springMVC工作原理及源码分析

springmvc工作原理以及源码分析
　　springmvc是一个基于spring的web框架.本篇文章对它的工作原理以及源码进行深入分析.

　　一、springmvc请求处理流程

　　二、springmvc的工作机制

　　三、springmvc核心源码分析

　　四、谈谈springmvc的优化
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一、springmvc请求处理流程

　　引用spring in action上的一张图来说明了springmvc的核心组件和请求处理流程:
重点内容　
①：DispatcherServlet是springmvc中的前端控制器(front controller),负责接收request并将request转发给对应的处理组件.

②：HanlerMapping是springmvc中完成url到controller映射的组件.DispatcherServlet接收request,然后从HandlerMapping查找处理request的controller.

③：Cntroller处理request,并返回ModelAndView对象,Controller是springmvc中负责处理request的组件(类似于struts2中的Action),ModelAndView是封装结果视图的组件.

④ ⑤ ⑥：视图解析器解析ModelAndView对象并返回对应的视图给客户端.

二、springmvc的工作机制

 在容器初始化时会建立所有url和controller的对应关系,保存到Map<url,controller>中.tomcat启动时会通知spring初始化容器(加载bean的定义信息和初始化所有单例bean),然后springmvc会遍历容器中的bean,获取每一个controller中的所有方法访问的url,然后将url和controller保存到一个Map中;

　　这样就可以根据request快速定位到controller,因为最终处理request的是controller中的方法,Map中只保留了url和controller中的对应关系,所以要根据request的url进一步确认controller中的method,这一步工作的原理就是拼接controller的url(controller上@RequestMapping的值)和方法的url(method上@RequestMapping的值),与request的url进行匹配,找到匹配的那个方法;　　

　　确定处理请求的method后,接下来的任务就是参数绑定,把request中参数绑定到方法的形式参数上,这一步是整个请求处理过程中最复杂的一个步骤。springmvc提供了两种request参数与方法形参的绑定方法:

　　① 通过注解进行绑定,@RequestParam

　　② 通过参数名称进行绑定.
　　使用注解进行绑定,我们只要在方法参数前面声明@RequestParam(“a”),就可以将request中参数a的值绑定到方法的该参数上.使用参数名称进行绑定的前提是必须要获取方法中参数的名称,Java反射只提供了获取方法的参数的类型,并没有提供获取参数名称的方法.springmvc解决这个问题的方法是用asm框架读取字节码文件,来获取方法的参数名称.asm框架是一个字节码操作框架,关于asm更多介绍可以参考它的官网.个人建议,使用注解来完成参数绑定,这样就可以省去asm框架的读取字节码的操作.

三、源代码的分析

我们根据工作机制中三部分来分析springmvc的源代码.

　　　　其一,ApplicationContext初始化时建立所有url和controller类的对应关系(用Map保存);

　　　　其二,根据请求url找到对应的controller,并从controller中找到处理请求的方法;

　　　　其三,request参数绑定到方法的形参,执行方法处理请求,并返回结果视图.

第一步、建立Map

public void initApplicationContext() throws ApplicationContextException {        super.initApplicationContext();        detectHandlers();    }    /**　　  * 建立当前ApplicationContext中的所有controller和url的对应关系　　　 */    protected void detectHandlers() throws BeansException {        if (logger.isDebugEnabled()) {            logger.debug("Looking for URL mappings in application context: " + getApplicationContext());        }　　　　 // 获取ApplicationContext容器中所有bean的Name        String[] beanNames = (this.detectHandlersInAncestorContexts ?                BeanFactoryUtils.beanNamesForTypeIncludingAncestors(getApplicationContext(), Object.class) :                getApplicationContext().getBeanNamesForType(Object.class));        // 遍历beanNames,并找到这些bean对应的url        for (String beanName : beanNames) {　　　　　　 // 找bean上的所有url(controller上的url+方法上的url),该方法由对应的子类实现            String[] urls = determineUrlsForHandler(beanName);            if (!ObjectUtils.isEmpty(urls)) {                // 保存urls和beanName的对应关系,put it to Map<urls,beanName>,该方法在父类AbstractUrlHandlerMapping中实现                registerHandler(urls, beanName);            }            else {                if (logger.isDebugEnabled()) {                    logger.debug("Rejected bean name '" + beanName + "': no URL paths identified");                }            }        }    }    /** 获取controller中所有方法的url,由子类实现,典型的模板模式 **/　　protected abstract String[] determineUrlsForHandler(String beanName);

