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从0开始手写一个Spring

Java Version

作为一名Java程序员，每天总是和业务逻辑打交道。

时间久了，也自然会觉得有些许枯燥。

所以，我打算从零开始，手写一个自己Spring。

由于我的基础薄弱，想要完全从0开始写难免有些困难。

所以决定学习廖雪峰的Spring教程，一步步来实现一个完整的Spring。

希望自己能从中学到很多知识，也能帮助到大家。

学习参考链接：https://liaoxuefeng.com/books/summerframework/introduction/index.html

Day 0: Spring简要回顾

Spring最核心的部分就是IOC和AOP，即控制反转和面向切面编程。

IOC是一种设计思想，它可以用来降低组件之间的耦合度，让对象之间的依赖关系交给Spring来管理。

AOP是一种编程思想，它可以用来在不修改代码的情况下，增加额外的功能。

Spring的核心组件有：

  • Spring Core：Spring的核心模块，包括IoC和DI。
  • Spring AOP：Spring的面向切面编程模块，包括AspectJ。
  • Spring Web：Spring的Web模块，包括Spring MVC。
  • Spring Data：Spring的数据访问模块，包括Spring Data JPA和Spring Data JDBC。
  • Spring Boot：Spring Boot可以快速构建单个、微服务或整体应用。

等等，最重要的就是Core和AOP模块了，所以我们首先就要写好IOC和AOP的部分。

Day 1: 实现IOC容器（1）

1. 实现类扫描 @ComponentScan注解

@ComponentScan注解可以扫描指定包下的所有@Component注解的类。

我们要实现类似这个注解的功能，就要通过类加载器，获取到指定路径下的所有类。然后解析类的路径。

  • 先自定义一个资源

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  • 然后创建一个资源加载器

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  • 通过获取类加载器的方法，加载具体的类

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  • 通过测试

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Day 2: 实现IOC容器（2）

2. 实现属性注入@Value注解

在spring中的属性，一般是键值对的形式。eg：spring.datasource.name:mysql

所以我们通过Map来实现属性保存和注入

  • 属性保存

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在Spring中，属性在xml文件中；在SpringBoot中，属性在yaml文件中。所以这两种方式我们都要解析

  • 通过解析类路径，读取指定路径下的属性配置文件

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  • 如果是yaml文件，就将文件中的属性配置转化为扁平的Map对象

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Day 3: 实现IOC容器（3）

3. 创建BeanDefinition

我们知道在Spring中，Bean有多种类型。

但这里我们为了简化，只给他一种类型，并且只有一种命名方式。

由此我们也可以想到，可以用一个Map来存所有的Bean，并且通过注解的方式创建和使用

  • 创建注解

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  • 作用于注解的方法示例（通过类反射机制获取到注解和注解里面的变量值）

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  • 采用一个Map来管理所有的Bean

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  • 在构造方法中，通过扫描指定package下的所有类，然后将其中的Bean都注入到beans这个Map容器中

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  • 在扫描时，先要获取到启动类的@ComponentScan注解，然后获取注解的包路径，然后用之前实现的ResourceResolver类扫描

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  • 已经获得到了所有的类，接下来就判断这些类是否是Bean，如果是的话，就将他们加入到容器中

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  • 自定义一个Application以后通过测试

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Day 4: 实现IOC容器（4）

4. 创建Bean实例

所以，对于IoC容器来说，创建Bean的过程分两步：

  1. 创建Bean的实例，此时必须注入强依赖；
  2. 对Bean实例进行Setter方法注入和字段注入。

第一步如果遇到循环依赖则直接报错，第二步则不需要关心有没有循环依赖。

——By：廖雪峰

我们是分这两步对Bean进行创建，原因如下：

  1. 如果第一步遇到循环依赖的问题，那么是无法解决的。假如我们创建A B两个对象，B的创建需要A，A的创建需要B，那么谁也创建不了
  2. 如果我们第二步遇到循环依赖的问题，那么就不用担心，因为我用A给B赋值的时候，A已经存在了，在程序上是走得通的

