實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的 Spring Bean 容器

面對(duì)復(fù)雜的源碼，試著找到開(kāi)頭和結(jié)尾是一件非常具有挑戰(zhàn)的事。為了讓更多的初學(xué)者上手，從本文開(kāi)始，我們將通過(guò)實(shí)踐的方式帶領(lǐng)讀者逐步實(shí)現(xiàn) Spring 框架的核心鏈路和功能邏輯。

簡(jiǎn)化上手、凸顯重點(diǎn)、摒棄冗余，讓更多的初學(xué)者都能在這場(chǎng)學(xué)習(xí)旅途中收獲滿滿。旅途即將開(kāi)始，你準(zhǔn)備好了嗎？

? 本文難度：★☆☆☆☆

? 本文重點(diǎn)：基于 Spring Bean 容器的存儲(chǔ)功能和讀取功能，采用時(shí)間復(fù)雜度為O(log n) 的 HashMap 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

Spring Bean 包含并管理應(yīng)用對(duì)象的配置和生命周期。從這個(gè)意義上講，它是一種用于承載對(duì)象的容器，開(kāi)發(fā)者可以設(shè)置每個(gè) Bean 對(duì)象是如何被創(chuàng)建的，以及它們是如何互相關(guān)聯(lián)、構(gòu)建和使用的。使用這些 Bean 對(duì)象可以創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的實(shí)例，或者在需要時(shí)生成一個(gè)新的實(shí)例。

如果將一個(gè) Bean 對(duì)象交給 Spring Bean 容器管理，則這個(gè) Bean 對(duì)象會(huì)以類似零件的方式被拆解，然后存儲(chǔ)到 Spring Bean 容器的定義中，便于 Spring Bean 容器管理，這相當(dāng)于把對(duì)象解耦。

當(dāng)一個(gè) Bean 對(duì)象被定義和存儲(chǔ)后，會(huì)由 Spring Bean 容器統(tǒng)一進(jìn)行分配，這個(gè)過(guò)程包括 Bean 對(duì)象的初始化和屬性填充等。最終，我們可以完整地使用一個(gè)被實(shí)例化后的Bean 對(duì)象。

本文將帶領(lǐng)讀者實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的 Spring Bean 容器，用于定義、存儲(chǔ)和獲取 Bean對(duì)象。

我們將可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為容器，如 ArrayList、LinkedList、HashSet 等。但在 Spring Bean 容器中，需要一種可以用于存儲(chǔ)對(duì)象和使用對(duì)象名稱進(jìn)行便捷索引的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以選擇 HashMap 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是最合適的，下面簡(jiǎn)單介紹 HashMap。

HashMap 是一種基于擾動(dòng)函數(shù)、負(fù)載因子和紅黑樹(shù)轉(zhuǎn)換等技術(shù)形成的拉鏈尋址的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能讓數(shù)據(jù)更加均勻地分布在哈希桶，以及碰撞時(shí)形成的鏈表和紅黑樹(shù)上。HashMap 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會(huì)最大限度地使整個(gè)數(shù)據(jù)讀取的復(fù)雜度范圍為 O(1) ～ O(n)，也存在較多使用復(fù)雜度為 O(n) 的鏈表查找數(shù)據(jù)的情況。不過(guò)，經(jīng)過(guò) 10 萬(wàn)個(gè)單詞數(shù)據(jù)的擾動(dòng)函數(shù)索引計(jì)算后，通過(guò)在尋址位置膨脹的方差穩(wěn)定性對(duì)比驗(yàn)證得出，使用擾動(dòng)函數(shù)的數(shù)據(jù)會(huì)更均勻地分布在各個(gè)哈希桶索引上，基于這些特性的 HashMap 非常適合用于實(shí)現(xiàn)Spring Bean 容器。

另外，實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的 Spring Bean 容器，還需要完成 Bean 對(duì)象的定義、注冊(cè)和獲取 3 個(gè)基本步驟，如圖 1-1 所示。