  determineUrlsForHandler(String beanName)方法的作用是获取每个controller中的url,不同的子类有不同的实现,这是一个典型的模板设计模式.因为开发中我们用的最多的就是用注解来配置controller中的url,DefaultAnnotationHandlerMapping是AbstractDetectingUrlHandlerMapping的子类,处理注解形式的url映射.所以我们这里以DefaultAnnotationHandlerMapping来进行分析.我们看DefaultAnnotationHandlerMapping是如何查beanName上所有映射的url.

    /**　　 * 获取controller中所有的url     */　　protected String[] determineUrlsForHandler(String beanName) {       // 获取ApplicationContext容器 　　　　ApplicationContext context = getApplicationContext();        //从容器中获取controller　　　　 Class<?> handlerType = context.getType(beanName);　　　　 // 获取controller上的@RequestMapping注解        RequestMapping mapping = context.findAnnotationOnBean(beanName, RequestMapping.class);        if (mapping != null) { // controller上有注解            this.cachedMappings.put(handlerType, mapping);　　　　　　  // 返回结果集            Set<String> urls = new LinkedHashSet<String>();　　　　　　  // controller的映射url            String[] typeLevelPatterns = mapping.value();            if (typeLevelPatterns.length > 0) { // url>0                // 获取controller中所有方法及方法的映射url                String[] methodLevelPatterns = determineUrlsForHandlerMethods(handlerType, true);                for (String typeLevelPattern : typeLevelPatterns) {                    if (!typeLevelPattern.startsWith("/")) {                        typeLevelPattern = "/" + typeLevelPattern;                    }                    boolean hasEmptyMethodLevelMappings = false;                    for (String methodLevelPattern : methodLevelPatterns) {                        if (methodLevelPattern == null) {                            hasEmptyMethodLevelMappings = true;                        }                        else {　　　　　　　　　　　　　　　　// controller的映射url+方法映射的url                            String combinedPattern = getPathMatcher().combine(typeLevelPattern, methodLevelPattern);　　　　　　　　　　　　　　　　// 保存到set集合中　　　　　　　　　　　　　　　　 addUrlsForPath(urls, combinedPattern);                        }                    }                    if (hasEmptyMethodLevelMappings ||                            org.springframework.web.servlet.mvc.Controller.class.isAssignableFrom(handlerType)) {                        addUrlsForPath(urls, typeLevelPattern);                    }                }　　　　　　　　　// 以数组形式返回controller上的所有url                return StringUtils.toStringArray(urls);            }            else {                // controller上的@RequestMapping映射url为空串,直接找方法的映射url                return determineUrlsForHandlerMethods(handlerType, false);            }        } // controller上没@RequestMapping注解        else if (AnnotationUtils.findAnnotation(handlerType, Controller.class) != null) {            // 获取controller中方法上的映射url            return determineUrlsForHandlerMethods(handlerType, false);        }        else {            return null;        }    }

到这里HandlerMapping组件就已经建立所有url和controller的对应关系。

第二步、根据访问url找到对应controller中处理请求的方法.

　　下面我们开始分析第二个步骤,第二个步骤是由请求触发的,所以入口为DispatcherServlet.DispatcherServlet的核心方法为doService(),doService()中的核心逻辑由doDispatch()实现,我们查看doDispatch()的源代码.
　　

