Spring Bean创建流程分析讲解
作者：程序员小潘
1. 前言
Spring提供了xml、注解、JavaConfig多种方式来配置bean，不论何种方式，Spring最终都会将bean封装成BeanDefinition对象，Spring创建bean的依据也是通过BeanDefinition来完成的。
当我们调用getBean()方法获取bean实例时，不管是单例bean还是原型bean，首次调用时容器内都不存在可用的bean实例，这时就不得不去创建bean了，我们分析下Spring创建bean的过程。
2. Bean创建概览
Spring Bean的创建过程是非常复杂的，但是整体流程又是清晰的。创建bean的入口函数在AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBean()，Spring首先会触发一个扩展点InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessBeforeInstantiation()，如果扩展点返回了可用的bean，这里会进行短路操作，Spring将不再去实例化目标bean，这样做的好处是，扩展点可以在这里返回一个代理对象去避免目标bean被实例化。
如果扩展点没有返回可用的bean对象，Spring会自己去实例化bean，实例化bean的方式有三种，取决于BeanDefinition的配置。Bean实例化完了之后，Spring会通过扩展点的方式来收集Bean的注解属性和方法，比如：@Autowired、@Value、init-method等等，信息收集完毕会通过populateBean()方法对bean进行属性填充，其实就是注入依赖。属性填充完毕，紧接着会对bean进行初始化，触发bean实现的各种Aware接口，生命周期方法，以及BeanPostProcessor扩展点。
以上执行完毕后，此时的bean就已经是一个可用的bean了，可以直接返回了。但是，bean可能还会有destroy-method方法，需要在bean销毁时被调用，所以最后还需要把这一类bean暂存到Map容器中，以便销毁时触发。
3. InstantiationAwareBeanPostProcessor
根据beanName创建bean，首先需要知道bean对应的class。解析class有2种方式，如果mbd存在BeanClass就直接用，否则根据BeanClassName加载class。
/** * 解析BeanClass * 1.存在BeanClass * 2.根据BeanClassName加载Class */ Class<?> resolvedClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);
紧接着准备MethodOverrides，因为Spring支持lookup-method和replace-method功能，针对这两类方法Spring统一保存在MethodOverrides里面，如果bean存在MethodOverrides，则需要创建代理对象来增强。
这里的准备阶段，其实是解析MethodOverride是否存在重载方法，如果不存在重载方法，会将overloaded设为false，增强调用时就不用再根据参数类型去判断该调用哪个重载方法了。
/**
* 准备重写方法，解析是否有重载方法
* 1.lookup-method
* 2.replace-method
* 如果存在MethodOverride，则创建代理对象
*/
try {
mbdToUse.prepareMethodOverrides();
} catch (BeanDefinitionValidationException ex) {
throw new BeanDefinitionStoreException(mbdToUse.getResourceDescription(),
beanName, "Validation of method overrides failed", ex);
}
然后Spring触发扩展点InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessBeforeInstantiation()，如果扩展点返回了可用的bean，Spring将不再对目标bean进行实例化。这里你可以返回一个代理对象，然后自己决定什么时候实例化目标bean。
try {
/**
* 触发InstantiationAwareBeanPostProcessor扩展
* 允许它返回代理对象，来避免目标Bean实例化
* @see InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessBeforeInstantiation(java.lang.Class, java.lang.String)
*/
Object bean = resolveBeforeInstantiation(beanName, mbdToUse);
if (bean != null) {
/**
* 如果InstantiationAwareBeanPostProcessor返回了代理对象，则不再实例化目标Bean，短路操作
*/
return bean;
}
} catch (Throwable ex) {
throw new BeanCreationException(mbdToUse.getResourceDescription(), beanName,
"BeanPostProcessor before instantiation of bean failed", ex);
}
resolveBeforeInstantiation()其实就是从容器中取出所有的InstantiationAwareBeanPostProcessor实现类，然后依次调用postProcessBeforeInstantiation()方法。如果扩展点返回了bean对象，紧接着会马上触发postProcessAfterInitialization()方法，跳过目标bean的实例化。
protected Object resolveBeforeInstantiation(String beanName, RootBeanDefinition mbd) {
