手撸Spring：运用设计模式，实现 Bean 的定义、注册、获取（Day2）

一、目标

对已实现的 Spring Bean 容器进行功能完善，实现 Bean 容器关于 Bean 对象的注册和获取。

二、设计

将 Spring Bean 容器完善起来，首先非常重要的一点是在 Bean 注册的时候只注册一个类信息，而不会直接把实例化信息注册到 Spring 容器中。那么就需要修改 BeanDefinition 中的属性 Object 为 Class，接下来在需要做的就是在获取 Bean 对象时需要处理 Bean 对象的实例化操作以及判断当前单例对象在容器中是否已经缓存起来了。整体设计如图 3-1

三、实现

1. 工程结构

small-spring-step-02
└── src
    ├── main
    │   └── java
    │       └── cn.bugstack.springframework.beans
    │           ├── factory
    │           │   ├── factory
    │           │   │   ├── BeanDefinition.java
    │           │   │   └── SingletonBeanRegistry.java
    │           │   ├── support
    │           │   │   ├── AbstractAutowireCapableBeanFactory.java
    │           │   │   ├── AbstractBeanFactory.java
    │           │   │   ├── BeanDefinitionRegistry.java
    │           │   │   ├── DefaultListableBeanFactory.java
    │           │   │   └── DefaultSingletonBeanRegistry.java
    │           │   └── BeanFactory.java
    │           └── BeansException.java
    └── test
        └── java
            └── cn.bugstack.springframework.test
                ├── bean
                │   └── UserService.java
                └── ApiTest.java

Spring Bean 容器类关系，如图 3-2

虽然这一章节关于 Spring Bean 容器的功能实现与 Spring 源码中还有不少的差距，但以目前实现结果的类关系图来看，其实已经具备了一定的设计复杂性，这些复杂的类关系设计在各个接口定义和实现以及在抽象类继承中都有所体现，例如：

BeanFactory 的定义由 AbstractBeanFactory 抽象类实现接口的 getBean 方法
而 AbstractBeanFactory 又继承了实现了 SingletonBeanRegistry 的DefaultSingletonBeanRegistry 类。这样 AbstractBeanFactory 抽象类就具备了单例 Bean 的注册功能。
AbstractBeanFactory 中又定义了两个抽象方法：getBeanDefinition(String beanName)、createBean(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) ，而这两个抽象方法分别由 DefaultListableBeanFactory、AbstractAutowireCapableBeanFactory 实现。
最终 DefaultListableBeanFactory 还会继承抽象类 AbstractAutowireCapableBeanFactory 也就可以调用抽象类中的 createBean 方法了。

2. BeanDefinition 定义

cn.bugstack.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition

public class BeanDefinition {

    private Class beanClass;

    public BeanDefinition(Class beanClass) {
        this.beanClass = beanClass;
    }
    // ...get/set
}

在 Bean 定义类中已经把上一章节中的 Object bean 替换为 Class，这样就可以把 Bean 的实例化操作放到容器中处理了。如果你有仔细阅读过上一章并做了相应的测试，那么你会发现 Bean 的实例化操作是放在初始化调用阶段传递给 BeanDefinition 构造函数的。

3. 单例注册接口定义和实现

cn.bugstack.springframework.beans.factory.config.SingletonBeanRegistry

public interface SingletonBeanRegistry {

    Object getSingleton(String beanName);

}

这个类比较简单主要是定义了一个获取单例对象的接口。

cn.bugstack.springframework.beans.factory.config.DefaultSingletonBeanRegistry

public class DefaultSingletonBeanRegistry implements SingletonBeanRegistry {

    private Map<String, Object> singletonObjects = new HashMap<>();

    @Override
    public Object getSingleton(String beanName) {
        return singletonObjects.get(beanName);
    }

    protected void addSingleton(String beanName, Object singletonObject) {
        singletonObjects.put(beanName, singletonObject);
    }

}

在 DefaultSingletonBeanRegistry 中主要实现 getSingleton 方法，同时实现了一个受保护的 addSingleton 方法，这个方法可以被继承此类的其他类调用。包括：AbstractBeanFactory 以及继承的 DefaultListableBeanFactory 调用。

4. 抽象类定义模板方法(AbstractBeanFactory)

cn.bugstack.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory

public abstract class AbstractBeanFactory extends DefaultSingletonBeanRegistry implements BeanFactory {

    @Override
    public Object getBean(String name) throws BeansException {
        Object bean = getSingleton(name);
        if (bean != null) {
            return bean;
        }

        BeanDefinition beanDefinition = getBeanDefinition(name);
        return createBean(name, beanDefinition);
    }

    protected abstract BeanDefinition getBeanDefinition(String beanName) throws BeansException;

    protected abstract Object createBean(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) throws BeansException;

