剖析Spring中的设计模式（一） | 工厂&观察者

Spring是面向Bean的编程（BOP：Bean Oriented Programming），Bean在Spring中才是真正的主角。Bean在Spring中作用就像Object对OOP的意义一样，没有对象的概念就像没有面向对象编程，Spring中没有Bean也就没有Spring存在的意义。Spring提供了IoC 容器通过配置文件或者注解的方式来管理对象之间的依赖关系。
控制反转（Inversion of Control，缩写为IoC），是面向对象编程中的一种设计原则，可以用来减低代码之间的耦合度。其中最常见的方式叫做依赖注入（Dependency Injection，简称DI），还有一种方式叫"依赖查找"（Dependency Lookup）。通过控制反转，对象在被创建的时候，由一个调控系统内所有对象的外界实体，将其所依赖的对象的引用传递给它。

Spring中Bean组件定义相关

Bean的定义解析Bean的配置信息，封装到BeanDefinition中
Bean的创建使用反射创建bean对象 id
Bean的解析赋值、初始化等操作。

Spring Bean的创建是典型的工厂模式，它的顶级接口是BeanFactory。

职责包括：实例化、定位、配置应用程序中的对象及建立这些对象间的依赖。

BeanFactory有三个子类：ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory和AutowireCapableBeanFactory。目的是为了区分Spring内部对象处理和转化的数据限制。

但从图中可以发现最终的默认实现类是DefaultListableBeanFactory，它实现了所有的接口。

Spring中的BeanFactory就是简单工厂模式的体现，根据传入一个唯一的标识来获得Bean对象

BeanFactory，以Factory结尾，表示它是一个工厂(接口)，它负责生产和管理bean的一个工厂。在Spring中，BeanFactory是工厂的顶层接口，也是IOC容器的核心接口，因此BeanFactory中定义了管理Bean的通用方法 ，如 getBean 和 containsBean 等.

BeanFactory只是个接口，并不是IOC容器的具体实现，所以Spring容器给出了很多种实现，如 DefaultListableBeanFactory 、XmlBeanFactory 、ApplicationContext等，其中XmlBeanFactory就是常用的一个，该实现将以XML方式描述组成应用的对象及对象间的依赖关系。

BeanFactory源码&使用情景

从IOC容器中获取Bean(Name or Type)
检索IOC容器中是否包含了指定的对象
判断Bean是否为单例

java 复制代码

public interface BeanFactory {
    
    /**
        对FactoryBean的转移定义,因为如果使用bean的名字来检索FactoryBean得到的是对象是工厂生成的对象,
        如果想得到工厂本身就需要转移
    */
    String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&";

    //根据Bean的名字 获取IOC容器中对应的实例
    Object getBean(String var1) throws BeansException;
    
    //根据Bean的名字和class类型得到bean实例,增加了类型安全验证机制
    <T> T getBean(String var1, Class<T> var2) throws BeansException;

    Object getBean(String var1, Object... var2) throws BeansException;

    <T> T getBean(Class<T> var1) throws BeansException;

    <T> T getBean(Class<T> var1, Object... var2) throws BeansException;

    <T> ObjectProvider<T> getBeanProvider(Class<T> var1);

    <T> ObjectProvider<T> getBeanProvider(ResolvableType var1);

    
   //查看Bean容器中是否存在对应的实例,存在返回true 否则返回false
    boolean containsBean(String var1);

    //根据Bean的名字 判断这个bean是不是单例
    boolean isSingleton(String var1) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    boolean isPrototype(String var1) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    boolean isTypeMatch(String var1, ResolvableType var2) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    boolean isTypeMatch(String var1, Class<?> var2) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    //得到bean实例的class类型
    @Nullable
    Class<?> getType(String var1) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    @Nullable
    Class<?> getType(String var1, boolean var2) throws NoSuchBeanDefinitionException;    
    //得到bean的别名
    String[] getAliases(String var1);
}

Spring中的FactoryBean

FactoryBean是一个Bean，但又不仅仅是一个Bean，这样听起来矛盾，但为啥又这样说呢？其实在Spring中，所有的Bean都是由BeanFactory（也就是IOC容器）来进行管理的。但对FactoryBean而言，这个FactoryBean不是简单的Bean，而是一个能生产或者修饰对象生成的工厂Bean,它的实现与设计模式中的工厂方法模式和装饰器模式类似

java 复制代码

public interface FactoryBean<T> {
    String OBJECT_TYPE_ATTRIBUTE = "factoryBeanObjectType";

    /**
    getObject()方法: 会返回该FactoryBean生产的对象实例,我们需要实现该方法,以给出自己的对象实例化逻辑
    这个方法也是FactoryBean的核心.
    */
    @Nullable
    T getObject() throws Exception;

    /**
    getObjectType()方法: 仅返回getObject() 方法所返回的对象类型,如果预先无法确定,返回NULL,
    这个方法返回类型是在IOC容器中getBean所匹配的类型
    */
    @Nullable
    Class<?> getObjectType();

    //该方法的结果用于表明 工厂方法getObject() 所生产的 对象是否要以单例形式存储在容器中如果以单例存在就返回true,否则返回false
    default boolean isSingleton() {
        return true;
    }
}

为什么需要FactoryBean?

