手撸Spring：设计与实现资源加载器，从Spring.xml解析和注册Bean对象（Day5）

一、目标

在完成 Spring 的框架雏形后，现在我们可以通过单元测试进行手动操作 Bean 对象的定义、注册和属性填充，以及最终获取对象调用方法。但这里会有一个问题，就是如果实际使用这个 Spring 框架，是不太可能让用户通过手动方式创建的，而是最好能通过配置文件的方式简化创建过程。需要完成如下操作：

如图中我们需要把步骤：2、3、4整合到Spring框架中，通过 Spring 配置文件的方式将 Bean 对象实例化。
接下来我们就需要在现有的 Spring 框架中，添加能解决 Spring 配置的读取、解析、注册Bean的操作。

二、设计

依照本章节的需求背景，我们需要在现有的 Spring 框架雏形中添加一个资源解析器，也就是能读取classpath、本地文件和云文件的配置内容。这些配置内容就是像使用 Spring 时配置的 Spring.xml 一样，里面会包括 Bean 对象的描述和属性信息。在读取配置文件信息后，接下来就是对配置文件中的 Bean 描述信息解析后进行注册操作，把 Bean 对象注册到 Spring 容器中。整体设计结构如下图：

资源加载器属于相对独立的部分，它位于 Spring 框架核心包下的IO实现内容，主要用于处理Class、本地和云环境中的文件信息。
当资源可以加载后，接下来就是解析和注册 Bean 到 Spring 中的操作，这部分实现需要和 DefaultListableBeanFactory 核心类结合起来，因为你所有的解析后的注册动作，都会把 Bean 定义信息放入到这个类中。
那么在实现的时候就设计好接口的实现层级关系，包括我们需要定义出 Bean 定义的读取接口 BeanDefinitionReader 以及做好对应的实现类，在实现类中完成对 Bean 对象的解析和注册。

三、实现

1. 工程结构

small-spring-step-05
└── src
    ├── main
    │   └── java
    │       └── cn.bugstack.springframework  
    │           ├── beans
    │           │   ├── factory
    │           │   │   ├── factory
    │           │   │   │   ├── AutowireCapableBeanFactory.java
    │           │   │   │   ├── BeanDefinition.java
    │           │   │   │   ├── BeanReference.java
    │           │   │   │   ├── ConfigurableBeanFactory.java
    │           │   │   │   └── SingletonBeanRegistry.java
    │           │   │   ├── support
    │           │   │   │   ├── AbstractAutowireCapableBeanFactory.java
    │           │   │   │   ├── AbstractBeanDefinitionReader.java
    │           │   │   │   ├── AbstractBeanFactory.java
    │           │   │   │   ├── BeanDefinitionReader.java
    │           │   │   │   ├── BeanDefinitionRegistry.java
    │           │   │   │   ├── CglibSubclassingInstantiationStrategy.java
    │           │   │   │   ├── DefaultListableBeanFactory.java
    │           │   │   │   ├── DefaultSingletonBeanRegistry.java
    │           │   │   │   ├── InstantiationStrategy.java
    │           │   │   │   └── SimpleInstantiationStrategy.java  
    │           │   │   ├── support
    │           │   │   │   └── XmlBeanDefinitionReader.java
    │           │   │   ├── BeanFactory.java
    │           │   │   ├── ConfigurableListableBeanFactory.java
    │           │   │   ├── HierarchicalBeanFactory.java
    │           │   │   └── ListableBeanFactory.java
    │           │   ├── BeansException.java
    │           │   ├── PropertyValue.java
    │           │   └── PropertyValues.java 
    │           ├── core.io
    │           │   ├── ClassPathResource.java 
    │           │   ├── DefaultResourceLoader.java 
    │           │   ├── FileSystemResource.java 
    │           │   ├── Resource.java 
    │           │   ├── ResourceLoader.java 
    │           │   └── UrlResource.java
    │           └── utils
    │               └── ClassUtils.java
    └── test
        └── java
            └── cn.bugstack.springframework.test
                ├── bean
                │   ├── UserDao.java
                │   └── UserService.java
                └── ApiTest.java

