品Spring：實現bean定義時採用的「先進生產力」

前景回顧

當咱們把寫好的業務代碼交給Spring以後，Spring都會作些什麼呢？

仔細想象一下，再稍微抽象一下，Spring所作的幾乎所有都是：

「bean的實例化，bean的依賴裝配，bean的初始化，bean的方法調用，bean的銷燬回收」。

那問題來了，Spring爲何可以準確無誤的完成這波對bean的操做呢？答案很簡單，就是：

「Spring掌握了有關bean的足夠多的信息」。

這就是本系列文章第一篇「帝國的基石」的核心思想。Spring經過bean定義的概念收集到了bean的所有信息。

這件事也說明，當咱們擁有了一個事物的大量有效信息以後，就能夠作出一些很是有價值的操做。如大數據分析，用戶畫像等。

緊接着就是第二個問題，Spring應該採用什麼樣的方式來收集bean的信息呢？

這就是本系列文章第二篇「bean定義上梁山」主要講的內容。

首先是統一了編程模型，只要是圍繞Spring的開發，包括框架自身的開發，最後大都轉化爲bean定義的註冊。

爲了知足不一樣的場景，Spring提供了兩大類的bean定義註冊方式：

實現指定接口，採用寫代碼的方式來註冊，這是很是靈活的動態註冊，根據不一樣的條件註冊不一樣的bean，主要用於第三方組件和Spring的整合。

標上指定註解，採用註解掃描的方式來註冊，這至關於一種靜態的註冊，很是不靈活，但特別簡單易用，主要用於普通業務代碼的開發。

Spring設計的這一切，看起來確實完美，用起來也確實很爽，但實現起來呢，也確實的很是麻煩。

尤爲是在所有采用註解和Java配置的時候，那才叫一個繁瑣，看看源碼便知一二。

因此本篇及接下來的幾篇都會寫一些和實現細節相關的內容，俗稱「乾貨」，哈哈。

最容易想到的實現方案

一個bean其實就是一個類，因此bean的信息就是類的信息。

那一個類都有哪些信息呢，閉着眼睛都能說出來，共四大類信息：

類型信息，類名，父類，實現的接口，訪問控制/修飾符

字段信息，字段名，字段類型，訪問控制/修飾符

方法信息，方法名，返回類型，參數類型，訪問控制/修飾符

註解信息，類上的註解，字段上的註解，方法上的註解/方法參數上的註解

注：還有內部類/外部類這些信息，也是很是重要的。

看到這裏腦海中應該立馬蹦出兩個字，沒錯，就是反射。

可是，Spring並無採用反射來獲取這些信息，我的認爲可能有如下兩個大的緣由：

性能損耗問題：

要想使用反射，JVM必須先加載類，而後生成對應的Class<?>對象，最後緩存起來。

實際的工程可能會註冊較多的bean，可是真正運行時不必定都會用獲得。

因此JVM加載過多的類，不只會耗費較多的時間，還會佔用較多的內存，並且加載的類不少可能都不用。

信息完整度問題：

JDK在1.8版本中新增長了一些和反射相關的API，好比和方法參數名稱相關的。此時才能使用反射獲取相對完善的信息。

但Spring很早就提供了對註解的支持，因此當時的反射並不完善，也多是經過反射獲取到的信息並不能徹底符合要求。

總之，Spring沒有選擇反射。

那如何獲取類的這些信息呢？答案應該只剩一種，就是直接從字節碼文件中獲取。

採用先進的生產力

源碼通過編譯變成字節碼，因此源碼中有的信息，在字節碼中確定都有。只不過換了一種存在的形式。

Java源碼遵循Java語法規範，生成的字節碼遵循JVM中的字節碼規範。

字節碼文件的結構確實有些複雜，應用程序想要直接從字節碼中讀出須要的信息也確實有些困難。

小平同志曾說過，「科學技術是第一輩子產力」。因此要解決複雜的問題，必需要有比較可靠的技術才行。

對於複雜的字節碼來講，先進的生產力就是ASM了。ASM是一個小巧快速的Java字節碼操做框架。

它既能夠讀字節碼文件，也能夠寫字節碼文件。Spring框架主要用它來讀取字節碼。

ASM框架是採用訪問者模式設計出來的，若是不熟悉這個設計模式的能夠閱讀本公衆號上一篇文章「趣說訪問者模式」。

該模式的核心思想就是，訪問者按照必定的規則順序進行訪問，期間會自動獲取到相關信息，把有用的信息保存下來便可。

下面介紹一下ASM的具體使用方式，能夠看看做爲了解，說不定之後會用到。哈哈。

ASM定義了ClassVisitor來獲取類型信息，AnnotationVisitor來獲取註解信息，FieldVisitor來獲取字段信息，MethodVisitor來獲取方法信息。

