Spring技术内幕：IoC容器的实现（二）—— IoC容器系列的设计与实现：BeanFactory和ApplicationContext

　　在上一篇Spring技术内幕：IoC容器的实现（一）—— Spring IoC的概述中，我们简单回顾了一下Spring IoC容器中依赖反转的概念以及Spring IoC的应用场景，本文将开始简单了解一下具体容器的继承关系及应用场景。

　　在Spring IoC容器的设计中，可以看到主要的两个容器系列，一个是实现BeanFactory接口的简单接口系列，这个系列的容器只实现了最基本的功能；另一个是ApplicationContext应用上下文，作为容器的高级形态存在。应用上下文在简单容器的基础上，增加了许多面向框架的特性，同时对应用环境作了许多适配。有了这两种基本的容器系列，基本上就可以满足用户对IoC容器使用的大部分需求了。

1 Spring的IoC容器系列

　　IoC容器为开发者管理对象之间的依赖关系提供了很多便利和基础服务。对于IoC容器的使用者来说，、经常接触到BeanFactory和ApplicationContext都可以看成是容器的具体表现形式。同时，在Spring中有各式各样的IoC容器的实现供用户选择和使用，使用什么样的容器完全取决于用户的需求。下图展示了这个容器系列的概况。

　　从上图可以看出，BeanFactory作为一个最基本的接口类出现在容器体系中。由此可以看出，作为IoC容器，接口类BeanFactory为提供给用户使用的IoC容器所设定了基本的功能规范。对于具体的IoC容器，需要满足BeanFactory这个基本的接口定义，所以在可以看到BeanFactory接口在继承体系中的作为最基本的接口类出现在Spring的IoC容器体系中。

　　在Spring提供的基本的IoC容器的接口定义和实现的基础上，Spring通过定义BeanDefinition来管理基于Spring的应用中的各种对象以及他们之间的相互依赖关系。我们知道，IoC容器是用来管理对象依赖关系的，对IoC容器来说，BeanDefinition就是对依赖反转模式中管理的对象依赖关系的数据抽象，也是容器实现依赖反转的核心数据结构，依赖反转功能都是围绕BeanDefinition的处理完成的。

2 Spring IoC容器的设计

　　本节我们将简单了解IoC容器是如何设计的，首先通过下图来了解一下IoC容器的接口设计图。

　　下面对接口关系做一些简要的分析

从BeanFactory到HierarchicalBeanFactory，再到ConfigurableBeanFactory，是一条主要的BeanFactory设计路径。其中，BeanFactory接口中定义了基本的IoC容器的规范。在这个接口定义中包括了getBean()这样的基本方法。HierarchicalBeanFactory接口在继承了BeanFactory接口后，增加了getParentBeanFactory()的接口功能，使BeanFactory具备了双亲IoC的管理能力。在接下来的ConfigurableBeanFactory接口中，主要定义了一些对BeanFactory的配置功能，比如setParentBeanFactory()设置双亲IoC容器，通过addBeanPostProcessor()配置Bean后置处理器等。通过这些接口设计的叠加，定义了BeanFactory就是简单IoC容器的基本功能。
第二条接口对的设计主线，以ApplicationContext应用上下文接口为核心的接口设计，主要涉及的接口设计有，从BeanFactory到ListableBeanFactory，再到ApplicationContext，再到常用的WebApplicationContext或ConfigurableApplicationContext接口。在这个接口体系中，ListableBeanFactory和HierarchicalBeanFactory两个接口，连接BeanFactory接口定义和ApplicationContext应用上下文的接口定义。在ListableBeanFactory中细化了许多BeanFactory的接口功能，如定义了getBeanDefinitionNames()接口方法；HierarchicalBeanFactory接口在上面已经简单介绍；对于ApplicationContext，它继承了MessageSource、ResourceLoader、ApplicationEvnetPublisher接口，在BeanFactory的简单IoC容器的基础上添加了许多对高级容器的特性的支持。

　　在图中主要涉及了接口关系，任何具体的IoC容器都是在这个接口体系下实现，再进行功能上的扩展。总体而言，ApplicationContext既继承了BeanFactory IoC的基本功能，有继承了MessageSource、ResourceLoader、ApplicationEvnetPublisher接口，实现了对简单的IoC容器功能扩展的目的，即BeanFactory为IoC容器的基本形式，而各种ApplicationContext的实现是IoC容器对的高级表现形式。

BeanFactory的应用场景

　　BeanFactory提供了最基本的IoC容器的功能。

　　用户可以使用转义符“&”来得到FactoryBean本身，用来区分通过容器来获取FactoryBean产生的对象和FactoryBean本身，即使用“&”得到的是FactoryBean本身。

　　注意：需要区分一下BeanFactory和FactoryBean的区别。BeanFactory从字面角度就可以知道它是一个Factory，是IoC的对象工厂，管理所有的Bean。FactoryBean则是一个Bean，是一个能产生或修饰对象生成的工厂类，它的实现与设计模式中的工厂模式和修饰器模式类似。

　　BeanFactory中提供了IoC的基本功能，有了它们，用户可以执行以下操作：

containsBean：判断容器中是否含有指定名字的Bean。
isSingleton：查询指定名字的Bean是否是Singleton类型的Bean。Singleton属性可以在BeanDefinition中指定。
isPrototype：查询指定名字的Bean是否是Prototype类型的Bean。Prototype属性也可以在BeanDefinition中指定。
isTypeMatch：查询指定了名字的Bean的Class类型是否是特定的Class类型。Class类型可以由用户指定。
getType：查询指定名字的Bean的Class类型
getAliases：查询指定了名字的Bean的所有别名，别名可以再BeanDefinition中定义。

