1. 前言
在 Spring 框架中，beans 模块是仅次于 core 模块的基础模块。我们知道，IOC 机制是 Spring 框架的两大基石之一，beans 模块的主要任务就是实现控制反转和依赖注入的功能。从具体实现来说，BeanFactory 接口是整个模块的核心接口，几乎所有功能都是围绕对象展开的。BeanFactory 提供了创建对象的功能，并对一部分对象进行管理，这是控制反转的基础。此外，在创建对象的过程中完成依赖注入，这时我们可以说 BeanFactory 是一个典型的 IOC 容器。
上述内容只是 beans 模块的主线，在实现这些功能的过程中，还涉及到了众多的问题。有的问题得到了解决，有的问题只是开了个头，将在后续模块进行处理。我们将对本章所涉及的知识点进行回顾和梳理，巩固加深对 beans 模块的理解。
2. BeanFactory
2.1 Bean 的概述
BeanFactory 是管理 Bean 的容器，Spring 根据作用域对 Bean 进行划分，大体上分为三类：
- 单例：由 Spring 容器负责管理，每个单例的 beanName 是唯一的。
- 原型：Spring 容器只负责创建对象，不负责管理，每次调用
getBean方法都会创建一个新的对象。 - 其他作用域：Spring 还定义了 request、session 等作用域，且允许用户自定义作用域。
Spring 容器负责对单例进行管理，单例的注册有两种途径。一是由外界创建对象，然后注册到 Spring 容器中。二是由 BeanFactory 自行创建对象，包括普通对象和 FactoryBean 工厂对象两种形式。BeanDefinition 描述了创建对象的相关信息，我们关心两种实现：
RootBeanDefinition是创建对象的标准依据，各种形式的BeanDefinition实现都会转换成RootBeanDefinition。AnnotatedBeanDefinition接口通过注解声明的方式加载组件，这一过程是由 Spring 框架自行完成的。该接口有三个实现类，使用方式更为灵活便捷。
2.2 BeanFactory 体系
BeanFactory 的继承体系十分庞大，我们对原始的继承体系进行精简，将整个体系分为三个部分。第一部分对单例进行管理，第二部分对 Bean 进行管理，第三部分对 BeanDefinition 进行管理。Spring 容器的继承层次看起来很复杂，但每个类的职责划分非常明确，整体的设计思路是值得借鉴的。这里简单描述一下各个类的作用，如下所示：
-
DefaultSingletonBeanRegistry：负责存储单例，包括FactoryBean工厂对象。此外，该类使用三级缓存来处理循环依赖的问题。 -
FactoryBeanRegistrySupport：主要为FactoryBean提供支持，负责存储FactoryBean创建的对象。 -
AbstractBeanFactory：实现了核心的getBean工厂方法，实际的查询缓存和创建对象的工作是由父类和子类完成的。该类完成了一些辅助工作，比如获取RootBeanDefinition作为创建对象的依据，以及区分普通单例和FactoryBean。 -
AbstractAutowireCapableBeanFactory：完成了创建对象的工作，包括实例化、填充对象、初始化等操作。该类的特点是拥有自动装配的能力，通过AutowiredAnnotationBeanPostProcessor和ConstructorResolver等组件实现依赖注入的功能。 -
DefaultListableBeanFactory：默认的实现类，完成了依赖解析等工作。该类还实现了BeanDefinitionRegistry接口，负责管理BeanDefinition。
2.3 创建对象的流程
创建对象的流程是 Spring 容器的核心部分，也是控制反转和依赖注入的体现。创建对象的过程比较复杂，我们尤其关心以下三个步骤：
- 实例化：Spring 提供了多种实例化对象的方式，一是通过
InstantiationStrategy组件以反射的方式调用无参构造器，二是通过工厂方法来创建对象，三是调用构造器来创建对象。后两种方式是由ConstructorResolver组件完成的，且工厂方法和构造器的参数会被依赖解析。 - 填充对象：对象实例化之后，此时的对象只是一个空对象，需要对属性进行赋值。填充对象包括两个部分，一是属性访问，二是依赖注入。从数据来源来说，属性访问的数据是事先准备的，存储在
BeanDefinition的propertyValues属性中。依赖注入的数据来源于 Spring 容器中的单例，以及环境变量中的属性。 - 初始化：在填充对象之后，此时的对象是基本可用的，Spring 容器提供了一个机会供用户进行自定义操作。这一过程包括感知接口注入、三种初始化的方式，以及初始化后的回调。