先準備好產生字節碼的素材，其實就是一個類啦，這個類僅做測試使用，不用考慮是否合理，以下：

@Configuration("ddd")
@ComponentScan(basePackages = {"a.b.c", "x.y.z"},
scopedProxy = ScopedProxyMode.DEFAULT,
includeFilters = {@Filter(classes = Integer.class)})
@Ann0(ann1 = @Ann1(name = "ann1Name"))
public class D<@Null T extends Number> extends C<@Valid Long, @NotNull Date> implements A, B {

    protected Long lon = Long.MAX_VALUE;

    private String str;

    @Autowired(required = false)
    private Date date;

    @Resource(name = "aaa", lookup = "bbb")
    private Map<@NotNull String, @Null Object> map;

    @Bean(name = {"cc", "dd"}, initMethod = "init")
    public String getStr(@NotNull String sssss, @Null int iiiii, double dddd, @Valid long llll) throws Exception {
        return sssss;
    }

    @Override
    public double getDouble(double d) {
        return d;
    }
}

這個類裏面包含了較爲全面的信息，泛型、父類、實現的接口、字段、方法、註解等。

按照ASM規定的訪問順序，首先訪問類型信息，使用ClassVisitor的visit方法，以下：

@Override
public void visit(int version, int access, String name, String signature, String superName, String[] interfaces) {
    log("---ClassVisitor-visit---");
    log("version", version);
    log("access", access);
    log("name", name);
    log("signature", signature);
    log("superName", superName);
    log("interfaces", Arrays.toString(interfaces));
}

這個方法會由ASM框架調用，方法參數的值是框架傳進來的，咱們要作的只是在方法內部把這些參數值保存下來就好了。

而後能夠按照本身的需求去解析和使用，我這裏只是簡單輸出一下。以下：

//版本信息，52表示的是JDK1.8
version = 52
//訪問控制信息，表示的是public class
access = 33
//類型的名稱
name = org/cnt/ts/asm/D
//類型的簽名，依次爲，本類的泛型、父類、父類的泛型、實現的接口
signature = <T:Ljava/lang/Number;>Lorg/cnt/ts/asm/C<Ljava/lang/Long;Ljava/util/Date;>;Lorg/cnt/ts/asm/A;Lorg/cnt/ts/asm/B;
//父類型的名稱
superName = org/cnt/ts/asm/C
//實現的接口
interfaces = [org/cnt/ts/asm/A, org/cnt/ts/asm/B]

如今咱們已經獲取到了這些信息，雖然咱們並不知道它是如何在字節碼中存着的，這就是訪問者模式的好處。

類型名稱都是以斜線「/」分割，是由於斜線是路徑分隔符，能夠很是方便的拼出完整路徑，從磁盤上讀取.class文件的內容。

還有以大寫「L」開頭後跟一個類型名稱的，這個大寫L表示的是「對象」的意思，後跟的就是對象的類型名稱，說白了就是類、接口、枚舉、註解等這些。

接着訪問的是類型上標的註解，使用ClassVisitor的visitAnnotation方法，以下：

@Override
public AnnotationVisitor visitAnnotation(String descriptor, boolean visible) {
    log("---ClassVisitor-visitAnnotation---");
    log("descriptor", descriptor);
    log("visible", visible);
    return new _AnnotationVisitor();
}

須要說明的是，這個方法只能訪問到註解的類型信息，註解的屬性信息須要使用AnnotationVisitor去訪問，也就是這個方法的返回類型。

類上標有@Configuration("ddd")，因此輸出結果以下：

//類型描述/名稱
descriptor = Lorg/springframework/context/annotation/Configuration;
//這個是可見性，代表在運行時能夠獲取到註解的信息
visible = true

而後使用AnnotationVisitor去訪問顯式設置過的註解屬性信息，使用visit方法訪問基本的信息，以下：

@Override
public void visit(String name, Object value) {
    log("---AnnotationVisitor-visit---");
    log("name", name);
    log("value", value);
}

實際上咱們是把ddd設置給了註解的value屬性，因此結果以下：

//屬性名稱，是value
name = value
//屬性值，是ddd
value = ddd

至此，@Configuration註解已經訪問完畢。

而後再訪問@ComponentScan註解，一樣使用ClassVisitor的visitAnnotation方法，和上面的那個同樣。

獲得的結果以下：

descriptor = Lorg/springframework/context/annotation/ComponentScan;
visible = true

而後使用AnnotationVisitor去訪問設置過的註解屬性信息，使用visitArray方法訪問數組類型的信息，以下：

@Override
public AnnotationVisitor visitArray(String name) {
    log("---AnnotationVisitor-visitArray---");
    log("name", name);
    return new _AnnotationVisitor();
}