我们现在要进行第一步，对Bean的创建，那么我们就相当于人为注入了一个强依赖，需要进行循环依赖的判断

  • 新建一个集合，用来检测依赖循环

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  • 创建Bean

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我们这里为了简化，只创建单例模式的Bean

  • 创建单例模式的Bean

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  • 注入属性

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在注入属性时，需要先检查属性是否合法，然后再通过propertyResolver获取@Value注解对应的属性值，将其注入到具体的字段/方法当中

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如果是@Autowired注入，则需要先通过反射获取到对应的Bean，然后进行注入

image-20240911150110205

自定义Bean后进行测试

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Day 5: 实现IOC容器（5）

5. 初始化Bean

我们已经完成了强依赖注入 现在我们需要进行弱依赖注入

强依赖注入：依赖项在对象创建时必须提供，通常使用构造函数注入或方法注入。这种方式提供了更高的代码稳定性和可测试性。

弱依赖注入：依赖项是可选的，通常使用Setter方法注入或@Autowired的required属性为false。这种方式提供了更大的灵活性，但可能会增加处理依赖缺失的复杂性。

——By：ChatGPT

这里我们只需要查找@Value和@Autowired注入对应方法即可

  • 注入字段属性，调用初始化方法

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  • 注入属性调用现有字段方法，初始化调用实例的初始化方法

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  • 注入属性时，扫描字段属性进行注入

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  • 调用初始化方法时，如果已有方法，那么立即执行；如果没有传入，需要先通过类扫描工具扫描到具体方法后调用

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  • 测试并通过

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Day 6: 实现IOC容器（6）

6. 实现BeanPostProcessor

BeanPostProcessor 是 Spring 框架中的一个接口，它允许你在 Spring 容器管理的 Bean 实例化之后、初始化之前，以及在整个生命周期中进行自定义的处理。这个接口为开发者提供了一个强大的机制，用于在 Bean 的创建和初始化过程中执行额外的操作。

——By：ChatGPT

因为BeanPostProcessor是一个接口，所以我们在项目中只需要定义一个接口即可，然后再测试类中实现接口并测试具体功能

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  • 在ApplicationContext中添加用来存放BeanPostProcessor的容器

检测所有的Bean，看他们是否是BeanPostProcessor类型的Bean，如果是就加入到专门的容器里

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基于Class类的方法进行判断

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  • 如果BeanPostProcessor替换了原有Bean，需要在对应BeanDefination里面进行实例的修改

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  • 获取代理后的Bean实例

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关于为什么要更新BeanDefination

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  • 通过测试

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关于SecondProxyBean：是通过final OriginBean target;并注入OriginBean的字段属性，实现了代理。其余两个分别是构造器代理和属性注入代理

Day 7: 实现IOC容器（7）

7. 实现IOC容器

  • 创建IOC容器接口

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  • 实现供用户使用的功能

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  • 最后让之前实现的容器继承这个接口

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IOC容器完成！

Day 8: 实现AOP（1）

AOP的实现主要有基于代理的方式（JDK动态代理和CGLIB代理）和AspectJ方式。

JDK动态代理：使用Java的反射机制，为接口创建代理。只能对实现了接口的类进行代理。

CGLIB代理：通过生成子类的方式来实现代理，不需要接口，适用于没有实现接口的类。

AspectJ：一种功能更强大的AOP框架，提供编译时、类加载时和运行时的代理，支持更复杂的切面定义

——By：ChatGPT

对于Spring中具体的用法：

Spring实际上内置了多种代理机制，如果一个Bean声明的类型是接口，那么Spring直接使用Java标准库实现对接口的代理，如果一个Bean声明的类型是Class，那么Spring就使用CGLIB动态生成字节码实现代理。

除了实现代理外，还得有一套机制让用户能定义代理。Spring又提供了多种方式：

  1. 用AspectJ的语法来定义AOP，比如execution(public * com.itranswarp.service.*.*(..))；
  2. 用注解来定义AOP，比如用@Transactional表示开启事务。