2.4 扩展组件
BeanPostProcessor 接口提供了若干钩子方法，在 Spring 容器创建对象的不同阶段进行回调。BeanPostProcessor 不仅被 Spring 框架使用，同时作为面向用户的扩展接口，允许用户进行自定义操作。BeanPostProcessor 接口的实现类有着广泛地应用，本章介绍了两个比较重要的实现类，如下所示：
-
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor：负责解析@Autowired、@Value等注解，在填充对象阶段调用，主要解决依赖注入的问题。 -
InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor：负责对象的初始化和销毁操作，支持对@PostConstruct和@PreDestroy注解的解析。
BeanFactoryPostProcessor 接口的作用是在 BeanFactory 实例创建之后，允许以回调的方式对容器进行设置。该接口实际上是提供给 ApplicationContext 使用的，比如配置的处理就是通过子类 ConfigurationClassPostProcessor 完成的。
3. 属性访问
3.1 概述
对于一个 Java Bean 来说，可以调用 setter 方法为对象赋值。但 Spring 容器在创建对象的过程中，用户不能直接进行干预，因此我们需要一种替代方案。属性访问是将一个空对象和一组数据关联起来，并自动完成赋值的操作。
PropertyProcessor：负责为对象的属性进行赋值，可以处理复杂的嵌套属性。TypeConverter：在赋值的过程中，外部数据可能与对象的字段类型不一致，因此需要进行类型转换。PropertyValues：对属性值的来源进行抽象，每一组属性可以使用 key 和 value 来表示。
3.2 PropertyProcessor
属性访问的强大之处在于可以处理多层嵌套的复杂对象，在实际应用中，Spring Boot 的属性类就是通过 PropertyProcessor 处理的。PropertyProcessor 接口有两个实现类，如下所示：
BeanWrapperImpl：通过内省的方式调用 getter/setter 方法安全地访问对象的属性DirectFieldAccessor：通过反射的方式直接访问字段
3.3 TypeConverter
TypeConverter 提供了类型转换的功能，其底层的转换逻辑主要由属性编辑器和转换器完成的。其中属性编辑器是由 JDK 提供的内省操作的 API，允许以反射的方式安全地访问字段。转换器则是 Spring 核心包定义的一系列转换器，并通过 ConversionService 提供类型转换的服务。下表列出了属性编辑器和转换器各自的特点：
| 转换方向 | 转换类型 | 线程安全 | |
|---|---|---|---|
| 属性编辑器 | 双向转换 | 自定义类型与 String 互转 | 否 |
| 转换器 | 单向转换 | 任意两个类型互转 | 是 |
在 Spring 框架中，TypeConverter 和 ConversionService 是一起使用的。这是因为属性编辑器不是线程安全的，所以虽然 TypeConverter 的功能很强大，但如果需要保证线程安全，可单独使用 ConversionService。
4. 自动装配
4.1 概述
自动装配又称依赖注入，与控制反转共同构成了 IOC 机制。总的来说，自动装配的流程可以分为两个阶段，首先需要对注入目标进行解析，使用以下两个类来描述：
-
InjectionMetadata表示一个类的注入信息，称为注入元数据。注入元数据持有一组InjectedElement，每个InjectedElement代表一个注入目标，可以是一个字段或 setter 方法。 -
DependencyDescriptor描述了依赖项的相关信息，作用与BeanDefinition类似。
在得到注入目标的信息之后，需要对依赖项进行解析。由于 Spring 容器负责管理各项资源，因此依赖解析的工作是由 DefaultListableBeanFactory 完成的。从功能上来说，依赖解析可以分为三种：
- 延迟依赖解析：如果依赖项是
ObjectProvider或Provider这种包装类型，不立即解析依赖项，而是推迟到第一次调用对象时再解析。这是一种辅助功能，适用于特殊情况，即依赖项的实例可能尚未存在，因此需要推迟。 - 字符串解析：对声明了
@Value注解的字段进行解析，通过StringValueResolver组件寻找环境变量中的属性值。 - 对象解析：最常用的形式，包括单一类型和集合类型，其中集合类型建立在单一类型的基础之上。