Spring Bean 容器资源加载和使用类关系，如图 6-3

本章节为了能把 Bean 的定义、注册和初始化交给 Spring.xml 配置化处理，那么就需要实现两大块内容，分别是：资源加载器、xml资源处理类，实现过程主要以对接口 Resource、ResourceLoader 的实现，而另外 BeanDefinitionReader 接口则是对资源的具体使用，将配置信息注册到 Spring 容器中去。
在 Resource 的资源加载器的实现中包括了，ClassPath、系统文件、云配置文件，这三部分与 Spring 源码中的设计和实现保持一致，最终在 DefaultResourceLoader 中做具体的调用。
接口：BeanDefinitionReader、抽象类：AbstractBeanDefinitionReader、实现类：XmlBeanDefinitionReader，这三部分内容主要是合理清晰的处理了资源读取后的注册 Bean 容器操作。接口管定义，抽象类处理非接口功能外的注册Bean组件填充，最终实现类即可只关心具体的业务实现

另外本章节还参考 Spring 源码，做了相应接口的集成和实现的关系，虽然这些接口目前还并没有太大的作用，但随着框架的逐步完善，它们也会发挥作用。如图 6-4

BeanFactory，已经存在的 Bean 工厂接口用于获取 Bean 对象，这次新增加了按照类型获取 Bean 的方法：<T> T getBean(String name, Class<T> requiredType)
ListableBeanFactory，是一个扩展 Bean 工厂接口的接口，新增加了 getBeansOfType、getBeanDefinitionNames() 方法，在 Spring 源码中还有其他扩展方法。
HierarchicalBeanFactory，在 Spring 源码中它提供了可以获取父类 BeanFactory 方法，属于是一种扩展工厂的层次子接口。Sub-interface implemented by bean factories that can be part of a hierarchy.
AutowireCapableBeanFactory，是一个自动化处理Bean工厂配置的接口，目前案例工程中还没有做相应的实现，后续逐步完善。
ConfigurableBeanFactory，可获取 BeanPostProcessor、BeanClassLoader等的一个配置化接口。
ConfigurableListableBeanFactory，提供分析和修改Bean以及预先实例化的操作接口，不过目前只有一个 getBeanDefinition 方法。

2. 资源加载接口定义和实现

cn.bugstack.springframework.core.io.Resource

public interface Resource {

    InputStream getInputStream() throws IOException;

}

在 Spring 框架下创建 core.io 核心包，在这个包中主要用于处理资源加载流。
定义 Resource 接口，提供获取 InputStream 流的方法，接下来再分别实现三种不同的流文件操作：classPath、FileSystem、URL

ClassPath：cn.bugstack.springframework.core.io.ClassPathResource

public class ClassPathResource implements Resource {

    private final String path;

    private ClassLoader classLoader;

    public ClassPathResource(String path) {
        this(path, (ClassLoader) null);
    }

    public ClassPathResource(String path, ClassLoader classLoader) {
        Assert.notNull(path, "Path must not be null");
        this.path = path;
        this.classLoader = (classLoader != null ? classLoader : ClassUtils.getDefaultClassLoader());
    }

    @Override
    public InputStream getInputStream() throws IOException {
        InputStream is = classLoader.getResourceAsStream(path);
        if (is == null) {
            throw new FileNotFoundException(
                    this.path + " cannot be opened because it does not exist");
        }
        return is;
    }
}

这一部分的实现是用于通过 ClassLoader 读取ClassPath 下的文件信息，具体的读取过程主要是：classLoader.getResourceAsStream(path)

FileSystem：cn.bugstack.springframework.core.io.FileSystemResource

public class FileSystemResource implements Resource {

    private final File file;

    private final String path;

    public FileSystemResource(File file) {
        this.file = file;
        this.path = file.getPath();
    }

    public FileSystemResource(String path) {
        this.file = new File(path);
        this.path = path;
    }

    @Override
    public InputStream getInputStream() throws IOException {
        return new FileInputStream(this.file);
    }

    public final String getPath() {
        return this.path;
    }

}

通过指定文件路径的方式读取文件信息，这部分大家肯定还是非常熟悉的，经常会读取一些txt、excel文件输出到控制台。

Url：cn.bugstack.springframework.core.io.UrlResource

public class UrlResource implements Resource{

    private final URL url;

    public UrlResource(URL url) {
        Assert.notNull(url,"URL must not be null");
        this.url = url;
    }