/** 中央控制器,控制请求的转发 **/protected void doDispatch(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception {        HttpServletRequest processedRequest = request;        HandlerExecutionChain mappedHandler = null;        int interceptorIndex = -1;        try {            ModelAndView mv;            boolean errorView = false;            try {　　　　　　　　　// 1.检查是否是文件上传的请求                processedRequest = checkMultipart(request);                // 2.取得处理当前请求的controller,这里也称为hanlder,处理器,第一个步骤的意义就在这里体现了.这里并不是直接返回controller,而是返回的HandlerExecutionChain请求处理器链对象,该对象封装了handler和interceptors.                mappedHandler = getHandler(processedRequest, false);　　　　　　　　　// 如果handler为空,则返回404                if (mappedHandler == null || mappedHandler.getHandler() == null) {                    noHandlerFound(processedRequest, response);                    return;                }                //3. 获取处理request的处理器适配器handler adapter                 HandlerAdapter ha = getHandlerAdapter(mappedHandler.getHandler());                // 处理 last-modified 请求头                String method = request.getMethod();                boolean isGet = "GET".equals(method);                if (isGet || "HEAD".equals(method)) {                    long lastModified = ha.getLastModified(request, mappedHandler.getHandler());                    if (logger.isDebugEnabled()) {                        String requestUri = urlPathHelper.getRequestUri(request);                        logger.debug("Last-Modified value for [" + requestUri + "] is: " + lastModified);                    }                    if (new ServletWebRequest(request, response).checkNotModified(lastModified) && isGet) {                        return;                    }                }                // 4.拦截器的预处理方法                HandlerInterceptor[] interceptors = mappedHandler.getInterceptors();                if (interceptors != null) {                    for (int i = 0; i < interceptors.length; i++) {                        HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];                        if (!interceptor.preHandle(processedRequest, response, mappedHandler.getHandler())) {                            triggerAfterCompletion(mappedHandler, interceptorIndex, processedRequest, response, null);                            return;                        }                        interceptorIndex = i;                    }                }                // 5.实际的处理器处理请求,返回结果视图对象                mv = ha.handle(processedRequest, response, mappedHandler.getHandler());                // 结果视图对象的处理                if (mv != null && !mv.hasView()) {                    mv.setViewName(getDefaultViewName(request));                }                // 6.拦截器的后处理方法                if (interceptors != null) {                    for (int i = interceptors.length - 1; i >= 0; i--) {                        HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];                        interceptor.postHandle(processedRequest, response, mappedHandler.getHandler(), mv);                    }                }            }            catch (ModelAndViewDefiningException ex) {                logger.debug("ModelAndViewDefiningException encountered", ex);                mv = ex.getModelAndView();            }            catch (Exception ex) {                Object handler = (mappedHandler != null ? mappedHandler.getHandler() : null);                mv = processHandlerException(processedRequest, response, handler, ex);                errorView = (mv != null);            }            if (mv != null && !mv.wasCleared()) {                render(mv, processedRequest, response);                if (errorView) {                    WebUtils.clearErrorRequestAttributes(request);                }            }            else {                if (logger.isDebugEnabled()) {                    logger.debug("Null ModelAndView returned to DispatcherServlet with name '" + getServletName() +                            "': assuming HandlerAdapter completed request handling");                }            }            // 请求成功响应之后的方法            triggerAfterCompletion(mappedHandler, interceptorIndex, processedRequest, response, null);        }第2步:getHandler(processedRequest)方法实际上就是从HandlerMapping中找到url和controller的对应关系.这也就是第一个步骤:建立Map<url,Controller>的意义.我们知道,最终处理request的是controller中的方法,我们现在只是知道了controller,还要进一步确认controller中处理request的方法.由于下面的步骤和第三个步骤关系更加紧密,直接转到第三个步骤.第三步、反射调用处理请求的方法,返回结果视图----------------------/** 获取处理请求的方法,执行并返回结果视图 **/protected ModelAndView invokeHandlerMethod(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)            throws Exception {　　　　 // 1.获取方法解析器        ServletHandlerMethodResolver methodResolver = getMethodResolver(handler);　　　　 // 2.解析request中的url,获取处理request的方法         Method handlerMethod = methodResolver.resolveHandlerMethod(request);　　　　 // 3.方法调用器        ServletHandlerMethodInvoker methodInvoker = new ServletHandlerMethodInvoker(methodResolver);        ServletWebRequest webRequest = new ServletWebRequest(request, response);        ExtendedModelMap implicitModel = new BindingAwareModelMap();　　　　 // 4.执行方法        Object result = methodInvoker.invokeHandlerMethod(handlerMethod, handler, webRequest, implicitModel);　　　　 // 5.