SpringBean 工作原理详解

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前言

在 Spring 中，那些组成应用程序的主体及由 Spring IOC 容器所管理的对象，被称之为 bean。简单地讲，bean 就是由 IOC 容器初始化、装配及管理的对象，除此之外，bean 就与应用程序中的其他对象没有什么区别了。而 bean 的定义以及 bean 相互间的依赖关系将通过配置元数据来描述。

Spring中的bean默认都是单例的，这些单例Bean在多线程程序下如何保证线程安全呢？ 例如对于Web应用来说，Web容器对于每个用户请求都创建一个单独的Sevlet线程来处理请求，引入Spring框架之后，每个Action都是单例的，那么对于Spring托管的单例Service Bean，如何保证其安全呢？ Spring的单例是基于BeanFactory也就是Spring容器的，单例Bean在此容器内只有一个，Java的单例是基于 JVM，每个 JVM 内只有一个实例。

bean的作用域

创建一个bean定义，其实质是用该bean定义对应的类来创建真正实例的“配方”。把bean定义看成一个配方很有意义，它与class很类似，只根据一张“处方”就可以创建多个实例。不仅可以控制注入到对象中的各种依赖和配置值，还可以控制该对象的作用域。这样可以灵活选择所建对象的作用域，而不必在Java Class级定义作用域。Spring Framework支持五种作用域，分别阐述如下表。

类别	说明
singleton	在Spring IoC容器中仅存在一个Bean实例，Bean以单例方式存在，默认值
prototype	每次从容器中调用Bean时，都返回一个新的实例，即每次调用getBean()时，相当于执行new XxxBean()
request	每次HTTP请求都会创建一个新的Bean，该该作用域仅适用于WebApplicationContext环境
session	同一个HTTP Session共享一个Bean，不同Session使用不同Bean，仅适用于WebApplicationContext环境
globalSession	一般用于Portlet应用环境，该作用域仅适用于WebApplicationContext环境

五种作用域中，request、session 和 global session 三种作用域仅在基于web的应用中使用（不必关心你所采用的是什么web应用框架），只能用在基于 web 的 Spring ApplicationContext 环境。

singleton

singleton唯一 bean 实例，当一个 bean 的作用域为 singleton，那么Spring IoC容器中只会存在一个共享的 bean 实例，并且所有对 bean 的请求，只要 id 与该 bean 定义相匹配，则只会返回bean的同一实例。 singleton 是单例类型(对应于单例模式)，就是在创建起容器时就同时自动创建了一个bean的对象，不管你是否使用，但我们可以指定Bean节点的 lazy-init=”true” 来延迟初始化bean，这时候，只有在第一次获取bean时才会初始化bean，即第一次请求该bean时才初始化。 每次获取到的对象都是同一个对象。注意，singleton 作用域是Spring中的缺省作用域。要在XML中将 bean 定义成 singleton ，可以这样配置：

<bean id="ServiceImpl" class="cn.csdn.service.ServiceImpl" scope="singleton">

也可以通过 @Scope 注解（它可以显示指定bean的作用范围。）的方式

@Service
@Scope("singleton")
public class ServiceImpl{

}

prototype

prototype每次请求都会创建一个新的 bean 实例,当一个bean的作用域为 prototype，表示一个 bean 定义对应多个对象实例。prototype 作用域的 bean 会导致在每次对该 bean 请求（将其注入到另一个 bean 中，或者以程序的方式调用容器的 getBean() 方法）时都会创建一个新的 bean 实例。prototype 是原型类型，它在我们创建容器的时候并没有实例化，而是当我们获取bean的时候才会去创建一个对象，而且我们每次获取到的对象都不是同一个对象。根据经验，对有状态的 bean 应该使用 prototype 作用域，而对无状态的 bean 则应该使用 singleton 作用域。 在 XML 中将 bean 定义成 prototype ，可以这样配置：

<bean id="account" class="com.foo.DefaultAccount" scope="prototype"/>  
 或者
<bean id="account" class="com.foo.DefaultAccount" singleton="false"/> 

通过 @Scope 注解的方式实现就不做演示了。

request

request每一次HTTP请求都会产生一个新的bean，该bean仅在当前HTTP request内有效,request只适用于Web程序，每一次 HTTP 请求都会产生一个新的bean，同时该bean仅在当前HTTP request内有效，当请求结束后，该对象的生命周期即告结束。 在 XML 中将 bean 定义成 request ，可以这样配置：