    @Override
    public InputStream getInputStream() throws IOException {
        URLConnection con = this.url.openConnection();
        try {
            return con.getInputStream();
        }
        catch (IOException ex){
            if (con instanceof HttpURLConnection){
                ((HttpURLConnection) con).disconnect();
            }
            throw ex;
        }
    }

}

通过 HTTP 的方式读取云服务的文件，我们也可以把配置文件放到 GitHub 或者 Gitee 上。

3. 包装资源加载器

按照资源加载的不同方式，资源加载器可以把这些方式集中到统一的类服务下进行处理，外部用户只需要传递资源地址即可，简化使用。

定义接口：cn.bugstack.springframework.core.io.ResourceLoader

public interface ResourceLoader {

    /**
     * Pseudo URL prefix for loading from the class path: "classpath:"
     */
    String CLASSPATH_URL_PREFIX = "classpath:";

    Resource getResource(String location);

}

定义获取资源接口，里面传递 location 地址即可。

实现接口：cn.bugstack.springframework.core.io.DefaultResourceLoader

public class DefaultResourceLoader implements ResourceLoader {

    @Override
    public Resource getResource(String location) {
        Assert.notNull(location, "Location must not be null");
        if (location.startsWith(CLASSPATH_URL_PREFIX)) {
            return new ClassPathResource(location.substring(CLASSPATH_URL_PREFIX.length()));
        }
        else {
            try {
                URL url = new URL(location);
                return new UrlResource(url);
            } catch (MalformedURLException e) {
                return new FileSystemResource(location);
            }
        }
    }

}

在获取资源的实现中，主要是把三种不同类型的资源处理方式进行了包装，分为：判断是否为ClassPath、URL以及文件。
虽然 DefaultResourceLoader 类实现的过程简单，但这也是设计模式约定的具体结果，像是这里不会让外部调用放知道过多的细节，而是仅关心具体调用结果即可。

4. Bean定义读取接口

cn.bugstack.springframework.beans.factory.support.BeanDefinitionReader

public interface BeanDefinitionReader {

    BeanDefinitionRegistry getRegistry();

    ResourceLoader getResourceLoader();

    void loadBeanDefinitions(Resource resource) throws BeansException;

    void loadBeanDefinitions(Resource... resources) throws BeansException;

    void loadBeanDefinitions(String location) throws BeansException;

}

这是一个 Simple interface for bean definition readers. 其实里面无非定义了几个方法，包括：getRegistry()、getResourceLoader()，以及三个加载Bean定义的方法。
这里需要注意 getRegistry()、getResourceLoader()，都是用于提供给后面三个方法的工具，加载和注册，这两个方法的实现会包装到抽象类中，以免污染具体的接口实现方法。

5. Bean定义抽象类实现

cn.bugstack.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanDefinitionReader

public abstract class AbstractBeanDefinitionReader implements BeanDefinitionReader {

    private final BeanDefinitionRegistry registry;

    private ResourceLoader resourceLoader;

    protected AbstractBeanDefinitionReader(BeanDefinitionRegistry registry) {
        this(registry, new DefaultResourceLoader());
    }

    public AbstractBeanDefinitionReader(BeanDefinitionRegistry registry, ResourceLoader resourceLoader) {
        this.registry = registry;
        this.resourceLoader = resourceLoader;
    }

    @Override
    public BeanDefinitionRegistry getRegistry() {
        return registry;
    }

    @Override
    public ResourceLoader getResourceLoader() {
        return resourceLoader;
    }

}

抽象类把 BeanDefinitionReader 接口的前两个方法全部实现完了，并提供了构造函数，让外部的调用使用方，把Bean定义注入类，传递进来。
这样在接口 BeanDefinitionReader 的具体实现类中，就可以把解析后的 XML 文件中的 Bean 信息，注册到 Spring 容器去了。以前我们是通过单元测试使用，调用 BeanDefinitionRegistry 完成Bean的注册，现在可以放到 XMl 中操作了

6. 解析XML处理Bean注册

cn.bugstack.springframework.beans.factory.xml.XmlBeanDefinitionReader

public class XmlBeanDefinitionReader extends AbstractBeanDefinitionReader {

    public XmlBeanDefinitionReader(BeanDefinitionRegistry registry) {
        super(registry);
    }

    public XmlBeanDefinitionReader(BeanDefinitionRegistry registry, ResourceLoader resourceLoader) {
        super(registry, resourceLoader);
    }