封装结果视图        ModelAndView mav =                methodInvoker.getModelAndView(handlerMethod, handler.getClass(), result, implicitModel, webRequest);        methodInvoker.updateModelAttributes(handler, (mav != null ? mav.getModel() : null), implicitModel, webRequest);        return mav;    }    这部分的核心就在2和4了.先看第2步,通过request找controller的处理方法.实际上就是拼接controller的url和方法的url,与request的url进行匹配,找到匹配的/** 根据url获取处理请求的方法 **/public Method resolveHandlerMethod(HttpServletRequest request) throws ServletException {　　　　　　  // 如果请求url为,localhost:8080/springmvc/helloWorldController/say.action, 则lookupPath=helloWorldController/say.action            String lookupPath = urlPathHelper.getLookupPathForRequest(request);            Comparator<String> pathComparator = pathMatcher.getPatternComparator(lookupPath);            Map<RequestSpecificMappingInfo, Method> targetHandlerMethods = new LinkedHashMap<RequestSpecificMappingInfo, Method>();            Set<String> allowedMethods = new LinkedHashSet<String>(7);            String resolvedMethodName = null;　　　　　　 // 遍历controller上的所有方法,获取url匹配的方法            for (Method handlerMethod : getHandlerMethods()) {                RequestSpecificMappingInfo mappingInfo = new RequestSpecificMappingInfo(this.mappings.get(handlerMethod));                boolean match = false;                if (mappingInfo.hasPatterns()) {// 获取方法上的url                    for (String pattern : mappingInfo.getPatterns()) { // 方法上可能有多个url,springmvc支持方法映射多个url                        if (!hasTypeLevelMapping() && !pattern.startsWith("/")) {                            pattern = "/" + pattern;                        }　　　　　　　　　　　　　　// 获取controller上的映射和url和方法上的url,拼凑起来与lookupPath是否匹配                        String combinedPattern = getCombinedPattern(pattern, lookupPath, request);                        if (combinedPattern != null) {                             if (mappingInfo.matches(request)) {                                match = true;                                mappingInfo.addMatchedPattern(combinedPattern);                            }                            else {                                if (!mappingInfo.matchesRequestMethod(request)) {                                    allowedMethods.addAll(mappingInfo.methodNames());                                }                                break;                            }                        }                    }                    mappingInfo.sortMatchedPatterns(pathComparator);                }                else if (useTypeLevelMapping(request)) {              　// other         }    通过上面的代码,已经可以找到处理request的controller中的方法了,现在看如何解析该方法上的参数,并调用该方法。也就是执行方法这一步.执行方法这一步最重要的就是获取方法的参数,然后我们就可以反射调用方法了.public final Object invokeHandlerMethod(Method handlerMethod, Object handler,            NativeWebRequest webRequest, ExtendedModelMap implicitModel) throws Exception {　　　　 Method handlerMethodToInvoke = BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(handlerMethod);        try {            boolean debug = logger.isDebugEnabled();　　　　　　　// 处理方法上的其他注解            for (String attrName : this.methodResolver.getActualSessionAttributeNames()) {                Object attrValue = this.sessionAttributeStore.retrieveAttribute(webRequest, attrName);                if (attrValue != null) {                    implicitModel.addAttribute(attrName, attrValue);                }            }            for (Method attributeMethod : this.methodResolver.getModelAttributeMethods()) {                Method attributeMethodToInvoke = BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(attributeMethod);                Object[] args = resolveHandlerArguments(attributeMethodToInvoke, handler, webRequest, implicitModel);                if (debug) {                    logger.debug("Invoking model attribute method: " + attributeMethodToInvoke);                }                String attrName = AnnotationUtils.findAnnotation(attributeMethod, ModelAttribute.class).value();                if (!"".equals(attrName) && implicitModel.containsAttribute(attrName)) {                    continue;                }                ReflectionUtils.makeAccessible(attributeMethodToInvoke);                Object attrValue = attributeMethodToInvoke.invoke(handler, args);                if ("".equals(attrName)) {                    Class resolvedType = GenericTypeResolver.resolveReturnType(attributeMethodToInvoke, handler.getClass());                    attrName = Conventions.getVariableNameForReturnType(attributeMethodToInvoke, resolvedType, attrValue);                }                if (!implicitModel.containsAttribute(attrName)) {                    implicitModel.addAttribute(attrName, attrValue);                }            }　　　　　　　// 核心代码,获取方法上的参数值            Object[] args = resolveHandlerArguments(handlerMethodToInvoke, handler, webRequest, implicitModel);            if (debug) {                logger.debug("Invoking request handler method: " + handlerMethodToInvoke);            }            ReflectionUtils.makeAccessible(handlerMethodToInvoke);            return handlerMethodToInvoke.invoke(handler, args);        }

resolveHandlerArguments方法实现代码比较长,它最终要实现的目的就是:完成request中的参数和方法参数上数据的绑定.

springmvc中提供两种request参数到方法中参数的绑定方式:

　　① 通过注解进行绑定,@RequestParam

　　② 通过参数名称进行绑定.
　　使用注解进行绑定,我们只要在方法参数前面声明@RequestParam(“a”),就可以将request中参数a的值绑定到方法的该参数上.使用参数名称进行绑定的前提是必须要获取方法中参数的名称,Java反射只提供了获取方法的参数的类型,并没有提供获取参数名称的方法.springmvc解决这个问题的方法是用asm框架读取字节码文件,来获取方法的参数名称.asm框架是一个字节码操作框架,关于asm更多介绍可以参考它的官网.个人建议,使用注解来完成参数绑定,这样就可以省去asm框架的读取字节码的操作.

`
private Object[] resolveHandlerArguments(Method handlerMethod, Object handler,
NativeWebRequest webRequest, ExtendedModelMap implicitModel) throws Exception {
　　　　 // 1.获取方法参数类型的数组
Class[] paramTypes = handlerMethod.getParameterTypes();
　　　　// 声明数组,存参数的值
Object[] args = new Object[paramTypes.length];
　　　　//2.遍历参数数组,获取每个参数的值
for (int i = 0; i < args.length; i++) {
MethodParameter methodParam = new MethodParameter(handlerMethod, i);
methodParam.initParameterNameDiscovery(this.parameterNameDiscoverer);
GenericTypeResolver.resolveParameterType(methodParam, handler.getClass());
String paramName = null;
String headerName = null;
boolean requestBodyFound = false;
String cookieName = null;
String pathVarName = null;
String attrName = null;
boolean required = false;
String defaultValue = null;
boolean validate = false;
int annotationsFound = 0;
Annotation[] paramAnns = methodParam.getParameterAnnotations();
　　　　　　 // 处理参数上的注解
for (Annotation paramAnn : paramAnns) {
if (RequestParam.class.isInstance(paramAnn)) {
RequestParam requestParam = (RequestParam) paramAnn;
paramName = requestParam.value();
required = requestParam.required();
defaultValue = parseDefaultValueAttribute(requestParam.defaultValue());
annotationsFound++;
}
else if (RequestHeader.class.isInstance(paramAnn)) {
RequestHeader requestHeader = (RequestHeader) paramAnn;
headerName = requestHeader.value();
required = requestHeader.required();
defaultValue = parseDefaultValueAttribute(requestHeader.defaultValue());
annotationsFound++;
}
else if (RequestBody.class.isInstance(paramAnn)) {
requestBodyFound = true;
annotationsFound++;
}
else if (CookieValue.class.isInstance(paramAnn)) {
CookieValue cookieValue = (CookieValue) paramAnn;
cookieName = cookieValue.value();
required = cookieValue.required();
defaultValue = parseDefaultValueAttribute(cookieValue.defaultValue());
annotationsFound++;
}
else if (PathVariable.class.isInstance(paramAnn)) {
PathVariable pathVar = (PathVariable) paramAnn;
pathVarName = pathVar.value();
annotationsFound++;
}
else if (ModelAttribute.class.isInstance(paramAnn)) {
ModelAttribute attr = (ModelAttribute) paramAnn;
attrName = attr.value();
annotationsFound++;
}
else if (Value.class.isInstance(paramAnn)) {
defaultValue = ((Value) paramAnn).value();
}
else if (“Valid”.equals(paramAnn.annotationType().getSimpleName())) {
validate = true;
}
}
　　
if (annotationsFound > 1) {
throw new IllegalStateException(“Handler parameter annotations are exclusive choices - ” +
“do not specify more than one such annotation on the same parameter: ” + handlerMethod);
}

        if (annotationsFound == 0) {// 如果没有注解            Object argValue = resolveCommonArgument(methodParam, webRequest);            if (argValue != WebArgumentResolver.UNRESOLVED) {                args[i] = argValue;            }            else if (defaultValue != null) {                args[i] = resolveDefaultValue(defaultValue);            }            else {                Class paramType = methodParam.getParameterType();