<bean id="loginAction" class=cn.csdn.LoginAction" scope="request"/>

session

session每一次HTTP请求都会产生一个新的 bean，该bean仅在当前 HTTP session 内有效,session只适用于Web程序，session 作用域表示该针对每一次 HTTP 请求都会产生一个新的 bean，同时该 bean 仅在当前 HTTP session 内有效.与request作用域一样，可以根据需要放心的更改所创建实例的内部状态，而别的 HTTP session 中根据 userPreferences 创建的实例，将不会看到这些特定于某个 HTTP session 的状态变化。当HTTP session最终被废弃的时候，在该HTTP session作用域内的bean也会被废弃掉。

<bean id="userPreferences" class="com.foo.UserPreferences" scope="session"/>

globalSession

global session 作用域类似于标准的 HTTP session 作用域，不过仅仅在基于 portlet 的 web 应用中才有意义。Portlet 规范定义了全局 Session 的概念，它被所有构成某个 portlet web 应用的各种不同的 portle t所共享。在global session 作用域中定义的 bean 被限定于全局portlet Session的生命周期范围内。

<bean id="user" class="com.foo.Preferences "scope="globalSession"/>

bean的生命周期

Spring Bean是Spring应用中最最重要的部分了。所以来看看Spring容器在初始化一个bean的时候会做那些事情，顺序是怎样的，在容器关闭的时候，又会做哪些事情。

spring版本：4.2.3.RELEASE
鉴于Spring源码是用gradle构建的，我也决定舍弃我大maven，尝试下洪菊推荐过的gradle。运行beanLifeCycle模块下的junit test即可在控制台看到如下输出，可以清楚了解Spring容器在创建，初始化和销毁Bean的时候依次做了那些事情。

Spring容器初始化
=====================================
调用GiraffeService无参构造函数
GiraffeService中利用set方法设置属性值
调用setBeanName:: Bean Name defined in context=giraffeService
调用setBeanClassLoader,ClassLoader Name = sun.misc.Launcher$AppClassLoader
调用setBeanFactory,setBeanFactory:: giraffe bean singleton=true
调用setEnvironment
调用setResourceLoader:: Resource File Name=spring-beans.xml
调用setApplicationEventPublisher
调用setApplicationContext:: Bean Definition Names=[giraffeService, org.springframework.context.annotation.CommonAnnotationBeanPostProcessor#0, com.giraffe.spring.service.GiraffeServicePostProcessor#0]
执行BeanPostProcessor的postProcessBeforeInitialization方法,beanName=giraffeService
调用PostConstruct注解标注的方法
执行InitializingBean接口的afterPropertiesSet方法
执行配置的init-method
执行BeanPostProcessor的postProcessAfterInitialization方法,beanName=giraffeService
Spring容器初始化完毕
=====================================
从容器中获取Bean
giraffe Name=李光洙
=====================================
调用preDestroy注解标注的方法
执行DisposableBean接口的destroy方法
执行配置的destroy-method
Spring容器关闭

先来看看，Spring在Bean从创建到销毁的生命周期中可能做得事情。

initialization 和 destroy

有时我们需要在Bean属性值set好之后和Bean销毁之前做一些事情，比如检查Bean中某个属性是否被正常的设置好值了。Spring框架提供了多种方法让我们可以在Spring Bean的生命周期中执行initialization和pre-destroy方法。

1.实现InitializingBean和DisposableBean接口

这两个接口都只包含一个方法。通过实现InitializingBean接口的afterPropertiesSet()方法可以在Bean属性值设置好之后做一些操作，实现DisposableBean接口的destroy()方法可以在销毁Bean之前做一些操作。

例子如下：

public class GiraffeService implements InitializingBean,DisposableBean {
    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        System.out.println("执行InitializingBean接口的afterPropertiesSet方法");
    }
    @Override
    public void destroy() throws Exception {
        System.out.println("执行DisposableBean接口的destroy方法");
    }
}

