手把手带你实现一个萌芽版的Spring容器

2024-04-02 19:55

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从什么是IOC开始？

Spring——春天，Java编程世界的春天是由一位音乐家——Rod Johnson带来的。

Rod Johnson先后编写了两本巨著《Expert One-on-One J2EE Design and Development》、《Expert One-on-One J2EE Development without EJB》，拉起了挑战正统Java EE框架EJB的大旗。

Rod Johnson两大著作-来自百度百科

Rod Johnson不仅是一名旗手，更是开发了Spring这一轻量级框架，像一名勇敢的龙骑兵一样，对EJB发动了冲锋，并最终战胜了EJB，让Spring成为Java EE事实上的标准。

Spring Logo

Spring的两大内核分别是IOC和AOP，其中最最核心的是IOC。

所谓的IOC（控制反转）：就是由容器来负责控制对象的生命周期和对象间的关系。以前是我们想要什么，就自己创建什么，现在是我们需要什么，容器就给我们送来什么。

引入IOC之前和引入IOC之后

也就是说，控制对象生命周期的不再是引用它的对象，而是容器。对具体对象，以前是它控制其它对象，现在所有对象都被容器控制，所以这就叫控制反转。

控制反转示意图

也许你还听到另外一个概念DI（依赖注入），它指的是容器在实例化对象的时候把它依赖的类注入给它，我们也可以认为，DI是IOC的补充和实现。

工厂和Spring容器

Spring是一个成熟的框架，为了满足扩展性、实现各种功能，所以它的实现如同枝节交错的大树一样，现在让我们把视线从Spring本身移开，来看看一个萌芽版的Spring容器怎么实现。

Spring的IOC本质就是一个大工厂，我们想想一个工厂是怎么运行的呢？

工厂运行

生产产品：一个工厂最核心的功能就是生产产品。在Spring里，不用Bean自己来实例化，而是交给Spring，应该怎么实现呢？——答案毫无疑问，反射。

那么这个厂子的生产管理是怎么做的？你应该也知道——工厂模式。

库存产品：工厂一般都是有库房的，用来库存产品，毕竟生产的产品不能立马就拉走。Spring我们都知道是一个容器，这个容器里存的就是对象，不能每次来取对象，都得现场来反射创建对象，得把创建出的对象存起来。

订单处理：还有最重要的一点，工厂根据什么来提供产品呢？订单。这些订单可能五花八门，有线上签签的、有到工厂签的、还有工厂销售上门签的……最后经过处理，指导工厂的出货。

在Spring里，也有这样的订单，它就是我们bean的定义和依赖关系，可以是xml形式，也可以是我们最熟悉的注解形式。

那对应我们的萌芽版的Spring容器是什么样的呢？

mini版本Spring IOC

订单：Bean定义

Bean可以通过一个配置文件定义，我们会把它解析成一个类型。

Bean定义

beans.properties

为了偷懒，这里直接用了最方便解析的properties，用一个<key,value>类型的配置来代表Bean的定义，其中key是beanName，value是class

userDao:cn.fighter3.bean.UserDao

BeanDefinition.java

bean定义类，配置文件中bean定义对应的实体


public class BeanDefinition {

    private String beanName;

    private Class beanClass;
     //省略getter、setter  
 }

获取订单：资源加载

接下订单之后，就要由销售向生产部门交接，让生产部门知道商品的规格、数量之类。

资源加载器，就是来完成这个工作的，由它来完成配置文件中配置的加载。


public class ResourceLoader {

    public static Map<String, BeanDefinition> getResource() {
        Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new HashMap<>(16);
        Properties properties = new Properties();
        try {
            InputStream inputStream = ResourceLoader.class.getResourceAsStream("/beans.properties");
            properties.load(inputStream);
            Iterator<String> it = properties.stringPropertyNames().iterator();
            while (it.hasNext()) {
                String key = it.next();
                String className = properties.getProperty(key);
                BeanDefinition beanDefinition = new BeanDefinition();
                beanDefinition.setBeanName(key);
                Class clazz = Class.forName(className);
                beanDefinition.setBeanClass(clazz);
                beanDefinitionMap.put(key, beanDefinition);
            }
            inputStream.close();
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return beanDefinitionMap;
    }

}

订单分配：Bean注册

对象注册器，这里用于单例bean的缓存，我们大幅简化，默认所有bean都是单例的。可以看到所谓单例注册，也很简单，不过是往HashMap里存对象。


public class BeanRegister {

    //单例Bean缓存
    private Map<String, Object> singletonMap = new HashMap<>(32);

    
    public Object getSingletonBean(String beanName) {
        return singletonMap.get(beanName);
    }

    
    public void registerSingletonBean(String beanName, Object bean) {
        if (singletonMap.containsKey(beanName)) {
            return;
        }
        singletonMap.put(beanName, bean);
    }

}

生产车间：对象工厂

好了，到了我们最关键的生产部门了，在工厂里，生产产品的是车间，在IOC容器里，生产对象的是BeanFactory。

BeanFactory

对象工厂，我们最核心的一个类，在它初始化的时候，创建了bean注册器，完成了资源的加载。

获取bean的时候，先从单例缓存中取，如果没有取到，就创建并注册一个bean


public class BeanFactory {

    private Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new HashMap<>();

    private BeanRegister beanRegister;

    public BeanFactory() {
        //创建bean注册器
        beanRegister = new BeanRegister();
        //加载资源
        this.beanDefinitionMap = new ResourceLoader().getResource();
    }

    
    public Object getBean(String beanName) {
        //从bean缓存中取
        Object bean = beanRegister.getSingletonBean(beanName);
        if (bean != null) {
            return bean;
        }
        //根据bean定义，创建bean
        return createBean(beanDefinitionMap.get(beanName));
    }

    
    private Object createBean(BeanDefinition beanDefinition) {
        try {
            Object bean = beanDefinition.getBeanClass().newInstance();
            //缓存bean
            beanRegister.registerSingletonBean(beanDefinition.getBeanName(), bean);
            return bean;
        } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}

生产销售：测试

UserDao.java

我们的Bean类，很简单


public class UserDao {

    public void queryUserInfo(){
        System.out.println("A good man.");
    }
}

单元测试


public class ApiTest {
    @Test
    public void test_BeanFactory() {
        //1.创建bean工厂(同时完成了加载资源、创建注册单例bean注册器的操作)
        BeanFactory beanFactory = new BeanFactory();

        //2.第一次获取bean（通过反射创建bean，缓存bean）
        UserDao userDao1 = (UserDao) beanFactory.getBean("userDao");
        userDao1.queryUserInfo();

        //3.第二次获取bean（从缓存中获取bean）
        UserDao userDao2 = (UserDao) beanFactory.getBean("userDao");
        userDao2.queryUserInfo();
    }
}

运行结果