手动实现一个 IOC/DI 容器

  • 第一章为源码解析。
  • 第二章为实现一个简单的 IOC 容器。
  • 第三章进阶 Spring 插件开发。

手动实现一个 IOC/DI 容器

上一篇文章里我们已经对 Spring 的源码有了一个大概的认识，对于 Spring 中的一些组件，比如 Aware，PostProcessor，ApplicationContext 有了一定的认识，下面我们就来手动实现一个 IOC/DI 容器。

项目整体用 maven 构建，里面有两个模块，MySpring 为 IOC/DI 的核心，Demo 为测试项目。

  1. 先来看看整体的项目结构，目前为第一个版本，好多需要完善的地方。最近好忙。

  2. 首先我们把几个重要的注解定义出来。
    @Autowired，自动注入注解，用来实现 DI 功能。
    @Controller，控制层注解，暂时不实现 SpringMVC 相关的功能。后续分析完 SpringMVC 源码后会实现。
    @Service，服务层注解，与 Spring 中的 @Component 作用相同，就是将这个 Bean 交给 Spring 来管理。
    @Repository，持久层注解，将这个 Bean 交给 Spring 来管理。
    暂时先定义这几个注解。

    这几个注解的定义与代码都是一样的，就是将注解定义出来。

     @Target(ElementType.TYPE)
 @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
 public @interface Service {
 
     String value() default "";
 }

  3. 首先我们也定义一个 BeanFactory 工厂方法作为最上层的容器。里面主要有一个 getBean 方法用来从容器中获取 Bean，当然这里面已经包含了 Bean
    的实例化过程。getBean 方法调用抽象的 doGetBean 方法，最后交给子类实现。

     package org.springframework.ioc.factory;
 
 /**
  * 容器对象的工厂类，生产容器对象
  *
  */
 public abstract class BeanFactory {
 
     public Object getBean(String beanName){
         return doGetBean(beanName);
     }
 
     protected abstract Object doGetBean(String beanName);
 
 }

  4. 定义一个 ApplicationContext 继承 BeanFactory，在里面添加 xml
    处理工具类和包的扫描路径。这个类也是一个抽象类。里面包含两个实例参数，配置文件路径和 xml 处理工具。

     package org.paul.springframework.ioc.bean;
 
 import org.paul.springframework.ioc.factory.BeanFactory;
 import org.paul.springframework.ioc.xml.XmlUtil;
 
 public abstract class ApplicationContext extends BeanFactory {
 
     protected String configLocation;
     protected XmlUtil xmlUtil = null;
 
     public ApplicationContext(){
     }
 
     public ApplicationContext(String configLocations){
         this.configLocation = configLocations;
         xmlUtil = new XmlUtil();
     }
 
 }

  5. 在看容器的最终实现类之前，我们先把 xmlUtil 和 配置文件的结构给大家看一下。
    xmlUtil 的作用就是解析配置文件获得类的所描路径。

     package org.springframework.ioc.xml;
 
 import org.dom4j.Document;
 import org.dom4j.DocumentException;
 import org.dom4j.Element;
 import org.dom4j.io.SAXReader;
 import java.io.InputStream;
 
 /**
  * 解析容器的配置文件中扫描包的路径
  *
  */
 public class XmlUtil {
     public String handlerXMLForScanPackage(String configuration){
         InputStream ins = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(configuration);
         SAXReader reader = new SAXReader();
         try{
             Document document = reader.read(ins);
             Element root = document.getRootElement();
             Element element = root.element("package-scan");
             String res = element.attributeValue("component-scan");
             return res;
         }catch (DocumentException e){
             e.printStackTrace();
         }
         return null;
     }
 }


     <?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?>
 <beans>
     <package-scan component-scan="com.spring.demo" />
 </beans>

  6. 容器的最终实现类，基于注解的 xml 扫描容器配置类。

    • 首先定义两个线程安全的 List 和 一个 ConcurrentHashMap，分别用来保存扫描 类的路径，类和实例对象。
    • 在 AnnotationApplicationContext 的构造函数里，分别实现了以下的功能。
      调用父类的初始化方法，将 xml 工具实例化。
      使用 xmlUtil 和 配置文件路径获取到扫描的包路径。
      获取到包路径后，执行包的扫描操作。
      将里面有对应注解的 Bean 注入到容器中。
      将对象创建出来，先忽略依赖关系。
      执行容器实例管理和对象运行期间的依赖装配。
     package org.springframework.ioc.bean;
 
 import java.io.File;
 import java.io.FileFilter;
 import java.lang.reflect.Field;
 import java.net.URISyntaxException;
 import java.net.URL;
 import java.util.ArrayList;
 import java.util.Collections;
 import java.util.List;
 import java.util.Map;
 import java.util.Map.Entry;
 import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
 
 import org.springframework.ioc.annotation.Autowired;
 import org.springframework.ioc.annotation.Component;
 import org.springframework.ioc.annotation.Controller;
 import org.springframework.ioc.annotation.Repository;
 import org.springframework.ioc.annotation.Service;
 
 public class AnnotationApplicationContext extends ApplicationContext {
 	
 	//保存类路径的缓存
 	private static List<String> classCache = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());
 	
