Spring读书学习笔记（三）——IoC

3.1 IoC概述
IoC（Inverse of Control，控制反转）是Spring容器的内核。

3.1.1 概念

可以用DI（Dependency Injection, 依赖注入）的概念来代替IoC，即让调用类对某一接口实现类的依赖关系由第三方注入，以移除调用类对某一接口实现类的依赖。

3.1.2 IoC类型

从注入方法上看，IoC主要可以划分为三种类型：构造函数注入，属性注入和接口注入。

3.2 相关Java知识

Java运行通过程序化的方式间接对Class进行操作。Class文件由类装载器装载后，在JVM中将形成一份描述Class结构的元信息对象，通过该元信息对象可以获知Class的结构信息，如构造函数、属性、方法等。

3.2.1 类装置器

1.类装载器的工作机制

类装载器就是寻找类的节码文件并构造出类在JVM内部表示构造的组件。在Java中，类装载器把类装入JVM中，需要经过以下步骤：

（1）装载：查找和导入Class文件

（2）链接：执行校验、准备和解析步骤，其中解析步骤是可以选择的。

校验：检查载入Class文件的正确性

准备：给类的静态变量分配存储空间

解析：将符号引用转化为直接引用

（3）初始化：对类的静态变量、静态代码块执行初始化工作

JVM运行时会产生3个ClassLoader：根装载器、ExtClassLoader(扩展类装载器)和AppClassLoader（应用类装载器）。根装载器不是ClassLoader的子类，它使用C++语言编写，因而在Java中看不到它，跟装载器负责装载JRE的核心类库。其他两个是ClassLoader的子类，ExtClassLoader负责装载JRE扩展目录ext中的JAR包，AppClassLoader负责装载Classpath路径下的类包。

根装载器是ExtClassLoader的父装载器，ExtClassLoader是AppClassLoader的父装载器。在默认情况下，使用AppClassLoader装载应用程序的类。

JVM装载类时使用“全盘负责委托机制”，“全盘负责”是指当一个ClassLoader负责装载一个类时，除非显式使用另一个ClassLoader，该类所依赖以及引用的类也由这个ClassLoader载入；“委托机制”是指先委托父装载器寻找目标类，只有找不到的情况下才从自己的类路径中查找并装载目标类。

每个类在JVM中都拥有一个对应的java.lang.Class对象，它提供了类结构信息的描述。数组、枚举、注解及基本Java对象，甚至void都拥有对应的Class对象。Class没有public的构造方法。Class对象是由装载类时由JVM通过调用类装载器中的defineClass方法自动构造的。

3.2.1 Java反射机制

Class反射对象描述类语义结构，可以从Class对象中获取构造函数、成员变量、方法类等类元素的反射对象，并以编程的方式通过这些反射对象对目标类对象进行操作。这些反射对象类在java.reflect包中定义，下面介绍3个主要的反射类。

Constructor：类的构造函数反射类，通过Class#getConstructors()方法可以获取类的所有构造函数反射对象数组。一个主要方法是newInstance（Object[] initargs）,通过该方法可以创建一个对象类的实例，相当于new。

Method:类方法的反射类，通过Class#getDeclaredMethods()方法可以获取类的所有方法反射类对象数组Method[]。Method最主要方法是invoke(Object obj, Object... args)，其中obj表示操作的目标对象，args为方法入参。

Field：类的成员变量反射类，通过Class#getDeclaredFields()方法可以获取类的成员变量反射对象数组，通过Class#getDeclaredFields(String name)则可以获取某个特定名称的成员变量反射对象。Field类最主要方法是set（Object obj, Object value)，其中obj表示操作的目标对象，通过value为目标对象的成员变量设置值。

Java还为包提供了Package反射类，为注解提供了AnnotatedElement反射类。Java反射体系保证了可以通过程序化的方式访问目标类中所有元素，对应private或protected成员变量及方法，只要JVM的安全机制允许，也可以通过反射进行调用。

在访问private或protected成员变量和方法时，必须通过setAccessible(boolean access)方法取消Java语言检查，否则将抛出IllegalAccessException。如果JVM的安全管理器设置了相应的安全机制，那么调用该方法将抛出SecurityException。

3.3 资源访问利器

3.3.1 资源抽象接口

JDK所提供的访问资源的类（java.net.URL, File）等并不能很好地满足各种底层资源的访问需求。鉴于此，Spring设计了一个resource接口，它为应用提供了更强的底层资源访问能力。该接口拥有对应不同资源类型的实现类。

假设有一个文件位于Web应用的类路径下，用户可以通过以下方式对这个文件资源进行访问：

通过FileSystemResource以文件系统绝对路径的方式进行访问。

通过ClassPathResource以类路径的方式进行访问。

通过ServletContextResource以相对于Web应用根目录的反射进行访问。

3.3.2 资源加载

Spring提供了一个强大的加载资源的机制，不但能够通过“classpath：”、“file：”等资源地址前缀识别不同的资源类型，还支持Ant风格带通配符的资源地址。