　　　　　　　　　　 // 将方法声明中的Map和Model参数,放到request中,用于将数据放到request中带回页面
if (Model.class.isAssignableFrom(paramType) || Map.class.isAssignableFrom(paramType)) {
args[i] = implicitModel;
}
else if (SessionStatus.class.isAssignableFrom(paramType)) {
args[i] = this.sessionStatus;
}
else if (HttpEntity.class.isAssignableFrom(paramType)) {
args[i] = resolveHttpEntityRequest(methodParam, webRequest);
}
else if (Errors.class.isAssignableFrom(paramType)) {
throw new IllegalStateException(“Errors/BindingResult argument declared ” +
“without preceding model attribute. Check your handler method signature!”);
}
else if (BeanUtils.isSimpleProperty(paramType)) {
paramName = “”;
}
else {
attrName = “”;
}
}
}
　　　　　　　// 从request中取值,并进行赋值操作
if (paramName != null) {
　　　　　　　　　// 根据paramName从request中取值,如果没有通过RequestParam注解指定paramName,则使用asm读取class文件来获取paramName
args[i] = resolveRequestParam(paramName, required, defaultValue, methodParam, webRequest, handler);
}
else if (headerName != null) {
args[i] = resolveRequestHeader(headerName, required, defaultValue, methodParam, webRequest, handler);
}
else if (requestBodyFound) {
args[i] = resolveRequestBody(methodParam, webRequest, handler);
}
else if (cookieName != null) {
args[i] = resolveCookieValue(cookieName, required, defaultValue, methodParam, webRequest, handler);
}
else if (pathVarName != null) {
args[i] = resolvePathVariable(pathVarName, methodParam, webRequest, handler);
}
else if (attrName != null) {
WebDataBinder binder =
resolveModelAttribute(attrName, methodParam, implicitModel, webRequest, handler);
boolean assignBindingResult = (args.length > i + 1 && Errors.class.isAssignableFrom(paramTypes[i + 1]));
if (binder.getTarget() != null) {
doBind(binder, webRequest, validate, !assignBindingResult);
}
args[i] = binder.getTarget();
if (assignBindingResult) {
args[i + 1] = binder.getBindingResult();
i++;
}
implicitModel.putAll(binder.getBindingResult().getModel());
}
}
　　　　 // 返回参数值数组
return args;
}
“`

关于asm框架获取方法参数的部分,这里就不再进行分析了.感兴趣的话F3进去就能看到这个过程.

　　到这里,方法的参数值列表也获取到了,就可以直接进行方法的调用了.整个请求过程中最复杂的一步就是在这里了.ok,到这里整个请求处理过程的关键步骤都分析完了.理解了springmvc中的请求处理流程,整个代码还是比较清晰的.
　　

四、谈谈springmvc的优化

上面我们已经对springmvc的工作原理和源码进行了分析,在这个过程发现了几个优化点:

　　1.controller如果能保持单例,尽量使用单例,这样可以减少创建对象和回收对象的开销.也就是说,如果controller的类变量和实例变量可以以方法形参声明的尽量以方法的形参声明,不要以类变量和实例变量声明,这样可以避免线程安全问题.

　　2.处理request的方法中的形参务必加上@RequestParam注解,这样可以避免springmvc使用asm框架读取class文件获取方法参数名的过程.即便springmvc对读取出的方法参数名进行了缓存,如果不要读取class文件当然是更加好.

　　3.阅读源码的过程中,发现springmvc并没有对处理url的方法进行缓存,也就是说每次都要根据请求url去匹配controller中的方法url,如果把url和method的关系缓存起来,会不会带来性能上的提升呢?有点恶心的是,负责解析url和method对应关系的ServletHandlerMethodResolver是一个private的内部类,不能直接继承该类增强代码,必须要该代码后重新编译.当然,如果缓存起来,必须要考虑缓存的线程安全问题.