在某些情况下，实例化Bean过程比较复杂，如果按照传统的方式，则需要在中提供大量的配置信息。配置方式的灵活性是受限的，这时采用编码的方式可能会得到一个简单的方案。Spring为此提供了一个org.springframework.bean.factory.FactoryBean的工厂类接口，用户可以通过实现该接口定制实例化Bean的逻辑。FactoryBean接口对于Spring框架来说占用重要的地位，Spring自身就提供了70多个FactoryBean的实现。它们隐藏了实例化一些复杂Bean的细节，给上层应用带来了便利。
由于第三方库不能直接注册到spring容器，于是可以实现org.springframework.bean.factory.FactoryBean接口，然后给出自己对象的实例化代码即可。

FactoryBean的使用特点？

当用户使用容器本身时，可以使用转义字符"&"来得到FactoryBean本身，以区别通过FactoryBean产生的实例对象和FactoryBean对象本身。

FactoryBean表现的是一个工厂的职责,如果一个BeanA 是实现FactoryBean接口,那么A就是变成了一个工厂,根据A的名称获取到的实际上是工厂调用getObject()方法返回的对象,而不是对象本身,如果想获取工厂对象本身,需要在名称前面加上 '&'符号

getObject('name') 返回的是工厂中工厂方法生产的实例
getObject('&name') 返回的是工厂本身实例

使用场景

FactoryBean的最为经典的使用场景,就是用来创建AOP代理对象,这个对象在Spring中就是 ProxyFactoryBean

BeanFactory与FactoryBean区别

他们两个都是工厂,但是FactoryBean本质还是一个Bean,也归BeanFactory管理
BeanFactory是Spring容器的顶层接口,FactoryBean更类似于用户自定义的工厂接口

BeanFactory和ApplicationContext的区别

BeanFactory是Spring容器的顶层接口,而ApplicationContext应用上下文类他是BeanFactory的子类,他是Spring中更高级的容器,提供了更多的功能
- 国际化
- 访问资源
- 载入多个上下文
- 消息发送响应机制
两者的装载bean的时机不同
- BeanFactory: 在系统启动的时候不会去实例化bean,只有从容器中拿bean的时候才会去实例化(懒加载)
  - 优点: 应用启动的时候占用的资源比较少,对资源的使用要求比较高的应用 ,比较有优势
- ApplicationContext:在启动的时候就把所有的Bean全部实例化。
  - lazy-init= true 可以使bean延时实例化
  - 优点: 所有的Bean在启动的时候就加载,系统运行的速度快,还可以及时的发现系统中配置的问题。

Spring中观察者模式应用

观察者模式（发布-订阅(Publish/Subscribe)模式）它是用于建立一种对象与对象之间的依赖关系,一个对象发生改变时将自动通知其他对象,其他对象将相应的作出反应。

在观察者模式中发生改变的对象称为观察目标 ,而被通知的对象称为观察者,一个观察目标可以应对多个观察者,而且这些观察者之间可以没有任何相互联系,可以根据需要增加和删除观察者,使得系统更易于扩展。

观察者和被观察者，是松耦合的关系;发布者和订阅者，则完全不存在耦合。

在设计模式结构上，发布订阅模式继承自观察者模式，是观察者模式的一种实现的变体。
在设计模式意图上，两者关注点不同，一个关心数据源，一个关心的是事件消息。
- 观察者模式：数据源直接通知订阅者发生改变。
- 发布订阅模式：数据源告诉第三方（事件通道）发生了改变，第三方再通知订阅者发生了改变。

Spring中观察者模式

Spring 基于观察者模式，实现了自身的事件机制也就是事件驱动模型，事件驱动模型通常也被理解成观察者或者发布/订阅模型。

Spring事件模型提供如下几个角色

【事件】ApplicationEvent：是所有事件对象的父类。ApplicationEvent 继承自 jdk 的 EventObject, 所有的事件都需要继承 ApplicationEvent, 并且通过 source 得到事件源。
- ContextRefreshEvent，当ApplicationContext容器初始化完成或者被刷新的时候，就会发布该事件。
- ContextStartedEvent，当ApplicationContext启动的时候发布事件.
- ContextStoppedEvent，当ApplicationContext容器停止的时候发布事件.
- RequestHandledEvent，只能用于DispatcherServlet的web应用，Spring处理用户请求结束后，系统会触发该事件。
【事件监听】ApplicationListener：
- ApplicationListener(应用程序事件监听器) 继承自jdk的EventListener,所有的监听器都要实现这个接口,这个接口只有一个onApplicationEvent()方法,该方法接受一个ApplicationEvent或其子类对象作为参数
- 在方法体中,可以通过不同对Event类的判断来进行相应的处理.当事件触发时所有的监听器都会收到消息,如果你需要对监听器的接收顺序有要求,可是实现该接口的一个实现SmartApplicationListener,通过这个接口可以指定监听器接收事件的顺序。
- 实现了ApplicationListener接口之后，需要实现方法onApplicationEvent()，在容器将所有的Bean都初始化完成之后，就会执行该方法。
【事件源】ApplicationEventPublisher：事件的发布者，封装了事件发布功能方法接口，是Applicationcontext接口的超类
- 事件机制的实现需要三个部分,事件源,事件,事件监听器,ApplicationEvent就相当于事件,ApplicationListener相当于事件监听器,ApplicationEventPublisher相当于时间源。
- 我们常用的ApplicationContext都继承了AbstractApplicationContext,像我们平时常见ClassPathXmlApplicationContext、XmlWebApplicationContex也都是继承了它,AbstractApplicationcontext是ApplicationContext接口的抽象实现类,在该类中实现了publishEvent方法

【事件管理】ApplicationEventMulticaster：用于事件监听器的注册和事件的广播。监听器的注册就是通过它来实现的，它的作用是把 Applicationcontext 发布的 Event 广播给它的监听器列表。

java 复制代码

public interface ApplicationEventMulticaster {
    
    //添加事件监听器
    void addApplicationListener(ApplicationListener<?> var1);

    //添加事件监听器,使用容器中的bean
    void addApplicationListenerBean(String var1);

    //移除事件监听器
    void removeApplicationListener(ApplicationListener<?> var1);

    void removeApplicationListenerBean(String var1);

    //移除所有
    void removeAllListeners();

    //发布事件
    void multicastEvent(ApplicationEvent var1);

    void multicastEvent(ApplicationEvent var1, @Nullable ResolvableType var2);
}
// 在AbstractApplicationcontext中有一个applicationEventMulticaster
// 的成员变量,
// 提供了监听器Listener的注册方法
public abstract class AbstractApplicationContext extends DefaultResourceLoader
        implements ConfigurableApplicationContext, DisposableBean {

　　private ApplicationEventMulticaster applicationEventMulticaster;
    
　　protected void registerListeners() {
        // Register statically specified listeners first.
        for (ApplicationListener<?> listener : getApplicationListeners()) {
            getApplicationEventMulticaster().addApplicationListener(listener);
        }
        // Do not initialize FactoryBeans here: We need to leave all regular beans
        // uninitialized to let post-processors apply to them!
        String[] listenerBeanNames = getBeanNamesForType(ApplicationListener.class, true, false);
        for (String lisName : listenerBeanNames) {
            getApplicationEventMulticaster().addApplicationListenerBean(lisName);
        }
    }
}

事件机制工作流程

监听器什么时候注册到IOC容器

注册的开始逻辑是在AbstractApplicationContext类的refresh方法，该方法包含了整个IOC容器初始化所有方法。其中有一个registerListeners()方法就是注册系统监听者(Spring自带的)和自定义监听器的。

java 复制代码

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    // BeanFactory准备工作完成后进行的后置处理工作
    this.postProcessBeanFactory(beanFactory);

    // 执行BeanFactoryPostProcessor的方法；
    this.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

    // 注册BeanPostProcessor（Bean的后置处理器），在创建bean的前后等执行
    this.registerBeanPostProcessors(beanFactory);

    // 初始化MessageSource组件（做国际化功能；消息绑定，消息解析）；
    this.initMessageSource();

    // 初始化事件派发器
    this.initApplicationEventMulticaster();

    // 子类重写这个方法，在容器刷新的时候可以自定义逻辑；如创建Tomcat，Jetty等WEB服务器
    this.onRefresh();

    // 注册应用的监听器。就是注册实现了ApplicationListener接口的监听器bean，这些监听器是注册到ApplicationEventMulticaster中的
    this.registerListeners();

    // 初始化所有剩下的非懒加载的单例bean
    this.finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