——By：廖雪峰

这里我们为了简化需求，只支持Annotation模式的AOP机制，并且采用动态生成字节码的方式实现。

常用的动态代理方式是JDK和CGLIB，这里我们决定使用CGLIB来熟悉其用法

由于CGLIB已经不支持对于Java 17 以上版本的支持，所以我们和廖雪峰老师一样采用ByteBuddy

首先我们需要实现用于代理的解决工具类

8. 实现ProxyResolver

  • 导入ByteBuddy的依赖
        <dependency>
            <groupId>net.bytebuddy</groupId>
            <artifactId>byte-buddy</artifactId>
            <version>LATEST</version>
        </dependency>
  • 使用ByteBuddy实现基本的代理方法

image-20240921102912508

  • 手动设置Polite注解，并作用于方法上

image-20240921104050968

  • 实现InvocationHandler类并重写Invoke方法（这里替换了字符串里面的标点符号）

image-20240921104514563

  • 通过测试

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Day 9: 实现AOP（2）

9. 实现Around

我们手动自定义一个注解@Around，来表示在这个注解环绕的部分执行特定的方法

注解的value表示的是应该按什么名字查找拦截器

image-20240924155558102

然后定义一个原始Bean，并使用@Around注解

image-20240924155656721

为此，我们要手动定义一个AroundInvocationHandler，让其实现InvocationHandler，并重写invoke方法

image-20240924160345018

之后我们在IOC容器中装配这个AOP，但实际上是通过AnnotationProxyBeanPostProcessor装配的，Around继承了Annotation

image-20240924160508522

所以我们应当创建AnnotationProxyBeanPostProcessor来装配AOP

这个类实现了我们之前的BeanPostProcessor

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上述AroundProxyBeanPostProcessor的机制非常简单：检测每个Bean实例是否带有@Around注解，如果有，就根据注解的值查找Bean作为InvocationHandler，最后创建Proxy，返回前保存了原始Bean的引用，因为IoC容器在后续的注入阶段要把相关依赖和值注入到原始Bean。

——By：廖雪峰

AroundProxyBeanPostProcessor的代码如下：

image-20240924164706223

总结一下，Summer Framework提供的包括：

  • Around注解；
  • AroundProxyBeanPostProcessor实现AOP。

客户端代码需要提供的包括：

  • 带@Around注解的原始Bean；
  • 实现InvocationHandler的Bean，名字与@Around注解value保持一致。

——By：廖雪峰

实现了Around以后，我们还需要继续实现Before和After的方法。但是由于Around本身实际也包含了Before和After，所以我们可以通过适配器的方式让他俩适配Around。

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由于后续可能有自定义注解AOP的情况，所以我们将Around部分代码提取成抽象类AnnotationProxyBeanPostProcessor，让Around继承这部分

至此，完成手写AOP部分

Day 10: 实现JDBC和事务（1）

Spring对JDBC数据库的支持主要包括：

  1. 提供了一个JdbcTemplate和NamedParameterJdbcTemplate模板类，可以方便地操作JDBC；
  2. 支持流行的ORM框架，如Hibernate、JPA等；
  3. 支持声明式事务，只需要通过简单的注解配置即可实现事务管理。

——By：廖雪峰

我们这里为了简化，只实现JdbcTemplate以及声明式事务

10. 实现JdbcTemplate

我们仿照SpringBoot的方式，使用HikariCP作为连接池

先导入对应的依赖：

<!--        数据库连接池-->
        <dependency>
            <groupId>com.zaxxer</groupId>
            <artifactId>HikariCP</artifactId>
            <version>5.0.1</version>
        </dependency>
<!--        JDBC驱动-->
        <dependency>
            <groupId>org.xerial</groupId>
            <artifactId>sqlite-jdbc</artifactId>
            <version>3.41.2.2</version>
            <scope>test</scope>
        </dependency>

如果要使用数据库的话，需要像廖老师一样在yml文件中配置具体的DataSource举例如下：

summer:
  datasource:
    url: jdbc:sqlite:test.db
    driver-class-name: org.sqlite.JDBC
    username: sa
    password: