张风闲

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Spring源码阅读-ApplicationContext体系结构分析

上篇已经对IoC容器的设计进行了分析（Spring源码阅读-IoC容器解析），本篇将对ApplicationContext经典的继承层次图进行详细的分析，在心中形成一个大致的印象，以便后面一步步调试源码的时候，不会太眼花缭乱。让我们一步步的前进吧...

继承层次图概览

使用IDEA的继承层次工具生成如下的图（选中ApplicationContext --> Ctrl+H）：

（温馨提示：双击可查看高清大图）

Spring源码阅读-ApplicationContext体系结构分析-LMLPHP

从上图能很清楚的看出，ApplicationContext的子接口分为两个部分：

  • ConfigurableApplicationContext：大部分的应用上下文都实现了该接口
  • WebApplicationContext：在web应用程序中使用

ConfigurableApplicationContext分析

从上面的类的继承层次图能看到，ConfigurableApplicationContext是比较上层的一个接口，该接口也是比较重要的一个接口，几乎所有的应用上下文都实现了该接口。该接口在ApplicationContext的基础上提供了配置应用上下文的能力，此外提供了生命周期的控制能力。先看一下该接口的继承关系图（为了更加简洁，去掉了ApplicationContext继承的接口）：

（温馨提示：双击可查看高清大图）

Spring源码阅读-ApplicationContext体系结构分析-LMLPHP

Closeable接口用于关闭应用上下文，释放所有的资源和锁，这也包括摧毁所有缓存的单例的bean，常见的try-with-resources用法如下，执行完try体中的代码后会自动的调用close方法：

try (ConfigurableApplicationContext cac = ...) {
    // 编写代码
    ...
}

Lifecycle定义了启动/停止生命周期的控制的一些方法，其中的方法如下：

void start(); // 启动组件
void stop(); // 停止组件
boolean isRunning(); // 组件是否正在运行

接下来看一下ConfigurableApplicationContext中的方法：

void setId(String id); // 设置应用上下文唯一的id
void setParent(ApplicationContext parent); // 设置应用程序上下文的父级
void setEnvironment(ConfigurableEnvironment environment); // 设置应用上下文的环境
ConfigurableEnvironment getEnvironment();  // 获取应用上下文的环境
// 添加一个新的BeanFactoryPostProcessor
void addBeanFactoryPostProcessor(BeanFactoryPostProcessor postProcessor);
// 添加应用程序监听器
void addApplicationListener(ApplicationListener<?> listener);
// 添加协议解析器，可能会覆盖默认的规则
void addProtocolResolver(ProtocolResolver resolver);
// 加载或者刷新配置
void refresh() throws BeansException, IllegalStateException;
// 向JVM runtime注册一个关闭钩子，JVM关闭时关闭这个上下文
void registerShutdownHook();
// 应用程序上问下是否是激活状态
boolean isActive();
// 获取应用上下文内部的bean factory
ConfigurableListableBeanFactory getBeanFactory() throws IllegalStateException;

上面的这些方法基本上是提供了对某些特性的实现进行支撑的方法。

看了这么多方法，下面看一下ApplicationContext的抽象的实现。

AbstractApplicationContext

AbstractApplicationContext是ApplicationContext接口的抽象实现，这个抽象类仅仅是实现了公共的上下文特性。这个抽象类使用了模板方法设计模式，需要具体的实现类去实现这些抽象的方法。对相关接口的实现如下：

  • ApplicationContext接口的实现
  • ConfigurableApplicationContext接口的实现
  • BeanFactory接口的实现
  • ListableBeanFactory接口的实现
  • HierarchicalBeanFactory接口的实现
  • MessageSource接口的实现
  • ResourcePatternResolver的实现
  • Lifecycle接口的实现

本文不会详细的讲解这个类中的具体的实现细节，后面会有更加的详细的介绍。下面看下里面的抽象方法：

// 刷新BeanFactory，用于执行实际的配置加载，该方法在其他的初始化工作之前被refresh()方法调用
protected abstract void refreshBeanFactory() throws BeansException, IllegalStateException;
// 关闭BeanFactory，用于释放内部使用的BeanFactory·
protected abstract void closeBeanFactory();
// 获取内部使用的BeanFactory
public abstract ConfigurableListableBeanFactory getBeanFactory() throws IllegalStateException;

那么对需要实现的方法经过抽象后，只剩下少量的需要子类去实现的方法。

GenericApplicationContext

GenericApplicationContext继承自AbstractApplicationContext，是为通用目的设计的，它能加载各种配置文件，例如xml，properties等等。它的内部持有一个DefaultListableBeanFactory的实例，实现了BeanDefinitionRegistry接口，以便允许向其应用任何bean的定义的读取器。为了能够注册bean的定义，refresh()只允许调用一次。常见的使用如下：

GenericApplicationContext ctx = new GenericApplicationContext();
XmlBeanDefinitionReader xmlReader = new XmlBeanDefinitionReader(ctx);
xmlReader.loadBeanDefinitions(new ClassPathResource("applicationContext.xml"));
PropertiesBeanDefinitionReader propReader = new PropertiesBeanDefinitionReader(ctx);
propReader.loadBeanDefinitions(new ClassPathResource("otherBeans.properties"));
ctx.refresh();

MyBean myBean = (MyBean) ctx.getBean("myBean");
..

这个类的实现没有太多需要注意的地方，需要注意的有两点：

  • 内部使用的DefaultListableBeanFactory的实例，提供了一些方法来配置该实例，例如是否允许bean定义的覆盖、是否允许bean之间的循环应用等等。
  • 该类实现了BeanDefinitionRegistry，bean的定义注册。以便能通过BeanDefinitionReader读取bean的配置，并注册。BeanDefinitionRegistry接口的实现是直接使用内部的DefaultListableBeanFactory的实例。

GenericXmlApplicationContext

GenericXmlApplicationContext继承自GenericApplicationContext，内置了对XML的支持。它非常的方便和灵活，是ClassPathXmlApplicationContext和FileSystemXmlApplicationContext的一种替代品。可以发现，它的内部有一个XmlBeanDefinitionReader的实例，专门用于处理XML的配置。

StaticApplicationContext

StaticApplicationContext继承自GenericApplicationContext，主要用于编程式的注入bean和消息，而不是从外部的配置源读取bean的定义。主要是在测试时非常有用。通过阅读源代码可以看到，它的内部有一个StaticMessageSource的实例，使用addMessage方法添加消息。每次在编程式的注入bean时，都会创建一个GenericBeanDefinition的实例。

ResourceAdapterApplicationContext

ResourceAdapterApplicationContext继承自GenericApplicationContext，是为JCA（J2EE Connector Architecture）的ResourceAdapter设计的，主要用于传递BootstrapContext的实例给实现了BootstrapContextAware接口且由spring管理的bean。覆盖了postProcessBeanFactory方法来实现此功能。

GenericGroovyApplicationContext

GenericGroovyApplicationContext继承自GenericApplicationContext，实现了GroovyObject接口以便能够使用点的语法（.xx）取代getBean方法来获取bean。它主要用于Groovy bean的定义，与GenericXmlApplicationContext一样，它也能解析XML格式定义的bean。内部使用GroovyBeanDefinitionReader来完成groovy脚本和XML的解析。

AnnotationConfigApplicationContext

AnnotationConfigApplicationContext继承自GenericApplicationContext，提供了注解配置（例如：Configuration、Component、inject等）和类路径扫描（scan方法）的支持，可以使用register(Class<?>... annotatedClasses)来注册一个一个的进行注册。实现了AnnotationConfigRegistry接口，来完成对注册配置的支持，只有两个方法：register和scan。内部使用AnnotatedBeanDefinitionReader来完成注解配置的解析，使用ClassPathBeanDefinitionScanner来完成类路径下的bean定义的扫描。

AbstractRefreshableApplicationContext

AbstractRefreshableApplicationContext继承自AbstractApplicationContext，支持多次进行刷新（多次调用refresh方法），每次刷新时在内部创建一个新的bean工厂的实例。子类仅仅需要实现loadBeanDefinitions方法，该方法在每次刷新时都会调用。

AbstractRefreshableConfigApplicationContext

AbstractRefreshableConfigApplicationContext继承自AbstractRefreshableApplicationContext，添加了对指定的配置文件路径的公共的处理，可以把他看作基于XML的应用上下文的基类。实现了如下的两个接口：