Object bean = null;
if (!Boolean.FALSE.equals(mbd.beforeInstantiationResolved)) {
if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
Class<?> targetType = determineTargetType(beanName, mbd);
if (targetType != null) {
// 应用InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessBeforeInstantiation处理器
bean = applyBeanPostProcessorsBeforeInstantiation(targetType, beanName);
if (bean != null) {
/**
* 如果扩展点返回了可用bean，不再实例化目标bean，紧接着应用after处理器
* 应用InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessBeforeInstantiation处理器
*/
bean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(bean, beanName);
}
}
}
mbd.beforeInstantiationResolved = (bean != null);
}
return bean;
}
4. createBeanInstance
如果InstantiationAwareBeanPostProcessor扩展点没有返回可用bean，Spring会对目标bean实例化，紧接着调用doCreateBean()方法。
实例化bean的方法是AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBeanInstance()，实例化bean的方式有三种：
- 如果RootBeanDefinition提供了instanceSupplier方法，则直接调用instanceSupplier方法来生成bean对象，避免反射实例化bean的性能消耗。
- 如果是@Bean方法声明的bean，Spring会从容器中找到factoryBeanName对应的工厂bean，然后反射调用factoryMethodName来创建bean。
- 通过构造函数实例化。
protected BeanWrapper createBeanInstance(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args) {
Class<?> beanClass = resolveBeanClass(mbd, beanName);
if (beanClass != null && !Modifier.isPublic(beanClass.getModifiers()) && !mbd.isNonPublicAccessAllowed()) {
throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
"Bean class isn't public, and non-public access not allowed: " + beanClass.getName());
}
Supplier<?> instanceSupplier = mbd.getInstanceSupplier();
if (instanceSupplier != null) {
return obtainFromSupplier(instanceSupplier, beanName);
}
/**
* 如果是@Bean方法声明的bean，则调用工厂方法来生成bean
* 从容器中取出factoryBean，反射调用@Bean方法生成bean
*/
if (mbd.getFactoryMethodName() != null) {
return instantiateUsingFactoryMethod(beanName, mbd, args);
}
boolean resolved = false;
boolean autowireNecessary = false;
if (args == null) {
synchronized (mbd.constructorArgumentLock) {
/*
一个类有多个构造函数，每个构造函数都有不同的参数，
所以需要根据参数锁定构造函数并进行初始化
*/
if (mbd.resolvedConstructorOrFactoryMethod != null) {
resolved = true;
autowireNecessary = mbd.constructorArgumentsResolved;
}
}
}
// 如果已经解析过则使用解析好的构造函数 ， 不需要再次锁定
if (resolved) {
if (autowireNecessary) {
// 构造函数注入
return autowireConstructor(beanName, mbd, null, null);
} else {
// 无参构造函数
return instantiateBean(beanName, mbd);
}
}
// 根据参数解析构造函数
Constructor<?>[] ctors = determineConstructorsFromBeanPostProcessors(beanClass, beanName);
if (ctors != null || mbd.getResolvedAutowireMode() == AUTOWIRE_CONSTRUCTOR ||
mbd.hasConstructorArgumentValues() || !ObjectUtils.isEmpty(args)) {
//构造函数自动注入
return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, args);
}
// Preferred constructors for default construction?