}

AbstractBeanFactory 首先继承了 DefaultSingletonBeanRegistry，也就具备了使用单例注册类方法。
接下来很重要的一点是关于接口 BeanFactory 的实现，在方法 getBean 的实现过程中可以看到，主要是对单例 Bean 对象的获取以及在获取不到时需要拿到 Bean 的定义做相应 Bean 实例化操作。那么 getBean 并没有自身的去实现这些方法，而是只定义了调用过程以及提供了抽象方法，由实现此抽象类的其他类做相应实现。
后续继承抽象类 AbstractBeanFactory 的类有两个，包括：AbstractAutowireCapableBeanFactory、DefaultListableBeanFactory，这两个类分别做了相应的实现处理，接着往下看。

5. 实例化Bean类(AbstractAutowireCapableBeanFactory)

cn.bugstack.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory

public abstract class AbstractAutowireCapableBeanFactory extends AbstractBeanFactory {

    @Override
    protected Object createBean(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) throws BeansException {
        Object bean = null;
        try {
            bean = beanDefinition.getBeanClass().newInstance();
        } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {
            throw new BeansException("Instantiation of bean failed", e);
        }

        addSingleton(beanName, bean);
        return bean;
    }

}

在 AbstractAutowireCapableBeanFactory 类中实现了 Bean 的实例化操作 newInstance，其实这块会埋下一个坑，有构造函数入参的对象怎么处理？可以提前思考
在处理完 Bean 对象的实例化后，直接调用 addSingleton 方法存放到单例对象的缓存中去。

6. 核心类实现(DefaultListableBeanFactory)

cn.bugstack.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry

public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractAutowireCapableBeanFactory implements BeanDefinitionRegistry {

    private Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new HashMap<>();

    @Override
    public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) {
        beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
    }

    @Override
    public BeanDefinition getBeanDefinition(String beanName) throws BeansException {
        BeanDefinition beanDefinition = beanDefinitionMap.get(beanName);
        if (beanDefinition == null) throw new BeansException("No bean named '" + beanName + "' is defined");
        return beanDefinition;
    }

}

DefaultListableBeanFactory 在 Spring 源码中也是一个非常核心的类，在我们目前的实现中也是逐步贴近于源码，与源码类名保持一致。
DefaultListableBeanFactory 继承了 AbstractAutowireCapableBeanFactory 类，也就具备了接口 BeanFactory 和 AbstractBeanFactory 等一连串的功能实现。所以有时候你会看到一些类的强转，调用某些方法，也是因为你强转的类实现接口或继承了某些类。
除此之外这个类还实现了接口 BeanDefinitionRegistry 中的 registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition) 方法，当然你还会看到一个 getBeanDefinition 的实现，这个方法我们文中提到过它是抽象类 AbstractBeanFactory 中定义的抽象方法。现在注册Bean定义与获取Bean定义就可以同时使用了，是不感觉这个套路还蛮深的。接口定义了注册，抽象类定义了获取，都集中在 DefaultListableBeanFactory 中的 beanDefinitionMap 里

四、测试用例

cn.bugstack.springframework.test.ApiTest

@Test
public void test_BeanFactory(){
    // 1.初始化 BeanFactory
    DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
    // 2.注册 bean
    BeanDefinition beanDefinition = new BeanDefinition(UserService.class);
    beanFactory.registerBeanDefinition("userService", beanDefinition);
    // 3.第一次获取 bean
    UserService userService = (UserService) beanFactory.getBean("userService");
    userService.queryUserInfo();
    // 4.第二次获取 bean from Singleton
    UserService userService_singleton = (UserService) beanFactory.getBean("userService");
    userService_singleton.queryUserInfo();
}

具体流程为：

创建并初始化DefaultListableBeanFactory（继承BeanFactory）
将需要注册的类使用BeanDefinition包装（保证一致性）
将包装好的BeanDefinition通过DefaultListableBeanFactory进行注册
第一次获取bean时，将Bean的实例放入singletonObjects（单例对象）中（通过HashMap置于缓存中），同时返回已实例化的bean
第二次获取bean时，直接通过singletonObjects（单例对象）从缓存得到已存入的bean实例

[文章部分引用]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIxMDAwMDAxMw==&mid=2650730563&idx=1&sn=54f7765a18b974649856842a6f2203a2&chksm=8f6111a1b81698b7ce66aed26180285c9247677263962a95397ce3d3eeb18a27dee53d11be94&cur_album_id=1871634116341743621&scene=189#wechat_redirect “《Spring 手撸专栏》第 3 章：初显身手，运用设计模式，实现 Bean 的定义、注册、获取”

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手撸Spring：运用设计模式，实现 Bean 的定义、注册、获取（Day2）

https://xsinxcos.github.io/2023/12/31/手撸Spring：Day2/

作者

xsinxcos(涿)

发布于

2023年12月31日

许可协议

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