ApplicationContext体系

作者：Xianhuii

ApplicationContext是Spring容器针对应用层开放的接口。

相对于BeanFactory体系，仅仅起着容器的作用，需要借助AnnatatedBeanDefinitionReader手动注册类对象，或者ClassPathBeanDefinitionScanner扫描指定路径，才能完成Spring容器的初始化。

ApplicationContext体系直接将AnnatatedBeanDefinitionReader和ClassPathBeanDefinitionScanner作为自己的成员变量，集成了读取依赖配置和注册BeanDefinition的功能。此外，还提供了许多增强的功能，比如触发BeanFactoryPostProcessor回调，自动实例化单例bean等。

ApplicationContext体系十分复杂，但是它的核心实现类只有AnnotationConfigApplicationContext和AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext。我们只需要重点学习这两个实现类，就能深刻理解ApplicationContext的实现原理。

1 AnnotationConfigApplicationContext

AnnotationConfigApplicationContext的核心成员变量：

beanFactory：DefaultListableBeanFactory对象，Spring IoC容器。
reader：AnnotatedBeanDefinitionReader对象，用于将指定类对象注册成bean。
scanner：ClassPathBeanDefiniionScanner对象，用于将指定路径下的类对象注册成bean。
environment：运行时环境。
beanFactoryPostProcessors：BeanFactoryPostPr4ocessor缓存。

AnnotationConfigApplicationContext的基本使用：

AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext();  
context.register(AppConfig.class);  
context.scan("applicationcontext");  
context.refresh();  
AppConfig bean = context.getBean(AppConfig.class);  
System.out.println(bean);

1.1 构造函数

使用默认无参构造函数，会初始化AnnotatedBeanDefinitionReader和ClassPathBeanDefinitionScanner对象，用于读取依赖配置：

public AnnotationConfigApplicationContext() {  
   this.reader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(this);  
   this.scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(this);  
}

在父类GenericApplicationContext的默认无参构造函数中，会初始化beanFactory：

public GenericApplicationContext() {  
   this.beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();  
}

在父类AbstractApplicationContext的默认无参构造函数中，会初始化resourcePatternResolver：

public AbstractApplicationContext() {  
   this.resourcePatternResolver = getResourcePatternResolver();  
}

1.2 register和scan

AnnotationConfigApplicationContext#register()会调用内部的AnnotatedBeanDefinitionReader对象的register()方法，读取指定类对象，封装成BeanDefinition，然后注册到BeanFactory中：

public void register(Class<?>... componentClasses) { 
   this.reader.register(componentClasses);  
}

AnnotationConfigApplicationContext#scan()会调用内部的ClassPathBeanDefinitionScanner对象的scan()方法，扫描指定路径下的@Component类，封装成BeanDefinition，然后注册到BeanFactory中：

public void scan(String... basePackages) {
   this.scanner.scan(basePackages);
}

同DefaultListableBeanFacoty一样，GenericApplicationContext也实现了BeanDefinitionRegistry接口，它会将BeanDefinition注册到内部持有的beanFactory（DefaultListableBeanFactory对象）中：

public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)  
      throws BeanDefinitionStoreException {  
   this.beanFactory.registerBeanDefinition(beanName, beanDefinition);  
}

1.3 refresh

AbstractApplicationContext#refresh()方法会对容器进行一个初始化操作：

初始化标准上下文的基础配置：BeanFactoryPostProcessor等。
注册容器特定的BeanFactoryPostProcessor。
触发BeanFactoryPostProcessor的回调。
注册BeanPostProcessor。
初始化MessageSource。
初始化ApplicationEventMulticaster。
初始化容器特定的bean。
注册listeners。
实例化所有单例bean(non-lazy-init) 。
清除context-level资源缓存。
初始化LifecycleProcessor。
触发LifecycleProcessor#onRefresh()方法。
发布ContextRefreshedEvent事件。
清除占用的资源。

AbstractApplicationContext#refresh()：

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {  
   synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
      // Prepare this context for refreshing.  
      prepareRefresh();  
  
      // Tell the subclass to refresh the internal bean factory.  
      ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();  
  
      /*
      * 初始化标准applicationContext的基础配置：
      * 1、上下文的ClassLoader
      * 2、post-processor：ApplicationContextAwareProcessor、ApplicationListenerDetector等
      * 3、注册单例对象：environment、systemProperties、systemEnvironment、applicationStartup
      */
      prepareBeanFactory(beanFactory);  
  
      try {  
         // 不同子类会添加特定的BeanFactoryPostProcessor
         postProcessBeanFactory(beanFactory);  