  • BeanNameAware用于设置上下文的bean的名称，只有一个方法：void setBeanName(String name)
  • InitializingBean用于上下文一切就绪后，如果还未刷新，那么就执行刷新操作，只有一个方法：void afterPropertiesSet()

AbstractXmlApplicationContext

AbstractXmlApplicationContext继承自AbstractRefreshableConfigApplicationContext，用于描绘包含能被XmlBeanDefinitionReader所理解的bean定义的XML文档。子类只需要实现getConfigResources和getConfigLocations来提供配置文件资源。

FileSystemXmlApplicationContext

FileSystemXmlApplicationContext继承自AbstractXmlApplicationContext，用于解析文件系统中XML配置文件。文件的路径可以是具体的文件路径，例如：xxx/application.xml，也可以是ant风格的配置，例如：xxx/*-context.xml。

看下面的通过文件路径来获取资源的代码：

@Override
protected Resource getResourceByPath(String path) {
    if (path.startsWith("/")) {
        path = path.substring(1);
    }
    return new FileSystemResource(path);
}

文件路径前面的/会被去掉，无论是否路径前面是否加上/，文件路径都会解析成相对路径，即基于JVM的当前工作路径。获取到的资源对象是FileSystemResource，用于处理文件系统相关的资源。

ClassPathXmlApplicationContext

ClassPathXmlApplicationContext继承自AbstractXmlApplicationContext，和FileSystemXmlApplicationContext类似，只不过ClassPathXmlApplicationContext是用于处理类路径下的XML配置文件。文件的路径可以是具体的文件路径，例如：xxx/application.xml，也可以是ant风格的配置，例如：xxx/*-context.xml。

WebApplicationContext

该接口提供了在web应用中的配置，接口提供了一个ServletContext getServletContext()用来获取ServletContext对象。该接口会和ServletContext的一个属性进行绑定，这个属性就是ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE。定义了三个作用域的名称：SCOPE_REQUEST,SCOPE_SESSION,SCOPE_APPLICATION。在工厂中的bean的名称：SERVLET_CONTEXT_BEAN_NAME。ServletContext初始化参数名称：CONTEXT_PARAMETERS_BEAN_NAME。在工厂中ServletContext属性值环境bean的名称：CONTEXT_ATTRIBUTES_BEAN_NAME。

ConfigurableWebApplicationContext

ConfigurableWebApplicationContext继承自WebApplicationContext和ConfigurableApplicationContext，提供了web应用上下文的可配置的能力。相关接口定义如下：

// 设置web应用上下文的ServletContext
void setServletContext(@Nullable ServletContext servletContext);
// 设置web应用上下文的ServletConfig
void setServletConfig(@Nullable ServletConfig servletConfig);
// 获取web应用上下文的ServletConfig
ServletConfig getServletConfig();
// 设置web应用上下文的命名空间
void setNamespace(@Nullable String namespace);
// 获取web应用上下文的命名空间
String getNamespace();
// 以初始化参数的形式设置web应用上下文的配置文件位置
void setConfigLocation(String configLocation);
// 设置web应用上下文的配置文件的位置
void setConfigLocations(String... configLocations);
// 获取web应用上下文的配置文件位置
String[] getConfigLocations();

上面的接口主要都是一些设置或者获取的方法，在web应用上下文中需要用到的一些东西。

GenericWebApplicationContext

GenericWebApplicationContext继承自GenericApplicationContext，实现了ConfigurableWebApplicationContext和ThemeSource接口。该类设计的目的不是在web.xml中进行声明式的安装，而是编程式的安装，例如使用WebApplicationInitializers来构建内嵌的上下文。该接口在ConfigurableWebApplicationContext的内容都是一个伪实现，调用其中的大多数方法都会抛出异常。你也许注意到了，他实现了ThemeSource接口，那么他有什么用呢？字面意思是主题源，它设计的目的主要是用于消息的国际化。

StaticWebApplicationContext

StaticWebApplicationContext继承自StaticApplicationContext实现了ConfigurableWebApplicationContext和ThemeSource接口。该接口主要是用在测试的环境，不用于产品环境。