這個方法只能訪問到數組類型屬性的名稱，結果以下：

name = basePackages

屬性的值仍是使用基本的visit方法去訪問，由於數組的值是多個，因此visit方法會屢次調用，按順序依次獲取數組的每一個元素值。

因數組有兩個值，因此方法調用兩次，結果以下：

name = null
value = a.b.c

name = null
value = x.y.z

由於數組的值沒有名稱，因此name老是null。value的值就是數組的元素值，按前後順序保存在一塊兒便可。

而後因爲註解的下一個屬性是枚舉類型的，因此使用visitEnum方法來訪問，以下：

@Override
public void visitEnum(String name, String descriptor, String value) {
    log("---AnnotationVisitor-visitEnum---");
    log("name", name);
    log("descriptor", descriptor);
    log("value", value);
}

結果以下：

//註解的屬性名稱，是scopedProxy
name = scopedProxy
//枚舉類型，是ScopedProxyMode
descriptor = Lorg/springframework/context/annotation/ScopedProxyMode;
//屬性的值，是咱們設置的DEFAULT
value = DEFAULT

而後繼續訪問數組類型的屬性，使用visitArray方法訪問。

獲得的結果以下：

name = includeFilters

接下來該獲取數組的元素了，因爲這個數組元素的類型也是一個註解，全部使用visitAnnotation方法訪問，以下：

@Override
public AnnotationVisitor visitAnnotation(String name, String descriptor) {
    log("---AnnotationVisitor-visitAnnotation---");
    log("name", name);
    log("descriptor", descriptor);
    return new _AnnotationVisitor();
}

獲得的結果以下：

name = null
//註解類型名稱
descriptor = Lorg/springframework/context/annotation/ComponentScan$Filter;

能夠看到這個註解是@ComponentScan內部的@Filter註解。這個註解自己是做爲數組元素的值，因此name是null，由於數組元素是沒有名稱的。

而後再訪問@Filter這個註解的屬性，獲得屬性名稱以下：

name = classes

屬性值是一個數組，它只有一個元素，以下：

name = null
value = Ljava/lang/Integer;

注，代碼較多，再也不貼了，只給出結果的解析。

下面是map類型的那個字段的結果，以下：

//訪問控制，private
access = 2
//字段名稱
name = map
//字段類型
descriptor = Ljava/util/Map;
//字段類型簽名，包括泛型信息
signature = Ljava/util/Map<Ljava/lang/String;Ljava/lang/Object;>;
value = null

該字段上標了註解，結果以下：

descriptor = Ljavax/annotation/Resource;
visible = true

而且設置了註解的兩個屬性，結果以下：

name = name
value = aaa

name = lookup
value = bbb

因爲編譯器會生成默認的無參構造函數，因此會有以下：

//訪問控制，public
access = 1
//對應於構造函數名稱
name = <init>
//方法沒有參數，返回類型是void
descriptor = ()V
signature = null
exceptions = null

這有一個定義的方法結果，以下：

//public
access = 1
//方法名稱
name = getStr
//方法參數四個，分別是，String、int、double、long，返回類型是String
descriptor = (Ljava/lang/String;IDJ)Ljava/lang/String;
signature = null
//拋出Exception異常
exceptions = [java/lang/Exception]

參數裏面的大寫字母I表示int，D表示double，J表示long，都是基本數據類，要記住不是包裝類型。

方法的四個參數名稱，依次分別是：

//參數名稱
name = sssss
//參數訪問修飾，0表示沒有修飾
access = 0

name = iiiii
access = 0

name = dddd
access = 0

name = llll
access = 0

因爲方法上標有註解，結果以下：

descriptor = Lorg/springframework/context/annotation/Bean;
visible = true

數組類型的屬性名稱，以下：

name = name

屬性值有兩個，以下：

name = null
value = cc

name = null
value = dd

簡單類型的屬性值，以下：

name = initMethod
value = init

因爲方法的其中三個參數上也標了註解，結果以下：

//參數位置，第0個參數
parameter = 0
//註解類型名稱，@NotNull
descriptor = Ljavax/validation/constraints/NotNull;
//可見性，運行時可見
visible = true

parameter = 1
descriptor = Ljavax/validation/constraints/Null;
visible = true

parameter = 3
descriptor = Ljavax/validation/Valid;
visible = true

以上這些只是部分的輸出結果。完整示例代碼參見文章末尾，能夠本身運行一下仔細研究研究。

結尾總結

在業務開發中直接使用ASM的狀況確定較少，通常在框架開發或組件開發時可能會用到。

ASM的使用並非特別難，多作測試便可發現規律。

我在測試時發現兩個值得注意的事情：

只能訪問到顯式設置註解屬性的那些值，對於註解的默認屬性值是訪問不到的。

要想獲取到註解的默認值，須要去訪問註解本身的字節碼文件，而不是使用註解的類的字節碼文件。

只能訪問到類型本身定義的信息，從父類型繼承的信息也是訪問不到的。

也就是說，字節碼中只包括在源碼文件中出現的信息，字節碼自己不處理繼承問題。

所以，JVM在加載一個類型時，要加載它的父類型，並處理繼承問題。

完整示例代碼：
https://github.com/coding-new-talking/taste-spring.git

（END）