
      • 如果有,但是没有@Autowired(required=true)的构造方法,Spring会从所有加了@Autowired的构造方法中,根据构造器参数个数、类型匹配程度等综合打分,选择一个匹配参数最多,类型最准确的构造方法。

聊透Spring bean的生命周期

 关于创建bean时,具体如何选择构造方法的,本文我们不详细展开。因为本文主旨在于分析bean的生命周期,我们只需要简单知道Spring会选择一个构造方法,然后通过反射创建出对象即可。其实在阅读Spring源码的时候,小伙伴们也一定要学会抓大放小,重点关注核心流程,细枝末节的地方可以先战术性忽略,后续有需要时再回过头分析也不迟,千万不要陷进去,迷失了方向。

 这里给感兴趣的小伙伴附上一张流程图,感兴趣的小伙伴也可以留言,后续我们也可以单独分析。

聊透Spring bean的生命周期

1.2 merged BeanDefinition

 本阶段是Spring提供的一个拓展点,通过MergedBeanDefinitionPostProcessor类型的后置处理器,可以对bean对应的BeanDefinition进行修改。Spring自身也充分利用该拓展点,做了很多初始化操作(并没有修改BeanDefinition),比如查找标注了@Autowired@Resource@PostConstruct@PreDestory 的属性和方法,方便后续进行属性注入和初始化回调。当然,我们也可以自定义实现,用来修改BeanDefinition信息或者我们需要的初始化操作,感兴趣的小伙伴可以自行试一下哦。

protected void applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(RootBeanDefinition mbd, Class<?> beanType, String beanName) {
   for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
      if (bp instanceof MergedBeanDefinitionPostProcessor) {
         MergedBeanDefinitionPostProcessor bdp = (MergedBeanDefinitionPostProcessor) bp;
         bdp.postProcessMergedBeanDefinition(mbd, beanType, beanName);
      }
   }
}

聊透Spring bean的生命周期

聊透Spring bean的生命周期

1.3 暴露工厂对象

 本阶段主要是将早期bean对象提前放入到三级缓存singletonFactories中,为循环依赖做支持。在后续进行属性填充时,如果发生循环依赖,可以从三级缓存中通过getObject()获取该bean,完成循环依赖场景下的自动注入。

boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
      isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
   if (logger.isTraceEnabled()) {
      logger.trace("Eagerly caching bean '" + beanName +
            "' to allow for resolving potential circular references");
   }
   // 做循环依赖的支持 将早期实例化bean的ObjectFactory,添加到单例工厂(三级缓存)中
   addSingletonFactory(beanName, () -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}

 该阶段完全是为了支撑循环依赖的,是Spring为解决循环依赖埋的伏笔,在Bean的生命周期中完全可以忽略。这里为了完整性,和小伙伴们简单提及一下。

如果对Spring如何解决循环依赖不是很清楚的话,可以看笔者的另一篇文章 聊透Spring循环依赖,详细分析了Spring循环依赖的解决之道,对本阶段的内容也有详细的叙述。

聊透Spring bean的生命周期

1.4 属性填充

 本阶段完成了Spring的核心功能之一:依赖注入,包括自动注入@Autowired注入@Resource注入等。Spring会根据bean的注入模型(默认不自动注入),选择根据名称自动注入还是根据类型自动注入。然后调用InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessProperties()完成@Autowired和@Resource的属性注入。

protected void populateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable BeanWrapper bw) {
   // 省略部分代码
    
   // 获取bean的注入类型
   int resolvedAutowireMode = mbd.getResolvedAutowireMode();
   // 1: 自动注入
   if (resolvedAutowireMode == AUTOWIRE_BY_NAME || resolvedAutowireMode == AUTOWIRE_BY_TYPE) {
      MutablePropertyValues newPvs = new MutablePropertyValues(pvs);
      // Add property values based on autowire by name if applicable.
      if (resolvedAutowireMode == AUTOWIRE_BY_NAME) {
         // 根据名称注入
         autowireByName(beanName, mbd, bw, newPvs);
      }
      // Add property values based on autowire by type if applicable.
      if (resolvedAutowireMode == AUTOWIRE_BY_TYPE) {
         // 根据类型注入
         autowireByType(beanName, mbd, bw, newPvs);
      }
      pvs = newPvs;
   }


   // 2: 调用BeanPostProcessor,完成@Autowired @Resource属性填充
   PropertyDescriptor[] filteredPds = null;
   if (hasInstAwareBpps) {
      if (pvs == null) {
         pvs = mbd.getPropertyValues();
      }
      for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
         if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
            InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;

            // 重点: 完成@Autowired @Resource属性填充
            PropertyValues pvsToUse = ibp.postProcessProperties(pvs, bw.getWrappedInstance(), beanName);
            if (pvsToUse == null) {
               if (filteredPds == null) {
                  // 需要注入的属性,会过滤掉Aware接口包含的属性(通过ignoreDependencyInterface添加)
                  filteredPds = filterPropertyDescriptorsForDependencyCheck(bw, mbd.allowCaching);
               }
               pvsToUse = ibp.postProcessPropertyValues(pvs, filteredPds, bw.getWrappedInstance(), beanName);
               if (pvsToUse == null) {
                  return;
               }
            }
            pvs = pvsToUse;
         }
      }
   }
  
    // 3: 依赖检查
   if (needsDepCheck) {
      if (filteredPds == null) {
         filteredPds = filterPropertyDescriptorsForDependencyCheck(bw, mbd.allowCaching);
      }
      checkDependencies(beanName, mbd, filteredPds, pvs);
   }
   // 4: 将属性应用到bean中
   if (pvs != null) {
      applyPropertyValues(beanName, mbd, bw, pvs);
   }
}