AbstractRefreshableWebApplicationContext

GenericWebApplicationContext继承自AbstractRefreshableConfigApplicationContext，实现了ConfigurableWebApplicationContext和ThemeSource接口，主要是用于web环境下。在web程序启动的时候，提供一个configLocations属性，通过ConfigurableWebApplicationContext接口来进行填充。子类化这个接口是很简单的，所有你所需要做的事情就是实现loadBeanDefinitions方法，来实现你自己的bean定义的加载逻辑。

XmlWebApplicationContext

XmlWebApplicationContext继承自AbstractRefreshableWebApplicationContext，接受能被XmlBeanDefinitionReader所理解的XML文档配置。对于根上下文，默认的配置文件路径是/WEB-INF/applicationContext.xml，对于命名空间为test-servlet的上下文，默认的配置文件路径是/WEB-INF/test-servlet.xml（就像servlet-name为test的DispatcherServlet实例）。

默认的配置文件路径处理的代码如下：

protected String[] getDefaultConfigLocations() {
    if (getNamespace() != null) {
        return new String[] {DEFAULT_CONFIG_LOCATION_PREFIX + getNamespace() + DEFAULT_CONFIG_LOCATION_SUFFIX};
    }
    else {
        return new String[] {DEFAULT_CONFIG_LOCATION};
    }
}

和其他的上下文一样，bean定义的加载也是在void loadBeanDefinitions(DefaultListableBeanFactory beanFactory)方法中，使用的是XmlBeanDefinitionReader。

GroovyWebApplicationContext

GroovyWebApplicationContext继承自AbstractRefreshableWebApplicationContext，实现了GroovyObject接口，接受能被GroovyBeanDefinitionReader所理解的groovy bean定义脚本和XML文档配置。对于web环境，基本上是和GenericGroovyApplicationContext是等价的。对于根上下文，默认的配置文件路径是/WEB-INF/applicationContext.groovy，对于命名空间为test-servlet的上下文，默认的配置文件路径是/WEB-INF/test-servlet.xml（就像servlet-name为test的DispatcherServlet实例）。

默认的配置文件路径处理的代码如下：

protected String[] getDefaultConfigLocations() {
    if (getNamespace() != null) {
        return new String[] {DEFAULT_CONFIG_LOCATION_PREFIX + getNamespace() + DEFAULT_CONFIG_LOCATION_SUFFIX};
    }
    else {
        return new String[] {DEFAULT_CONFIG_LOCATION};
    }
}

和其他的上下文一样，bean定义的加载也是在void loadBeanDefinitions(DefaultListableBeanFactory beanFactory)方法中，使用的是GroovyBeanDefinitionReader。

AnnotationConfigWebApplicationContext

AnnotationConfigWebApplicationContext继承自AbstractRefreshableWebApplicationContext，

接受注解的类作为输入（特殊的@Configuration注解类，一般的@Component注解类，与JSR-330兼容的javax.inject注解）。允许一个一个的注入，同样也能使用类路径扫描。对于web环境，基本上是和AnnotationConfigApplicationContext等价的。使用AnnotatedBeanDefinitionReader来对注解的bean进行处理，使用ClassPathBeanDefinitionScanner来对类路径下的bean进行扫描。

部分代码如下：

protected void loadBeanDefinitions(DefaultListableBeanFactory beanFactory) {
    AnnotatedBeanDefinitionReader reader = getAnnotatedBeanDefinitionReader(beanFactory);
    ClassPathBeanDefinitionScanner scanner = getClassPathBeanDefinitionScanner(beanFactory);
    ...
    if (!this.annotatedClasses.isEmpty()) {
       ....
        reader.register(ClassUtils.toClassArray(this.annotatedClasses));
    }

    if (!this.basePackages.isEmpty()) {
        ....
        scanner.scan(StringUtils.toStringArray(this.basePackages));
    }

    String[] configLocations = getConfigLocations();
    if (configLocations != null) {
        for (String configLocation : configLocations) {
            try {
                Class<?> clazz = ClassUtils.forName(configLocation, getClassLoader());
                if (logger.isTraceEnabled()) {
                    logger.trace("Registering [" + configLocation + "]");
                }
                reader.register(clazz);
            }
            catch (ClassNotFoundException ex) {
                ....
                }
            }
        }
    }
}

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