1．定義

BeanDefifinition 是我們?cè)诓殚?Spring 源碼時(shí)經(jīng)常看到的一個(gè)類，如 singleton 屬性、prototype 屬性和 BeanClassName 類型等。這里的實(shí)現(xiàn)會(huì)采用更加簡(jiǎn)單的方法，只需要定義一個(gè) Object 類型用于存儲(chǔ)任意類型的對(duì)象。

2．注冊(cè)

注冊(cè)過(guò)程相當(dāng)于把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到 HashMap 中，現(xiàn)在 HashMap 中存儲(chǔ)的是被定義的Bean 對(duì)象的信息。

3．獲取

最后就是獲取對(duì)象。Bean 對(duì)象的名字就是 key。當(dāng) Spring Bean 容器初始化 Bean 對(duì)象后，Bean 對(duì)象就可以被直接獲取。按照上述設(shè)計(jì)過(guò)程，我們來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的 Spring Bean 容器。

1．工程結(jié)構(gòu)

spring-step-01└── src ├── main │ └── java │ └── cn.bugstack.springframework │ ├── BeanDefinition.java │ └── BeanFactory.java └── test └── java └── cn.bugstack.springframework.test ├── bean │ └── UserService.java └── ApiTest.java

Spring Bean 容器中類的關(guān)系如圖 1-2 所示。

Spring Bean 容器實(shí)現(xiàn) 的 內(nèi) 容 非 常 簡(jiǎn) 單， 僅 包 括 一 個(gè) 簡(jiǎn) 單 的 BeanFactory 類 和BeanDefifinition 類。這里的類名稱與 Spring 源碼中的類名稱一致，只是實(shí)現(xiàn)起來(lái)會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)化一些。在后續(xù)的擴(kuò)展過(guò)程中，我們可以不斷地添加內(nèi)容。

? BeanDefifinition：用于定義 Bean 對(duì)象，它的實(shí)現(xiàn)方式是以一個(gè) Object 類型存儲(chǔ)對(duì)象。

? BeanFactory：代表 Bean 對(duì)象的工廠，可以將 Bean 對(duì)象的定義存儲(chǔ)到 Map 中以便獲取 Bean 對(duì)象。

2．Bean 對(duì)象的定義

源碼詳見(jiàn)：cn.bugstack.springframework.BeanDefifinition。

public class BeanDefinition { private Object bean; public BeanDefinition(Object bean) { this.bean = bean; } public Object getBean() { return bean; }}

在目前的 Bean 對(duì)象定義中，只有一個(gè) Object 類型，因?yàn)樗撬蓄愋偷母割悾梢源鎯?chǔ)任意類型的 Bean 對(duì)象。讀者可以參考 Spring 源碼中這個(gè)類的信息，其名稱都是一樣的。在后續(xù)章節(jié)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，我們會(huì)逐步完善 BeanDefifinition 類對(duì) Bean 對(duì)象定義的相關(guān)屬性字段，如propertyValues、initMethodName、destroyMethodName、scope、beanClass等。

3．Bean 工廠

源碼詳見(jiàn)：cn.bugstack.springframework.BeanFactory。

public class BeanFactory { private Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(); public Object getBean(String name) { return beanDefinitionMap.get(name).getBean(); } public void registerBeanDefinition(String name, BeanDefinition beanDefinition) { beanDefinitionMap.put(name, beanDefinition); }}

BeanFactory 類是用于生成和使用對(duì)象的 Bean 工廠，BeanFactory 類的實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括Bean 對(duì)象的注冊(cè)和獲取，這里注冊(cè)的是 Bean 對(duì)象的定義信息。

目前，BeanFactory 類的實(shí)現(xiàn)是非常簡(jiǎn)化的，但這種簡(jiǎn)化的實(shí)現(xiàn)卻是整個(gè) Spring Bean容器中關(guān)于 Bean 對(duì)象使用的最終體現(xiàn)，只不過(guò)在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中只展示出了基本的核心原理。在后續(xù)的補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)中，這個(gè)類的內(nèi)容會(huì)不斷增加。

1．事先準(zhǔn)備

源碼詳見(jiàn)：cn.bugstack.springframework.test.bean.UserService。

public class UserService { public void queryUserInfo(){ System.out.println(" 查詢用戶信息 "); }}