         // 触发BeanFactoryPostProcessor的回调方法
         invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);  
  
         // 注册BeanPostProcessor
         registerBeanPostProcessors(beanFactory);  
  
         // 初始化MessageSource
         initMessageSource();  
  
         // 初始化ApplicationEventMulticaster
         initApplicationEventMulticaster();  
  
         // 不同子类会初始化特定的bean
         onRefresh();  
  
         // 注册ApplicationListener类型的bean为listeners
         registerListeners();  
  
         // 实例化所有单例bean (non-lazy-init) 
         finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);  
  
         /*
         * 1、清除context-level资源缓存
         * 2、初始化LifecycleProcessor
         * 3、触发LifecycleProcessor的onRefresh()方法
         * 4、发布ContextRefreshedEvent事件
         */
         finishRefresh();  
      }  
  
      catch (BeansException ex) {  
         // 销毁已创建的所有单例对象，避免资源浪费
         destroyBeans();  
  
         // Reset 'active' flag.  
         cancelRefresh(ex);  
  
         // Propagate exception to caller.  
         throw ex;  
      }  
  
      finally {  
         // Reset common introspection caches in Spring's core, since we  
         // might not ever need metadata for singleton beans anymore...         
         resetCommonCaches();  
      }  
   }  
}

1.4 getBean

AbstractApplicationContext#getBean()会交给内部的beanFactory去执行：

public Object getBean(String name) throws BeansException {  
   assertBeanFactoryActive();  
   return getBeanFactory().getBean(name);  
}

2 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext

AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext的成员变量与AnnotationConfigApplicationContext差不多，只是多了web相关的信息：

servletContext
webServet
servletConfig

并且此时会缓存待注册的类对象和扫描路径，在refresh()方法中才会进行实际注册：

annotatedClasses：待注册类对象。
basePackages：待扫描路径。

AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext的使用主要是在Spring Boot项目中，AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext.Factory#create()：

public ConfigurableApplicationContext create(WebApplicationType webApplicationType) {  
   return (webApplicationType != WebApplicationType.SERVLET) ? null  
         : new AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext();  
}

虽然经过了多层封装，但是接下来还是会依次调用以下方法进行容器初始化：

register()或scan()：注册BeanDefinition。
refresh()：初始化容器。

2.1 构造函数

使用默认无参构造函数，会初始化AnnotatedBeanDefinitionReader和ClassPathBeanDefinitionScanner对象，用于读取依赖配置：

public AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext() {  
   this.reader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(this);  
   this.scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(this);  
}

在父类GenericApplicationContext的默认无参构造函数中，会初始化beanFactory：

public GenericApplicationContext() {  
   this.beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();  
}

在父类AbstractApplicationContext的默认无参构造函数中，会初始化resourcePatternResolver：

public AbstractApplicationContext() {  
   this.resourcePatternResolver = getResourcePatternResolver();  
}

2.2 register和scan

AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext#register()方法会缓存待注册的类对象：

public final void register(Class<?>... annotatedClasses) {  
   this.annotatedClasses.addAll(Arrays.asList(annotatedClasses));  
}

AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext#scan()方法会缓存待扫描的路径：

public final void scan(String... basePackages) {
   this.basePackages = basePackages;  
}

在后续refresh阶段的AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext#postProcessBeanFactory()方法中，才会进行实际注册BeanDefinition：

protected void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {  
   super.postProcessBeanFactory(beanFactory);  
   if (this.basePackages != null && this.basePackages.length > 0) {  
      this.scanner.scan(this.basePackages);  
   }  
   if (!this.annotatedClasses.isEmpty()) {  
      this.reader.register(ClassUtils.toClassArray(this.annotatedClasses));  
   }  
}

2.3 refresh

ServletWebServerApplicationContext#refresh()方法实际上会调用到AbstractApplicationContext#refresh()方法：

public final void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {  
   try {  
      super.refresh();  
   }  
   catch (RuntimeException ex) {  
      WebServer webServer = this.webServer;  
      if (webServer != null) {  
         webServer.stop();  
      }  
      throw ex;  
   }  
}

需要注意的是，此时调用postProcessBeanFactory()方法时，会进行实际注册BeanDefinition操作。

2.4 getBean

AbstractApplicationContext#getBean()会交给内部的beanFactory去执行：

public Object getBean(String name) throws BeansException {  
   assertBeanFactoryActive();  
   return getBeanFactory().getBean(name);  
}

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1 AnnotationConfigApplicationContext

1.1 构造函数

1.2 register和scan

1.3 refresh

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2 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext

2.1 构造函数

2.2 register和scan

2.3 refresh

2.4 getBean

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