这种方法比较简单，但是不建议使用。因为这样会将Bean的实现和Spring框架耦合在一起。

2.在bean的配置文件中指定init-method和destroy-method方法

Spring允许我们创建自己的 init 方法和 destroy 方法，只要在 Bean 的配置文件中指定 init-method 和 destroy-method 的值就可以在 Bean 初始化时和销毁之前执行一些操作。

例子如下：

public class GiraffeService {
    //通过<bean>的destroy-method属性指定的销毁方法
    public void destroyMethod() throws Exception {
        System.out.println("执行配置的destroy-method");
    }
    //通过<bean>的init-method属性指定的初始化方法
    public void initMethod() throws Exception {
        System.out.println("执行配置的init-method");
    }
}

配置文件中的配置：

<bean name="giraffeService" class="com.giraffe.spring.service.GiraffeService" init-method="initMethod" destroy-method="destroyMethod">
</bean>

需要注意的是自定义的init-method和post-method方法可以抛异常但是不能有参数。

这种方式比较推荐，因为可以自己创建方法，无需将Bean的实现直接依赖于spring的框架。

3.使用@PostConstruct和@PreDestroy注解

除了xml配置的方式，Spring 也支持用 @PostConstruct和 @PreDestroy注解来指定 init 和 destroy 方法。这两个注解均在javax.annotation 包中。为了注解可以生效，需要在配置文件中定义org.springframework.context.annotation.CommonAnnotationBeanPostProcessor或context:annotation-config

例子如下：

public class GiraffeService {
    @PostConstruct
    public void initPostConstruct(){
        System.out.println("执行PostConstruct注解标注的方法");
    }
    @PreDestroy
    public void preDestroy(){
        System.out.println("执行preDestroy注解标注的方法");
    }
}

配置文件：

  
<bean class="org.springframework.context.annotation.CommonAnnotationBeanPostProcessor" />

实现XxxAware接口 在Bean中使用Spring框架的一些对象

实现XxxAware接口 在Bean中使用Spring框架的一些对象，有些时候我们需要在 Bean 的初始化中使用 Spring 框架自身的一些对象来执行一些操作，比如获取 ServletContext 的一些参数，获取 ApplicaitionContext 中的 BeanDefinition 的名字，获取 Bean 在容器中的名字等等。为了让 Bean 可以获取到框架自身的一些对象，Spring 提供了一组名为*Aware的接口。

这些接口均继承于org.springframework.beans.factory.Aware标记接口，并提供一个将由 Bean 实现的set*方法,Spring通过基于setter的依赖注入方式使相应的对象可以被Bean使用。
网上说，这些接口是利用观察者模式实现的，类似于servlet listeners，目前还不明白，不过这也不在本文的讨论范围内。
介绍一些重要的Aware接口：

• ApplicationContextAware: 获得ApplicationContext对象,可以用来获取所有Bean definition的名字。
• BeanFactoryAware:获得BeanFactory对象，可以用来检测Bean的作用域。
• BeanNameAware:获得Bean在配置文件中定义的名字。
• ResourceLoaderAware:获得ResourceLoader对象，可以获得classpath中某个文件。
• ServletContextAware:在一个MVC应用中可以获取ServletContext对象，可以读取context中的参数。
• ServletConfigAware： 在一个MVC应用中可以获取ServletConfig对象，可以读取config中的参数。

public class GiraffeService implements   ApplicationContextAware,
        ApplicationEventPublisherAware, BeanClassLoaderAware, BeanFactoryAware,
        BeanNameAware, EnvironmentAware, ImportAware, ResourceLoaderAware{
         @Override
    public void setBeanClassLoader(ClassLoader classLoader) {
        System.out.println("执行setBeanClassLoader,ClassLoader Name = " + classLoader.getClass().getName());
    }
    @Override
    public void setBeanFactory(BeanFactory beanFactory) throws BeansException {
        System.out.println("执行setBeanFactory,setBeanFactory:: giraffe bean singleton=" +  beanFactory.isSingleton("giraffeService"));
    }
    @Override
    public void setBeanName(String s) {
        System.out.println("执行setBeanName:: Bean Name defined in context="
                + s);
    }
    @Override
    public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
        System.out.println("执行setApplicationContext:: Bean Definition Names="
                + Arrays.toString(applicationContext.getBeanDefinitionNames()));
    }
    @Override
    public void setApplicationEventPublisher(ApplicationEventPublisher applicationEventPublisher) {
        System.out.println("执行setApplicationEventPublisher");
    }
    @Override
    public void setEnvironment(Environment environment) {
        System.out.println("执行setEnvironment");
    }
    @Override
    public void setResourceLoader(ResourceLoader resourceLoader) {
        Resource resource = resourceLoader.getResource("classpath:spring-beans.xml");
        System.out.println("执行setResourceLoader:: Resource File Name="
                + resource.getFilename());
    }
    @Override
    public void setImportMetadata(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
        System.out.println("执行setImportMetadata");
    }
}