    // 完成context的刷新
    this.finishRefresh();
    }

看registerListeners的关键方法体，其中的两个方法addApplicationListener和addApplicationListenerBean，从方法可以看出是添加监听者。

java 复制代码

protected void registerListeners() {
    Iterator var1 = this.getApplicationListeners().iterator();

    while(var1.hasNext()) {
        ApplicationListener<?> listener = (ApplicationListener)var1.next();
        this.getApplicationEventMulticaster().addApplicationListener(listener);
    }

    String[] listenerBeanNames = this.getBeanNamesForType(ApplicationListener.class, true, false);
    String[] var7 = listenerBeanNames;
    int var3 = listenerBeanNames.length;

    for(int var4 = 0; var4 < var3; ++var4) {
        String listenerBeanName = var7[var4];
        this.getApplicationEventMulticaster().addApplicationListenerBean(listenerBeanName);
    }
}

该接口主要两个职责，维护ApplicationListener相关类和发布事件。实现在默认实现类AbstractApplicationEventMulticaster，最后将Listener放到了内部类ListenerRetriever两个set集合中

java 复制代码

private class ListenerRetriever {
        public final Set<ApplicationListener<?>> applicationListeners = new LinkedHashSet();
        public final Set<String> applicationListenerBeans = new LinkedHashSet();
}

ListenerRetriever被称为监听器注册表。

Spring如何发布的事件并通知监听者

这个注意的有两个方法

publishEvent方法

AbstractApplicationContext实现了ApplicationEventPublisher 接口的publishEvent方法

复制代码

java 复制代码

protected void publishEvent(Object event, @Nullable ResolvableType eventType) {
    Assert.notNull(event, "Event must not be null");
    Object applicationEvent;
    
    //尝试转换为ApplicationEvent或者PayloadApplicationEvent，如果是PayloadApplicationEvent则获取eventType
    if (event instanceof ApplicationEvent) {
        applicationEvent = (ApplicationEvent)event;
    } else {
        applicationEvent = new PayloadApplicationEvent(this, event);
        if (eventType == null) {
            eventType = ((PayloadApplicationEvent)applicationEvent).getResolvableType();
        }
    }

   
    if (this.earlyApplicationEvents != null) {
         //判断earlyApplicationEvents是否为空(也就是早期事件还没有被发布-说明广播器还没有实例化好)，如果不为空则将当前事件放入集合
        this.earlyApplicationEvents.add(applicationEvent);
    } else {
        //否则获取ApplicationEventMulticaster调用其multicastEvent将事件广播出去。本文这里获取到的广播器实例是SimpleApplicationEventMulticaster。
        this.getApplicationEventMulticaster().multicastEvent((ApplicationEvent)applicationEvent, eventType);
    }
        
    //将事件交给父类处理
    if (this.parent != null) {
        if (this.parent instanceof AbstractApplicationContext) {
            ((AbstractApplicationContext)this.parent).publishEvent(event, eventType);
        } else {
            this.parent.publishEvent(event);
        }
    }

}

multicastEvent方法 继续进入到multicastEvent方法，该方法有两种方式调用invokeListener，通过线程池和直接调用，进一步说就是通过异步和同步两种方式调用.

java 复制代码

public void multicastEvent(ApplicationEvent event, @Nullable ResolvableType eventType) {
    
    //解析事件类型
    ResolvableType type = eventType != null ? eventType : this.resolveDefaultEventType(event);
    
    //获取执行器
    Executor executor = this.getTaskExecutor();
    
    // 获取合适的ApplicationListener，循环调用监听器的onApplicationEvent方法
    Iterator var5 = this.getApplicationListeners(event, type).iterator();

    while(var5.hasNext()) {
        ApplicationListener<?> listener = (ApplicationListener)var5.next();
        if (executor != null) {
            //如果executor不为null，则交给executor去调用监听器
            executor.execute(() -> {
                this.invokeListener(listener, event);
            });
        } else {
            //否则，使用当前主线程直接调用监听器；
            this.invokeListener(listener, event);
        }
    }

}

invokeListener方法

java 复制代码

// 该方法增加了错误处理逻辑，然后调用doInvokeListener
protected void invokeListener(ApplicationListener<?> listener, ApplicationEvent event) {
    ErrorHandler errorHandler = this.getErrorHandler();
    if (errorHandler != null) {
        try {
            this.doInvokeListener(listener, event);
        } catch (Throwable var5) {
            errorHandler.handleError(var5);
        }
    } else {
        this.doInvokeListener(listener, event);
    }

}

private void doInvokeListener(ApplicationListener listener, ApplicationEvent event) {
    //直接调用了listener接口的onApplicationEvent方法
    listener.onApplicationEvent(event);  
}