聊透Spring bean的生命周期

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关于依赖注入,笔者在 聊透Spring依赖注入 中有详细分析,不清楚的小伙伴可以先去感受一下Spring依赖注入的奇妙之处。

1.5 初始化bean

 该阶段主要做bean的初始化操作,包括:回调Aware接口回调初始化方法生成代理对象等。

  • invokeAwareMethods():回调BeanNameAware、BeanClassLoaderAware、BeanFactoryAware感知接口。
  • 回调后置处理器的前置方法,其中:
    • ApplicationContextAwareProcessor: 回调EnvironmentAware、ResourceLoaderAware、ApplicationContextAwareApplicationEventPublisherAware、MessageSourceAware、EmbeddedValueResolverAware感知接口。
    • InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor:调用了标注了@PostConstruct的方法。
  • invokeInitMethods()调用初始化方法:
    • 如果bean是InitializingBean的子类, 先调用afterPropertiesSet()
    • 回调自定义的initMethod,比如通过@Bean(initMethod = "xxx")指定的初始化方法。
  • 回调后置处理器的后置方法,可能返回代理对象。其中AbstractAutoProxyCreatorAbstractAdvisingBeanPostProcessor都有可能产生代理对象,比如InfrastructureAdvisorAutoProxyCreator完成了@Transactional代理对象的生成,AsyncAnnotationBeanPostProcessor完成了@Async代理对象的生成。
protected Object initializeBean(String beanName, Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd) {
  // 1: 回调Aware接口中的方法
  // 完成Aware方法的回调(BeanNameAware,BeanClassLoaderAware,BeanFactoryAware)
  invokeAwareMethods(beanName, bean);

   Object wrappedBean = bean;
   if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
      // 2: 调用before...方法
      // ApplicationContextAwareProcessor: 其他Aware方法的回调
      // InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor: @PostConstruct方法的回调
      wrappedBean = applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(wrappedBean, beanName);
   }

   try {
      // 3: 完成xml版本和@bean(initMethod)的init方法回调
      invokeInitMethods(beanName, wrappedBean, mbd);
   }

   // 4: 调用after方法
   // 重点: AOP生成代理对象
   if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
      wrappedBean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(wrappedBean, beanName);
   }

   return wrappedBean;
}

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 在初始化完成后,bean会被放到单例池中,正式开始自己的使命:为项目服务,比如接收http请求,进行CRUD等等。后续有使用到该bean的地方,也是直接从单例池中获取,不会再次创建bean(仅单例的哦)。

2. bean的来龙去脉

2.1 bean的扫描阶段

 现在我们已经知道Spring bean是如何创建的了,那什么时候创建这些bean呢,是遵循懒加载的思想,在实际使用的时候在创建吗?其实不是的,因为bean之间的复杂关系和生命周期的原因,Spring在容器启动的时候,就会实例化这些bean,然后放到单例池中,即用即取。并且在创建前、创建中、创建后都会做很多检查,确保创建的bean是符合要求的,这些我们就不赘述了。

 言归正传,细心的你一定发现,创建bean时主要是从RootBeanDefinition mbd这个参数获取bean的相关信息的,其实这就是大名鼎鼎的BeanDefinition,其中封装了关于bean的元数据信息,关于BeanDefinition,后续我们会单独讲解,这里我们先理解为bean的元数据信息即可。那么这些元数据信息是什么时候解析的呢?

 这就要提到Spring的类扫描了,其大致流程是:通过ASM字节码技术扫描所有的类 -> 找出需要Sp加了@Compont注解的(简单理解) -> 封装成BeanDefinition -> 存放到集合中。后续再实例化bean的时候,就可以遍历这个集合,获取到BeanDefinition,然后进行bean的创建了。

聊透Spring bean的生命周期

关于处理类扫描的ConfigurationClassPostProcessor后置处理器以及ConfigurationClassParserComponentScanAnnotationParser扫描器的具体细节,后续我们单独讲解,和本章节关系不大,我们先简单理解即可。

2.2 实例化后回调

 在前面的章节我们分析过:在容器中的bean实例化,放到单例池中之后,bean在创建阶段的生命周期就正式完成,进入使用中阶段,开启对完服务之路。确实,这就是创建bean的全过程,如果有小伙伴看过笔者之前的聊Spring事件的那篇文章(聊透Spring事件机制),会发现对于@EventListener处理器的识别注册,是在afterSingletonsInstantiated阶段完成的。其实这里也是一个拓展点,我们完全可以实现SmartInitializingSingleton#afterSingletonsInstantiated(),在bean初始化完成后会回调该方法,进而触发我们自己的业务逻辑,故这里我们单独说一下。不清楚的小伙伴请移步先去了解一下哦。

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2.3 bean的销毁阶段

protected Object doCreateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
      throws BeanCreationException {
   // ...省略代码
   try {
      // 为bean注册DisposableBean,在容器关闭时,调用destory()
      registerDisposableBeanIfNecessary(beanName, bean, mbd);
   }
   catch (BeanDefinitionValidationException ex) {
      throw new BeanCreationException(
            mbd.getResourceDescription(), beanName, "Invalid destruction signature", ex);
   }

   return exposedObject;
}

 在创建bean的时候,会判断如果bean是DisposableBeanAutoCloseable的子类,或者有 destroy-method等,会注册为可销毁的bean,在容器关闭时,调用对应的方法进行bean的销毁。

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