BeanPostProcessor

上面的*Aware接口是针对某个实现这些接口的Bean定制初始化的过程，
Spring同样可以针对容器中的所有Bean，或者某些Bean定制初始化过程，只需提供一个实现BeanPostProcessor接口的类即可。 该接口中包含两个方法，postProcessBeforeInitialization和postProcessAfterInitialization。 postProcessBeforeInitialization方法会在容器中的Bean初始化之前执行， postProcessAfterInitialization方法在容器中的Bean初始化之后执行。

例子如下：

public class CustomerBeanPostProcessor implements BeanPostProcessor {
    @Override
    public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        System.out.println("执行BeanPostProcessor的postProcessBeforeInitialization方法,beanName=" + beanName);
        return bean;
    }
    @Override
    public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
        System.out.println("执行BeanPostProcessor的postProcessAfterInitialization方法,beanName=" + beanName);
        return bean;
    }
}

要将BeanPostProcessor的Bean像其他Bean一样定义在配置文件中

<bean class="com.giraffe.spring.service.CustomerBeanPostProcessor"/>

总结

所以。。。结合第一节控制台输出的内容，Spring Bean的生命周期是这样纸的：

• Bean容器找到配置文件中 Spring Bean 的定义。
• Bean容器利用Java Reflection API创建一个Bean的实例。
• 如果涉及到一些属性值 利用set方法设置一些属性值。
• 如果Bean实现了BeanNameAware接口，调用setBeanName()方法，传入Bean的名字。
• 如果Bean实现了BeanClassLoaderAware接口，调用setBeanClassLoader()方法，传入ClassLoader对象的实例。
• 如果Bean实现了BeanFactoryAware接口，调用setBeanClassLoader()方法，传入ClassLoader对象的实例。
• 与上面的类似，如果实现了其他*Aware接口，就调用相应的方法。
• 如果有和加载这个Bean的Spring容器相关的BeanPostProcessor对象，执行postProcessBeforeInitialization()方法
• 如果Bean实现了InitializingBean接口，执行afterPropertiesSet()方法。
• 如果Bean在配置文件中的定义包含init-method属性，执行指定的方法。
• 如果有和加载这个Bean的Spring容器相关的BeanPostProcessor对象，执行postProcessAfterInitialization()方法
• 当要销毁Bean的时候，如果Bean实现了DisposableBean接口，执行destroy()方法。
• 当要销毁Bean的时候，如果Bean在配置文件中的定义包含destroy-method属性，执行指定的方法。

用图表示一下(图来源:http://www.jianshu.com/p/d00539babca5)：

与之比较类似的中文版本:

其实很多时候我们并不会真的去实现上面说描述的那些接口，那么下面我们就除去那些接口，针对bean的单例和非单例来描述下bean的生命周期：

单例管理的对象

当scope=”singleton”，即默认情况下，会在启动容器时（即实例化容器时）时实例化。但我们可以指定Bean节点的lazy-init=”true”来延迟初始化bean，这时候，只有在第一次获取bean时才会初始化bean，即第一次请求该bean时才初始化。如下配置：

<bean id="ServiceImpl" class="cn.csdn.service.ServiceImpl" lazy-init="true"/>  

如果想对所有的默认单例bean都应用延迟初始化，可以在根节点beans设置default-lazy-init属性为true，如下所示：

<beans default-lazy-init="true" …>

默认情况下，Spring 在读取 xml 文件的时候，就会创建对象。在创建对象的时候先调用构造器，然后调用 init-method 属性值中所指定的方法。对象在被销毁的时候，会调用 destroy-method 属性值中所指定的方法（例如调用Container.destroy()方法的时候）。写一个测试类，代码如下：

public class LifeBean {
    private String name;  

    public LifeBean(){  
        System.out.println("LifeBean()构造函数");  
    }  
    public String getName() {  
        return name;  
    }  

    public void setName(String name) {  
        System.out.println("setName()");  
        this.name = name;  
    }  

    public void init(){  
        System.out.println("this is init of lifeBean");  
    }  

    public void destory(){  
        System.out.println("this is destory of lifeBean " + this);  
    }  
}

　life.xml配置如下：

<bean id="life_singleton" class="com.bean.LifeBean" scope="singleton" 
            init-method="init" destroy-method="destory" lazy-init="true"/>