ctors = mbd.getPreferredConstructors();
if (ctors != null) {
return autowireConstructor(beanName, mbd, ctors, null);
}
// 无需特殊处理:只需使用无参构造函数。
return instantiateBean(beanName, mbd);
}
5. MergedBeanDefinitionPostProcessor
通过**createBeanInstance()**方法实例化的bean只是一个不可用的bean对象，因为这个时候bean的属性还没有填充，依赖也没有注入，初始化方法也没有被调用，后置处理器也还没有执行。
紧接着，Spring会对bean做一些信息收集，收集的信息包括@Autowired、@Value、@Resource等注解，init-method、destroy-method方法等，将这些信息封装成Member对象，存放到RootBeanDefinition的externallyManagedConfigMembers属性里。
收集工作是通过扩展点MergedBeanDefinitionPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition()进行的，Spring内置了多个实现类来收集信息，通过名字基本就能看出来它们要收集哪些信息。
- CommonAnnotationBeanPostProcessor
- AutowiredAnnotationBeanPostProcessor
- InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor
synchronized (mbd.postProcessingLock) {
if (!mbd.postProcessed) {
try {
/**
* 触发扩展点
* 解析bean的 @Autowired @Value @Resource注解
* init destory-method方法
* 存放到BD的externallyManagedConfigMembers中
* @see MergedBeanDefinitionPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition(org.springframework.beans.factory.support.RootBeanDefinition, java.lang.Class, java.lang.String)
*/
applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(mbd, beanType, beanName);
} catch (Throwable ex) {
throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
"Post-processing of merged bean definition failed", ex);
}
mbd.postProcessed = true;
}
}
6. SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor
Bean的信息收集完毕，还有一个问题需要解决。Spring是允许Bean之间存在循环依赖的，比如BeanA有一个属性BeanB，BeanB也有一个属性BeanA，两者互相依赖对方。Spring创建BeanA时发现它依赖BeanB，就会去创建BeanB，创建BeanB时又发现它依赖BeanA，此时又会去创建BeanA，循环依赖就此产生。为了打破这个死循环，Spring的解决方案是，不等BeanA完全创建好，就提前暴露到缓存中，这样在创建BeanB时就可以直接依赖这个半成品BeanA了，循环就此打破。
如果允许提前暴露 bean，那么Spring还会触发一个扩展点SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor#getEarlyBeanReference()来获得提前暴露 bean的引用，默认是直接原样返回bean。
/**
* 这个时候bean还没初始化，是否要提前暴露 Bean？以便循环依赖
* 条件：单例 & 允许循环依赖 & bean正在创建中
*/
boolean earlySingletonExposure = (mbd.isSingleton() && this.allowCircularReferences &&
isSingletonCurrentlyInCreation(beanName));
if (earlySingletonExposure) {
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Eagerly caching bean '" + beanName +
"' to allow for resolving potential circular references");
}
/**
* 加入到singletonFactories
*/
addSingletonFactory(beanName,
/**
* 获取提前暴露 Bean的引用，默认原样返回bean
* 触发扩展点，AOP在这里将advice织入bean中
* @see SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor#getEarlyBeanReference(java.lang.Object, java.lang.String)
*/
() -> getEarlyBeanReference(beanName, mbd, bean));
}
7. populateBean
bean实例生成了，bean的信息也收集完毕了，接下来就是对bean进行属性填充了，方法是populateBean()。
Spring此时又会触发一个扩展点InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessAfterInstantiation()，返回值代表是否要继续填充bean，默认返回true。
/**
* 触发扩展点，返回值代表是否要继续填充bean
* @see InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessAfterInstantiation(java.lang.Object, java.lang.String)
*/
boolean continueWithPropertyPopulation = true;
if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
if (!ibp.postProcessAfterInstantiation(bw.getWrappedInstance(), beanName)) {
continueWithPropertyPopulation = false;
break;
}
}
}
}
if (!continueWithPropertyPopulation) {
return;
}
如果需要继续填充bean，则通过InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessProperties()扩展点来完成的bean的填充。执行完这一步，Bean的属性会完成填充，依赖也会被注入。
/**
* 触发扩展点，这里会注入@Autowired、@Resource、@Value等属性
* @see InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessProperties(org.springframework.beans.PropertyValues, java.lang.Object, java.lang.String) InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessProperties(org.springframework.beans.PropertyValues, java.lang.Object, java.lang.String)
* @see InstantiationAwareBeanPostProcessor#postProcessPropertyValues(org.springframework.beans.PropertyValues, java.beans.PropertyDescriptor[], java.lang.Object, java.lang.String)
*/
PropertyDescriptor[] filteredPds = null;
if (hasInstAwareBpps) {
if (pvs == null) {
pvs = mbd.getPropertyValues();
}
for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