    @Override
    public void loadBeanDefinitions(Resource resource) throws BeansException {
        try {
            try (InputStream inputStream = resource.getInputStream()) {
                doLoadBeanDefinitions(inputStream);
            }
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            throw new BeansException("IOException parsing XML document from " + resource, e);
        }
    }

    @Override
    public void loadBeanDefinitions(Resource... resources) throws BeansException {
        for (Resource resource : resources) {
            loadBeanDefinitions(resource);
        }
    }

    @Override
    public void loadBeanDefinitions(String location) throws BeansException {
        ResourceLoader resourceLoader = getResourceLoader();
        Resource resource = resourceLoader.getResource(location);
        loadBeanDefinitions(resource);
    }

    protected void doLoadBeanDefinitions(InputStream inputStream) throws ClassNotFoundException {
        Document doc = XmlUtil.readXML(inputStream);
        Element root = doc.getDocumentElement();
        NodeList childNodes = root.getChildNodes();

        for (int i = 0; i < childNodes.getLength(); i++) {
            // 判断元素
            if (!(childNodes.item(i) instanceof Element)) continue;
            // 判断对象
            if (!"bean".equals(childNodes.item(i).getNodeName())) continue;
            
            // 解析标签
            Element bean = (Element) childNodes.item(i);
            String id = bean.getAttribute("id");
            String name = bean.getAttribute("name");
            String className = bean.getAttribute("class");
            // 获取 Class，方便获取类中的名称
            Class<?> clazz = Class.forName(className);
            // 优先级 id > name
            String beanName = StrUtil.isNotEmpty(id) ? id : name;
            if (StrUtil.isEmpty(beanName)) {
                beanName = StrUtil.lowerFirst(clazz.getSimpleName());
            }

            // 定义Bean
            BeanDefinition beanDefinition = new BeanDefinition(clazz);
            // 读取属性并填充
            for (int j = 0; j < bean.getChildNodes().getLength(); j++) {
                if (!(bean.getChildNodes().item(j) instanceof Element)) continue;
                if (!"property".equals(bean.getChildNodes().item(j).getNodeName())) continue;
                // 解析标签：property
                Element property = (Element) bean.getChildNodes().item(j);
                String attrName = property.getAttribute("name");
                String attrValue = property.getAttribute("value");
                String attrRef = property.getAttribute("ref");
                // 获取属性值：引入对象、值对象
                Object value = StrUtil.isNotEmpty(attrRef) ? new BeanReference(attrRef) : attrValue;
                // 创建属性信息
                PropertyValue propertyValue = new PropertyValue(attrName, value);
                beanDefinition.getPropertyValues().addPropertyValue(propertyValue);
            }
            if (getRegistry().containsBeanDefinition(beanName)) {
                throw new BeansException("Duplicate beanName[" + beanName + "] is not allowed");
            }
            // 注册 BeanDefinition
            getRegistry().registerBeanDefinition(beanName, beanDefinition);
        }
    }

}

XmlBeanDefinitionReader 类最核心的内容就是对 XML 文件的解析，把我们本来在代码中的操作放到了通过解析 XML 自动注册的方式。

loadBeanDefinitions 方法，处理资源加载，这里新增加了一个内部方法：doLoadBeanDefinitions，它主要负责解析 xml
在 doLoadBeanDefinitions 方法中，主要是对xml的读取 XmlUtil.readXML(inputStream) 和元素 Element 解析。在解析的过程中通过循环操作，以此获取 Bean 配置以及配置中的 id、name、class、value、ref 信息。
最终把读取出来的配置信息，创建成 BeanDefinition 以及 PropertyValue，最终把完整的 Bean 定义内容注册到 Bean 容器：getRegistry().registerBeanDefinition(beanName, beanDefinition)