测试代码：

public class LifeTest {
    @Test 
    public void test() {
        AbstractApplicationContext container = 
        new ClassPathXmlApplicationContext("life.xml");
        LifeBean life1 = (LifeBean)container.getBean("life");
        System.out.println(life1);
        container.close();
    }
}

运行结果：

LifeBean()构造函数
this is init of lifeBean
com.bean.LifeBean@573f2bb1
……
this is destory of lifeBean com.bean.LifeBean@573f2bb1

非单例管理的对象

当scope=”prototype”时，容器也会延迟初始化 bean，Spring 读取xml 文件的时候，并不会立刻创建对象，而是在第一次请求该 bean 时才初始化（如调用getBean方法时）。在第一次请求每一个 prototype 的bean 时，Spring容器都会调用其构造器创建这个对象，然后调用init-method属性值中所指定的方法。对象销毁的时候，Spring 容器不会帮我们调用任何方法，因为是非单例，这个类型的对象有很多个，Spring容器一旦把这个对象交给你之后，就不再管理这个对象了。

为了测试prototype bean的生命周期life.xml配置如下：

<bean id="life_prototype" class="com.bean.LifeBean" scope="prototype" init-method="init" destroy-method="destory"/>

测试程序：

public class LifeTest {
    @Test 
    public void test() {
        AbstractApplicationContext container = new ClassPathXmlApplicationContext("life.xml");
        LifeBean life1 = (LifeBean)container.getBean("life_singleton");
        System.out.println(life1);

        LifeBean life3 = (LifeBean)container.getBean("life_prototype");
        System.out.println(life3);
        container.close();
    }
}

运行结果：

LifeBean()构造函数
this is init of lifeBean
com.bean.LifeBean@573f2bb1
LifeBean()构造函数
this is init of lifeBean
com.bean.LifeBean@5ae9a829
……
this is destory of lifeBean com.bean.LifeBean@573f2bb1

可以发现，对于作用域为 prototype 的 bean ，其destroy方法并没有被调用。如果 bean 的 scope 设为prototype时，当容器关闭时，destroy 方法不会被调用。对于 prototype 作用域的 bean，有一点非常重要，那就是 Spring不能对一个 prototype bean 的整个生命周期负责：容器在初始化、配置、装饰或者是装配完一个prototype实例后，将它交给客户端，随后就对该prototype实例不闻不问了。 不管何种作用域，容器都会调用所有对象的初始化生命周期回调方法。但对prototype而言，任何配置好的析构生命周期回调方法都将不会被调用。清除prototype作用域的对象并释放任何prototype bean所持有的昂贵资源，都是客户端代码的职责（让Spring容器释放被prototype作用域bean占用资源的一种可行方式是，通过使用bean的后置处理器，该处理器持有要被清除的bean的引用）。谈及prototype作用域的bean时，在某些方面你可以将Spring容器的角色看作是Java new操作的替代者，任何迟于该时间点的生命周期事宜都得交由客户端来处理。

Spring 容器可以管理 singleton 作用域下 bean 的生命周期，在此作用域下，Spring 能够精确地知道bean何时被创建，何时初始化完成，以及何时被销毁。而对于 prototype 作用域的bean，Spring只负责创建，当容器创建了 bean 的实例后，bean 的实例就交给了客户端的代码管理，Spring容器将不再跟踪其生命周期，并且不会管理那些被配置成prototype作用域的bean的生命周期。

说明

本文的完成结合了下面两篇文章，并做了相应修改：

• https://blog.csdn.net/fuzhongmin05/article/details/73389779
• https://yemengying.com/2016/07/14/spring-bean-life-cycle/

由于本文非本人独立原创，所以未声明为原创！在此说明！