 	//保存需要注入的类的缓存
 	private static List<Class<?>> beanDefinition = Collections.synchronizedList(new ArrayList<Class<?>>());
 
 	//保存类实例的容器
 	private static Map<String,Object> beanFactory = new ConcurrentHashMap<>();
 	
 	public AnnotationApplicationContext(String configuration) {
 		super(configuration);
 		String path  = xmlUtil.handlerXMLForScanPackage(configuration);
         System.out.println(path);
         
         //执行包的扫描操作
         scanPackage(path);
         //注册bean
         registerBean();
         //把对象创建出来，忽略依赖关系
         doCreateBean();
         //执行容器管理实例对象运行期间的依赖装配
         diBean();
 	}
 
 
 
 	@Override
 	protected Object doGetBean(String beanName) {
 		return beanFactory.get(beanName);
 	}
 	
 	/**
 	 * 扫描包下面所有的 .class 文件的类路径到上面的List中
 	 * 
 	 */
 	private void scanPackage(final String path) {
 		URL url = this.getClass().getClassLoader().getResource(path.replaceAll("\.", "/"));
 		try {
 			File file = new File(url.toURI());
 			
 			file.listFiles(new FileFilter(){
 				//pathname 表示当前目录下的所有文件
 				@Override
 				public boolean accept(File pathname) {
 					//递归查找文件
 					if(pathname.isDirectory()){
 						scanPackage(path+"."+pathname.getName());
 					}else{
 						if(pathname.getName().endsWith(".class")){
                             String classPath = path + "." + pathname.getName().replace(".class","");
                             classCache.add(classPath);
 						}
 					}
 					return true;
 				}
 				
 			});
 		} catch (URISyntaxException e) {
 			e.printStackTrace();
 		}
 		
 		
 	}
 	
 
 	/**
 	 * 根据类路径获得 class 对象
 	 */
 	private void registerBean() {
 		if(classCache.isEmpty()){
 			return;
 		}
 		
 		
 		for(String path:classCache){
 			try {
 				//使用反射，通过类路径获取class 对象
 				Class<?> clazz = Class.forName(path);
 				//找出需要被容器管理的类，比如，@Component，@Controller，@Service，@Repository
 				if(clazz.isAnnotationPresent(Repository.class)||clazz.isAnnotationPresent(Service.class)
 						||clazz.isAnnotationPresent(Controller.class)|| clazz.isAnnotationPresent(Component.class)){
 					beanDefinition.add(clazz);
 				}
 			} catch (ClassNotFoundException e) {
 				// TODO Auto-generated catch block
 				e.printStackTrace();
 			}
 		}
 		
 	}
 
 	
 	/**
 	 * 
 	 * 根据类对象，创建实例
 	 */
 	private void doCreateBean() {
 		if(beanDefinition.isEmpty()){
 			return;
 		}
 		
 
 		for(Class clazz:beanDefinition){
 			try {
 				Object instance = clazz.newInstance();
 				//将首字母小写的类名作为默认的 bean 的名字
 				String aliasName = lowerClass(clazz.getSimpleName());
 				//先判断@ 注解里面是否给了 Bean 名字，有的话，这个就作为 Bean 的名字
 				if(clazz.isAnnotationPresent(Repository.class)){
 					Repository repository = (org.springframework.ioc.annotation.Repository) clazz.getAnnotation(Repository.class);
 					if(!"".equals(repository.value())){
 						aliasName = repository.value();
 					}
 				}	
 				if(clazz.isAnnotationPresent(Service.class)){
 					Service service = (org.springframework.ioc.annotation.Service) clazz.getAnnotation(Service.class);
 					if(!"".equals(service.value())){
 						aliasName = service.value();
 					}
 				}
 				if(clazz.isAnnotationPresent(Controller.class)){
 					Controller controller = (org.springframework.ioc.annotation.Controller) clazz.getAnnotation(Controller.class);
 					if(!"".equals(controller.value())){
 						aliasName = controller.value();
 					}
 				}
 				if(clazz.isAnnotationPresent(Component.class)){
 					Component component = (org.springframework.ioc.annotation.Component) clazz.getAnnotation(Component.class);
 					if(!"".equals(component.value())){
 						aliasName = component.value();
 					}
 				}
 				if(beanFactory.get(aliasName)== null){
 					beanFactory.put(aliasName, instance);
 				}
 				
 				//判断当前类是否实现了接口
 				Class<?>[] interfaces = clazz.getInterfaces();
 				if(interfaces == null){
 					continue;
 				}
 				//把当前接口的路径作为key存储到容器中
 				for(Class<?> interf:interfaces){
 					beanFactory.put(interf.getName(), instance);
 				}
 				
 
 				
 			} catch (InstantiationException e) {
 				e.printStackTrace();
 			} catch (IllegalAccessException e) {
 				e.printStackTrace();
 			}
 		}
 		
 		
 		for (Entry<String, Object> entry : beanFactory.entrySet()) { 
 			  System.out.println("Key = " + entry.getKey() + ", Value = " + entry.getValue()); 
 			}
 		
 		
 	}
 	
 	/**
 	 * 对创建好的对象进行依赖注入
 	 */
 	private void diBean() {
 		if(beanFactory.isEmpty()){
 			return;
 		}
 		
 		for(Class<?> clazz:beanDefinition){
 			String aliasName = lowerClass(clazz.getSimpleName());
 			//先判断@ 注解里面是否给了 Bean 名字，有的话，这个就作为 Bean 的名字
 			if(clazz.isAnnotationPresent(Repository.class)){
 				Repository repository = (org.springframework.ioc.annotation.Repository) clazz.getAnnotation(Repository.class);
 				if(!"".equals(repository.value())){
 					aliasName = repository.value();
 				}
 			}	
 			if(clazz.isAnnotationPresent(Service.class)){
 				Service service = (org.springframework.ioc.annotation.Service) clazz.getAnnotation(Service.class);
 				if(!"".equals(service.value())){
 					aliasName = service.value();
 				}
 			}
 			if(clazz.isAnnotationPresent(Controller.class)){
 				Controller controller = (org.springframework.ioc.annotation.Controller) clazz.getAnnotation(Controller.class);
 				if(!"".equals(controller.value())){
 					aliasName = controller.value();
 				}
 			}
 			if(clazz.isAnnotationPresent(Component.class)){
 				Component component = (org.springframework.ioc.annotation.Component) clazz.getAnnotation(Component.class);
 				if(!"".equals(component.value())){
 					aliasName = component.value();
 				}
 			}
 			
 			//根据别名获取到被装配的 bean 的实例
 			Object instance = beanFactory.get(aliasName);
 			try{
 				//从类中获取参数，判断是否有 @Autowired 注解
 				Field[] fields = clazz.getDeclaredFields();
 				for(Field f:fields){
 					if(f.isAnnotationPresent(Autowired.class)){
 						System.out.println("12312312312123");
 						//开启字段的访问权限
 						f.setAccessible(true);
 						Autowired autoWired = f.getAnnotation(Autowired.class);
 						if(!"".equals(autoWired.value())){
 							System.out.println("111111111111111111111");
 							//注解里写了别名
 							f.set(instance, beanFactory.get(autoWired.value()));
 							
 						}else{
 							//按类型名称
 							String fieldName = f.getType().getName();
 							f.set(instance, beanFactory.get(fieldName));
 						}
 					}
 				}
 			}catch(Exception e){
 				e.printStackTrace();
 			}
 			
 		}
 		
 	}
 
 
 	private String lowerClass(String simpleName) {
         char[] chars = simpleName.toCharArray();
         chars[0] += 32;
         return chars.toString();
 	}
 
 }

  7. 在 Demo 模块中定义类似与 SpringMVC 的三层架构，并在 Service 层注入 Dao，在 Dao 层我们只打印了一句话，为了验证 DI 成功。

     package org.Demo;

 import static org.junit.Assert.assertTrue;
 
 import org.junit.Test;
 import org.springframework.ioc.bean.AnnotationApplicationContext;
 import org.springframework.ioc.bean.ApplicationContext;
 
 import com.spring.demo.Service.BookService;
 
 /**
  * Unit test for simple App.
  */
 public class AppTest 
 {
 	public static void main(String[] args){
 
 		ApplicationContext ctx = new AnnotationApplicationContext("applicationContext.xml");
 		BookService bookService = (BookService) ctx.getBean("bookService");
 		bookService.action();
 	}
 }

  8. 测试结果：

     // 容器中的 Bean
 Key = bookDao, Value = com.spring.demo.Dao.BookDaoImpl@3d494fbf
 Key = [C@4fca772d, Value = com.spring.demo.controller.BookController@1ddc4ec2
 Key = bookService, Value = com.spring.demo.Service.BookServiceImpl@133314b
 Key = com.spring.demo.Dao.BookDao, Value = com.spring.demo.Dao.BookDaoImpl@3d494fbf
 Key = com.spring.demo.Service.BookService, Value = com.spring.demo.Service.BookServiceImpl@133314b
 
 // service 调用 dao 层的方法，成功打印。
 我在读书

    这样一个 IOC/DI 容器就构建成功了，整个项目源码在 github，希望大家 star 一下，一起改进（多提 pull request）。
    项目源码

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