1.资源地址

和“classpath：”对应的还有另一种“classpath*:”前缀。假设有多个JAR包或文件系统类路径都拥有一个相同的包名。“classpath：”只会在第一个加载的包的类路径下查找，而“classpath*”会扫描所有这些JAR包及类路径下出现的此类路径。

Ant风格的资源地址支持3种匹配符。

？：匹配文件名中的一个字符。

*：匹配文件名中的任意字符。

**：匹配多层路径。

3.4 BeanFactory和ApplicationContext

Spring通过一个配置文件描述Bean和Bean之间的依赖关系，利用Java语言的反射功能实例化Bean并建立Bean之间的依赖关系。

Bean工厂（com.springframework.beans.factory.BeanFactory）是Spring框架最核心的接口，它提供了高级IoC的配置机制。BeanFactory使管理不同类型的Java对象成为可能，应用上下文（com.springframework.context.ApplicationContext）建立在BeanFactory集成之上，提供了更多面向应用的功能，它提供了国际化支持和框架事件体系，更易于创建实际应用。一般称BeanFactory为IoC容器，称ApplicationContext为应用上下文，有时直接将ApplicationContext称为Spring容器。

BeanFactory是Spring框架的基础设施，面向Spring本身；ApplicationContext面向使用Spring框架的开发者，几乎所有的应用场合都可以直接使用ApplicationContext而非底层的BeanFactory。

3.4.1 BeanFactory介绍

BeanFactory是一个类工厂，但与传统的类工厂不同，传统的类工厂仅负责构造一个或几个类的实例；而BeanFactory是类的通用工厂，它可以创建并管理各种类的对象。这些可被创建和管理的对象本身并没有什么特别之处，仅是一个POJO，Spring称这些Java对象为Bean。JavaBean要满足一定规范，如必须提供一个默认不带参的构造函数、不依赖于某一特定的容器等，但Spring中的Bean比JavaBean更宽泛一些，所有可以被Spring容器实例化并管理的Java类都可以成为Bean。

1.BeanFactory的类体系结构

Spring为BeanFactory提供了多种实现，建议使用XmlBeanDefinitionReader/DefaultListableBeanFactory替代。

3.4.2 ApplicationContext类体系结构

1.ApplicationContext类体系结构

ApplicationContext的主要实现类是ClassPathXmlApplicationContext和FileSystemXmlApplicationContext，前者默认从类路径加载配置文件，后者默认从文件系统中装载配置文件。

2.WebApplicationContext类体系结构

WebApplicationContext是专门为Web应用准备，它允许从相对于Web根目录的路径中装配文件完成初始化工作。从WebApplicationContext可以获得ServletContext的引用，整个Web应用上下文对象将作为属性放到ServletContext中，以便Web应用环境可以访问Spring应用上下文。

在非Web应用的环境下，Bean只有singleton和prototype两种作用域。WebApplicationContext为Bean添加了三个新的作用域：request，session和global session。

3.WebApplicationContext初始化

在web.xml中配置自启动的Servlet或定义Web容器监听器（ServletContextListener），都可以完成启动Spring Web应用上下文的工作。

3.4.3 父子容器

通过HierarchicalBeanFactory接口，Spring的IoC容器可以建立父子层级关联的容器体系，子容器可以访问父容器中的Bean，但父容器不能访问子容器的Bean。在容器内，Bean的id必须是唯一的，但子容器可以拥有一个和父容器id相同的Bean。

3.5 Bean的生命周期

3.5.1 BeanFactory中Bean的生命周期

1.图解

4.5.2 ApplicationContext中Bean的生命周期

Bean在应用上下文中的生命周期和在BeanFactory中的生命周期类似，不同的是如果Bean实现了org.springframework.context.ApplicationContextAware接口，则会增加一个调用该接口方法setApplicationContext()的步骤。

如果在配置文件中声明了工厂后处理器接口BeanFactoryPostProcess的实现类，则应用上下文在装载配置文件之后、初始化Bean实例之前将调用这些BeanFactoryPostProcessor对配置信息进行加工处理。

ApplicationContext和BeanFactory另一个最大的不同之处在于：前者会利用Java反射机制自动识别出配置文件中定义的BeanPostProcessor、InstantiationAwareBeanPostProcessor和BeanFactoryPostProcessor，并自动将它们注册到应用上下文中；而后者需要再代码中通过手工调用addBeanPostProcessor()方法进行注册。这也是我是你在应用开发中普遍使用ApplicationContext而很少使用BeanFactory的原因之一。

在ApplicationContext中，只需在配置文件中通过<bean>定义工厂后处理器和Bean后处理器，它们就会按预期方式运行。