這里簡(jiǎn)單定義了一個(gè) UserService 對(duì)象類，方便后續(xù)對(duì) Spring Bean 容器進(jìn)行測(cè)試。

2．測(cè)試實(shí)例

源碼詳見(jiàn)：cn.bugstack.springframework.test.ApiTest。

@Testpublic void test_BeanFactory(){ // 1. 初始化 BeanFactory 接口 BeanFactory beanFactory = new BeanFactory(); // 2. 注冊(cè) Bean 對(duì)象 BeanDefinition beanDefinition = new BeanDefinition(new UserService()); beanFactory.registerBeanDefinition("userService", beanDefinition); // 3. 獲取 Bean 對(duì)象 UserService userService = (UserService) beanFactory.getBean("userService"); userService.queryUserInfo();}

在單元測(cè)試中，主要包括初始化 BeanFactory 接口、注冊(cè) Bean 對(duì)象、獲取 Bean 對(duì)象 3 個(gè)步驟，在使用效果上貼近于 Spring 框架，但這里會(huì)更加簡(jiǎn)化一些。

在注冊(cè) Bean 對(duì)象的過(guò)程中，這里直接把 UserService 類實(shí)例化后作為入?yún)⑿畔鬟f給 BeanDefifinition。在后續(xù)的代碼中，我們會(huì)將這部分內(nèi)容放入 Bean 工廠中實(shí)現(xiàn)。

3．測(cè)試結(jié)果

查詢用戶信息Process finished with exit code 0

從測(cè)試結(jié)果中可以看到，目前的 Spring Bean 容器案例已經(jīng)有了雛形。

關(guān)于 Spring Bean 容器的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)已經(jīng)完成了，這部分代碼相對(duì)簡(jiǎn)單，讀者稍加嘗試就可以實(shí)現(xiàn)這部分內(nèi)容。

但對(duì)于學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程來(lái)說(shuō)，寫(xiě)代碼只是最后的步驟，形成整體思路和設(shè)計(jì)方案才是更重要的。讀者只有厘清了思路，才能真正地理解代碼。

學(xué)習(xí) Spring 源碼難嗎？

難！

為啥會(huì)這樣？

因?yàn)?Spring產(chǎn)生太久了，源碼太大了，主干核心源碼外的繁枝末節(jié)太多太多。就像將一個(gè)沙發(fā)左移、套個(gè)沙發(fā)罩、蓋上一塊布，再鋪個(gè)小坐墊，沙發(fā)套、蓋布、坐墊對(duì)初學(xué)源碼的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有那么重要，我們要了解的是最初的沙發(fā)、最開(kāi)始的木板，看看它的結(jié)構(gòu)、聞聞它的味道。

所以，如果你真地想了解Spring 這個(gè)源碼級(jí)復(fù)雜框架的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)精髓，就應(yīng)該像開(kāi)發(fā)一個(gè)項(xiàng)目一樣，從零寫(xiě)一遍。只有你寫(xiě)了這個(gè)項(xiàng)目，才能知道具體細(xì)節(jié)是如何處理的，各類設(shè)計(jì)是如何實(shí)現(xiàn)的。

獨(dú)樂(lè)不如眾樂(lè)，小傅哥把手動(dòng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單版 Spring 框架的內(nèi)容編寫(xiě)成書(shū)，希望幫助更多的研發(fā)人員學(xué)習(xí)Spring 源碼，編寫(xiě)出有價(jià)值的源碼設(shè)計(jì)方案。

從此，你多了一段“手寫(xiě)Spring”項(xiàng)目的學(xué)習(xí)經(jīng)歷：具備了復(fù)雜源碼的架構(gòu)設(shè)計(jì)能力、吸收了復(fù)雜場(chǎng)景分治和抽象的思想、我就是學(xué)會(huì)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)模式的運(yùn)用。

讀者在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，可以參考書(shū)中Spring 框架地圖，通過(guò)全局的視角，可以更好地理解和學(xué)習(xí) Spring 框架的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

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