PropertyValues pvsToUse = ibp.postProcessProperties(pvs, bw.getWrappedInstance(), beanName);
if (pvsToUse == null) {
if (filteredPds == null) {
filteredPds = filterPropertyDescriptorsForDependencyCheck(bw, mbd.allowCaching);
}
// 对所有需要依赖检查的属性进行后处理
pvsToUse = ibp.postProcessPropertyValues(pvs, filteredPds, bw.getWrappedInstance(), beanName);
if (pvsToUse == null) {
return;
}
}
pvs = pvsToUse;
}
}
}
8. initializeBean
属性填充，依赖注入完，接下来就是bean的初始化。
首先会调用invokeAwareMethods()方法来触发Bean实现的各类Aware接口。
private void invokeAwareMethods(final String beanName, final Object bean) {
if (bean instanceof Aware) {
if (bean instanceof BeanNameAware) {
((BeanNameAware) bean).setBeanName(beanName);
}
if (bean instanceof BeanClassLoaderAware) {
ClassLoader bcl = getBeanClassLoader();
if (bcl != null) {
((BeanClassLoaderAware) bean).setBeanClassLoader(bcl);
}
}
if (bean instanceof BeanFactoryAware) {
((BeanFactoryAware) bean).setBeanFactory(AbstractAutowireCapableBeanFactory.this);
}
}
}
然后触发扩展点BeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization()。
Object wrappedBean = bean;
if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
/**
* 触发扩展点
* @see BeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization(java.lang.Object, java.lang.String)
*/
wrappedBean = applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(wrappedBean, beanName);
}
如果bean实现了InitializingBean接口，Spring紧接着会触发InitializingBean#afterPropertiesSet()扩展点，再执行init-method。
protected void invokeInitMethods(String beanName, final Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd)
throws Throwable {
//判断该bean 如果实现了InitializingBean接口，则调用bean的afterPropertiesSet方法
boolean isInitializingBean = (bean instanceof InitializingBean);
// 执行afterPropertiesSet方法
if (isInitializingBean && (mbd == null || !mbd.isExternallyManagedInitMethod("afterPropertiesSet"))) {
if (logger.isTraceEnabled()) {
logger.trace("Invoking afterPropertiesSet() on bean with name '" + beanName + "'");
}
if (System.getSecurityManager() != null) {
try {
AccessController.doPrivileged((PrivilegedExceptionAction<Object>) () -> {
((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet();
return null;
}, getAccessControlContext());
} catch (PrivilegedActionException pae) {
throw pae.getException();
}
} else {
((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet();
}
}
// 执行initMethod方法
if (mbd != null && bean.getClass() != NullBean.class) {
String initMethodName = mbd.getInitMethodName();
//判断是否指定了init-method方法，如果指定了init-method方法，则再调用制定的init-method
if (StringUtils.hasLength(initMethodName) &&
!(isInitializingBean && "afterPropertiesSet".equals(initMethodName)) &&
!mbd.isExternallyManagedInitMethod(initMethodName)) {
//调用init-method方法中指定的方法， 是通过反射实现
invokeCustomInitMethod(beanName, bean, mbd);
}
}
}
initMethods执行完毕，接着触发BeanPostProcessor#postProcessAfterInitialization()扩展点对bean做最后的扩展。
if (mbd == null || !mbd.isSynthetic()) {
/**
* 触发扩展点
* @see BeanPostProcessor#postProcessAfterInitialization(java.lang.Object, java.lang.String)
*/
wrappedBean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(wrappedBean, beanName);
}
return wrappedBean;
9. registerDisposableBean
到此为止，bean就创建完毕了，是一个完整的可用的bean了。最后一步，是判断bean是否存在destroy-method，如果有还需要把bean注册到Map容器中，以便bean销毁时调用。
protected void registerDisposableBeanIfNecessary(String beanName, Object bean, RootBeanDefinition mbd) {
AccessControlContext acc = (System.getSecurityManager() != null ? getAccessControlContext() : null);
if (!mbd.isPrototype() && requiresDestruction(bean, mbd)) {
if (mbd.isSingleton()) {
registerDisposableBean(beanName,
new DisposableBeanAdapter(bean, beanName, mbd, getBeanPostProcessors(), acc));
} else {
Scope scope = this.scopes.get(mbd.getScope());
if (scope == null) {
throw new IllegalStateException("No Scope registered for scope name '" + mbd.getScope() + "'");
}
scope.registerDestructionCallback(beanName,
new DisposableBeanAdapter(bean, beanName, mbd, getBeanPostProcessors(), acc));
}
}
}
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