四、测试

1. 事先准备

cn.bugstack.springframework.test.bean.UserDao

public class UserDao {

    private static Map<String, String> hashMap = new HashMap<>();

    static {
        hashMap.put("10001", "小傅哥");
        hashMap.put("10002", "八杯水");
        hashMap.put("10003", "阿毛");
    }

    public String queryUserName(String uId) {
        return hashMap.get(uId);
    }

}

cn.bugstack.springframework.test.bean.UserService

public class UserService {

    private String uId;

    private UserDao userDao;

    public void queryUserInfo() {
        return userDao.queryUserName(uId);
    }

    // ...get/set
}

Dao、Service，是我们平常开发经常使用的场景。在 UserService 中注入 UserDao，这样就能体现出Bean属性的依赖了。

2. 配置文件

important.properties

1 2	`# Config File system.key=OLpj9823dZ`

spring.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans>

    <bean id="userDao" class="cn.bugstack.springframework.test.bean.UserDao"/>

    <bean id="userService" class="cn.bugstack.springframework.test.bean.UserService">
        <property name="uId" value="10001"/>
        <property name="userDao" ref="userDao"/>
    </bean>

</beans>

这里有两份配置文件，一份用于测试资源加载器，另外 spring.xml 用于测试整体的 Bean 注册功能。

3. 单元测试(资源加载)

案例

private DefaultResourceLoader resourceLoader;      

@Before
public void init() {
    resourceLoader = new DefaultResourceLoader();
}   

@Test
public void test_classpath() throws IOException {
    Resource resource = resourceLoader.getResource("classpath:important.properties");
    InputStream inputStream = resource.getInputStream();
    String content = IoUtil.readUtf8(inputStream);
    System.out.println(content);
}   

@Test
public void test_file() throws IOException {
    Resource resource = resourceLoader.getResource("src/test/resources/important.properties");
    InputStream inputStream = resource.getInputStream();
    String content = IoUtil.readUtf8(inputStream);
    System.out.println(content);
}    

@Test
public void test_url() throws IOException {
    Resource resource = resourceLoader.getResource("https://github.com/fuzhengwei/small-spring/important.properties"
    InputStream inputStream = resource.getInputStream();
    String content = IoUtil.readUtf8(inputStream);
    System.out.println(content);
}

测试结果

# Config File
system.key=OLpj9823dZ

Process finished with exit code 0

这三个方法：test_classpath、test_file、test_url，分别用于测试加载 ClassPath、FileSystem、Url 文件，URL文件在Github，可能加载时会慢

4. 单元测试(配置文件注册Bean)

案例

@Test
public void test_xml() {
    // 1.初始化 BeanFactory
    DefaultListableBeanFactory beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();

    // 2. 读取配置文件&注册Bean
    XmlBeanDefinitionReader reader = new XmlBeanDefinitionReader(beanFactory);
    reader.loadBeanDefinitions("classpath:spring.xml");

    // 3. 获取Bean对象调用方法
    UserService userService = beanFactory.getBean("userService", UserService.class);
    String result = userService.queryUserInfo();
    System.out.println("测试结果：" + result);
}

测试结果

1
2
3

测试结果：小傅哥

Process finished with exit code 0

在上面的测试案例中可以看到，我们把以前通过手动注册 Bean 以及配置属性信息的内容，交给了 new XmlBeanDefinitionReader(beanFactory) 类读取 Spring.xml 的方式来处理，并通过了测试验证。

五、总结

以配置文件为入口解析和注册 Bean 信息，最终再通过 Bean 工厂获取 Bean 以及做相应的调用操作

[文章引用]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIxMDAwMDAxMw==&mid=2650730645&idx=1&sn=70862b3f3ee482e03d56a5b68af710c6&chksm=8f611177b8169861c5dff11d2b7f475af8e827c3e79764007e43c9a16566a16992ad8085b142&cur_album_id=1871634116341743621&scene=189&poc_token=HC4VqGWjQ3nyOjH4FoQM0xRW_JSLa6TArN4RIjq- “《Spring 手撸专栏》第 6 章：气吞山河，设计与实现资源加载器，从Spring.xml解析和注册Bean对象”

手撸spring系列

#源码 #spring

手撸Spring：设计与实现资源加载器，从Spring.xml解析和注册Bean对象（Day5）

https://xsinxcos.github.io/2024/01/18/手撸Spring：day5/

作者

xsinxcos(涿)

发布于

2024年1月18日

许可协议

设计模式：策略模式上一篇

手撸Spring：为Bean对象注入属性和依赖Bean的功能实现（Day4）下一篇