　　以下为BeanFactory的源码清单。

public interface BeanFactory {
    String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&";
    Object getBean(String var1) throws BeansException;
    <T> T getBean(String var1, Class<T> var2) throws BeansException;
    Object getBean(String var1, Object... var2) throws BeansException;
    <T> T getBean(Class<T> var1) throws BeansException;
    <T> T getBean(Class<T> var1, Object... var2) throws BeansException;
    boolean containsBean(String var1);
    boolean isSingleton(String var1) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    boolean isPrototype(String var1) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    boolean isTypeMatch(String var1, ResolvableType var2) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    boolean isTypeMatch(String var1, Class<?> var2) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    Class<?> getType(String var1) throws NoSuchBeanDefinitionException;
    String[] getAliases(String var1);
}

BeanFactory容器的设计原理

　　虽然XmlBeanFactory在新版本Spring中已经不建议使用，但他相对简单，我们还是以XmlBeanFactory的实现来说明简单IoC容器的设计原理。下图为XmlBeanFactory的设计类继承关系。

　　以下为XmlBeanFactory源码清单。

@Deprecated
public class XmlBeanFactory extends DefaultListableBeanFactory {
    private final XmlBeanDefinitionReader reader;

    public XmlBeanFactory(Resource resource) throws BeansException {
        this(resource, (BeanFactory)null);
    }

    public XmlBeanFactory(Resource resource, BeanFactory parentBeanFactory) throws BeansException {
        super(parentBeanFactory);
        this.reader = new XmlBeanDefinitionReader(this);
        this.reader.loadBeanDefinitions(resource);
    }
}

　　可以看到，XmlBeanFactory继承了DefaultListableBeanFactory，需要明确，DefaultListableBeanFactory这个类非常重要，它实际上包含了基本IoC所具有的重要功能。并且在Spring中，实际上是把DefaultListableBeanFactory作为一个默认的功能完整的IoC容器来使用的。

　　从源码中可以看到，XmlBeanFactory在继承了DefaultListableBeanFactory后有添加了关于XML的新的功能。它是一个可以读取XML文件方式定义的BeanDefinition的IoC容器。

　　在构造XmlBeanFactory时，需要指定BeanDefinition的信息来源，封装为Resource（Spring中由来封装I/O操作的类）对象。将Resource作为构造参数传递给XmlBeanFactory，IoC容器就可以方便地定位到需要的BeanDefinition信息来对Bean完成容器的初始化和依赖注入过程。对XmlBeanDefinitionReader对象的初始化，以及使用这个对象对loadBeanDefinitions的调用载入BeanDefinitions的过程。

ApplicationContext的应用场景

　　首先通过下图了解一下ApplicationContext提供的BeanFactory不具备的新特性

支持不同的信息源。扩展MessageSource接口，信息源的扩展功能可以支持国际化的实现。
访问资源。体现在对ResouceLoader和Resource的支持上，可以从不同的I/O途径获取Bean的定义信息。
支持应用事件。它继承了ApplicationEventPublisher，在上下文中引入事件机制。
在ApplicationContext中提供的附加服务，使得ApplicationContext与简单的BeanFactory相比，对它的使用是一种面向框架的使用。

ApplicationContext容器的设计原理

　　我们以常用的FileSystemXmlApplicationContext的实现为例来说明ApplicationContext容器的设计原理。FileSystemXmlApplicationContext源码清单如下所示。

public class FileSystemXmlApplicationContext extends AbstractXmlApplicationContext {
    public FileSystemXmlApplicationContext() {
    }

    public FileSystemXmlApplicationContext(ApplicationContext parent) {
        super(parent);
    }

    public FileSystemXmlApplicationContext(String configLocation) throws BeansException {
        this(new String[]{configLocation}, true, (ApplicationContext)null);
    }

    public FileSystemXmlApplicationContext(String... configLocations) throws BeansException {
        this(configLocations, true, (ApplicationContext)null);
    }

    public FileSystemXmlApplicationContext(String[] configLocations, ApplicationContext parent) throws BeansException {
        this(configLocations, true, parent);
    }

    public FileSystemXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh) throws BeansException {
        this(configLocations, refresh, (ApplicationContext)null);
    }

    public FileSystemXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, ApplicationContext parent) throws BeansException {
        super(parent);
        this.setConfigLocations(configLocations);
        if (refresh) {
            this.refresh();
        }

    }

    protected Resource getResourceByPath(String path) {
        if (path != null && path.startsWith("/")) {
            path = path.substring(1);
        }

        return new FileSystemResource(path);
    }
}

　　可以看到，FileSystemXmlApplicationContext继承了AbstractXmlApplicationContext ，其中AbstractXmlApplicationContext 实现了ApplicationContext应用上下文的主要功能。在FileSystemXmlApplicationContext中它主要实现了与自身设计的两个功能。

　　第一个为，如果应用直接使用FileSystemXmlApplicationContext，对于实例化这个应用的上下文的支持，同时启动refresh()过程，对应了FileSystemXmlApplicationContext中的三参构造方法。另外一个功能是与FileSystemXmlApplicationContext设计具体相关的功能，与怎样从文件系统中加载XML的Bean定义资源有关。对应了getResourceByPath(String path)方法。

　　本文从BeanFactory和ApplicationContext两个系列简单介绍了IoC容器的设计原理，并通过部分源码体会了具体的IoC容器是如何在以前的基础上进一步完善功能的。