4.2 注入方式
Spring 实现了四种依赖注入的方式，根据用途和执行时机可以分为两组。第一组是字段注入与 setter 方法注入，作用是为字段赋值，在填充对象的流程中执行。第二组是工厂方法注入和构造器注入，作用是创建对象，在实例化的流程中执行。
- 字段注入：在字段上声明
@Value、@Autowired等注解 - setter 方法注入：在方法上声明
@Autowired等注解。有时需要在 setter 方法中进行额外操作，可以选择这种方式 - 工厂方法注入：在方法上声明
@Bean注解，作用是创建对象，这种方式是代替FactoryBean的声明式实现 - 构造器注入：在构造器上声明
@Autowired注解
4.3 循环依赖
在依赖解析的过程中，可能遇到一种特殊情况，即当两个对象相互依赖时，如果不进行处理，那么代码的执行会陷入无限循环。Spring 的解决思路是临时存储创建中的对象，在寻找依赖项时返回创建中的对象，从而切断循环依赖的链条。DefaultSingletonBeanRegistry 定义了三级缓存，功能如下所示：
singletonObjects为一级缓存，负责存储创建完毕的单例。earlySingletonObjects为二级缓存，存储尚处于创建中单例，用于解决普通对象的循环依赖。singletonFactories为三级缓存，存储单例工厂，用于解决代理对象的循环依赖。
需要注意的是，二级缓存的作用是确保三级缓存中的 ObjectFactory 对象只回调一次，因为对于代理对象来说，代理对象的创建过程只能有一次。如果是普通对象，只保留一级和三级缓存就够了，因为不管回调多少次，获得的都是同一个对象。
5. Bean的生命周期
5.1 初始化流程
在填充对象之后，此时的对象是基本可用的，Spring 容器提供了一个机会供用户进行自定义操作，这一过程称之为对象的初始化。初始化操作包括以下四个方面：
- 感知接口注入：为实现了
Aware接口的对象注入组件，比如BeanFactoryAware接口的实现类会被注入BeanFactory实例。 - 初始化前处理：调用
BeanPostProcessor接口的postProcessBeforeInitialization方法，比如InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor组件处理声明了@PostConstruct注解的实例，并调用初始化方法。 - 初始化操作：包括两个部分，其一，如果当前实例实现了
InitializingBean接口，则调用afterPropertiesSet方法。其二，获取BeanDefinition的initMethodName属性，如果存在，则以反射的方式调用方法。 - 初始化后处理：调用
BeanPostProcessor接口的postProcessAfterInitialization方法，最典型的应用是AbstractAutoProxyCreator创建代理对象。
5.2 销毁流程
Bean 的销毁流程包括两个阶段，首先在创建实例的最后阶段，将待销毁的单例包装成 DisposableBeanAdapter 适配器对象，并注册到 Spring 容器中。其次，调用 ConfigurableBeanFactory 接口的 destroySingletons 方法触发销毁流程。单例的销毁操作是由 DisposableBeanAdapter 适配器对象完成的，一共处理了四种情况。如下所示：
- 通过
InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor组件处理声明了@PreDestroy注解的方法 - 调用
DisposableBean接口的销毁方法 - 调用指定的销毁方法，分为两种情况。一是自定义的销毁方法，即
BeanDefinition的destroyMethodName属性。二是默认的销毁方法，即AutoCloseable接口实现类的close或shutdown方法。
6. FactoryBean
Spring 容器主要通过 BeanDefinition 来创建对象，这种方式有两个特点，一是对象的构建过程较为简单，二是通过依赖注入完成了大部分构建工作。对于一些复杂对象来说，需要更加灵活的创建方式。Spring 的解决思路是将创建对象的权力「转包」出去，这实际上也是工厂模式的体现，即屏蔽了创建对象的细节。
Spring 提供了两种实现方式。一是 FactoryBean 接口，二是配置类中的工厂方法。关于后者将在第三章 context 模块进行讨论，其前置技术就是自动装配的工厂方法注入的功能。
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