Spring反射機制

Spring是分層的Java SE/EE應用一站式的輕量級開源框架，以IoC(Inverse of Control)和AOP(Aspect Oriented Programming)為內核，提供了展現層Spring MVC和持久層Spring JDBC以及業務層事務管理等眾多的企業級應用技術，此外，Spring整合了開源世界里眾多的第三方框架和類庫。 

Spring的體系結構： 
Spring整個框架按其所屬功能可划分為5個主要模塊：數據訪問和集成、Web及遠程操作、測試框架、AOP和IoC。 
IoC：Spring的核心模塊實現了IoC的功能，它將類和類之間的依賴從代碼中脫離出來，用配置的方式進行依賴關系描述，由IoC容器負責依賴類之間的創建、拼接、管理、獲取等工作。BeanFactory接口是Spring框架的核心接口，它實現了容器許多核心的功能。Context模塊構建於核心模塊之上，擴展了BeanFactory的功能，添加了i18n國際化、Bean生命周期控制、框架事件體系、資源加載透明化等多項功能。此外，該模塊還提供了許多企業級服務的支持。ApplicationContext是Context模塊的核心接口。表達式語言模塊是統一表達式語言的一個擴展，該表達式語言用於查詢和管理運行期的對象，支持設置或獲取對象屬性，調用對象方法、操作數組、集合等。還提供了邏輯表達式運算、變量定義等功能。使用它可以方便地通過表達式串和Spring IoC容器進行交互。 
AOP模塊：AOP是進行橫切邏輯編程的思想，開拓了人們考慮問題的思路。在AOP模塊里，Spring提供了滿足AOP Alliance規范的實現，此外，還整合了AspectJ這種AOP語言級的框架。Java 5.0引入java.lang.instrument，允許在JVM啟動時啟用一個代理類，通過該代理類在運行期修改類的字節碼，改變一個類的功能，實現AOP的功能。 
數據訪問和集成：Spring站在DAO的抽象層面，建立了一套DAO層統一的異常體系，同時將各種訪問數據的檢查型異常轉換成非檢查型異常，為整個各種持久層框架提供基礎。其次，Spring通過模版化技術對各種數據訪問技術進行了薄層的封裝，將模式化的代碼隱藏起來，使數據訪問的程序得到了大幅簡化。 
Web及遠程調用：該模塊建立在ApplicationContext模塊之上，提供了Web應用的各種工具類，若通過Listener或Servlet初始化Spring容器，將Spring容器注冊到Web容器中。其次，該模塊還提供了多項面向Web的功能。此外，Spring還可以整合Struts、WebWork、Tapestry Web等MVC框架。 

Spring注解： 
在ApplicationContext文件中，使用Spring的<context:component-scan base-package="">掃描指定類包下的所有類，這樣在類中定的Spring注解才能產生作用。 
@Repository：定義一個DAO Bean 
@Autowired：將Spring容器中的Bean注入進來 
@Service：將一個類標注為一個服務層的Bean 
@ContextConfiguration：指定Spring的配置容器 
@Controller：將一個類標注為Spring MVC的Controller 
@RequestMapping(value="/index.html")：負責處理一個xxx.html請求 

IoC 
DI(Dependency Injection)：讓調用類的某一接口實現類的依賴關系由第三方(容器或協作類)注入，以移出調用類對某一接口實現類的的依賴。 
從注入方法上來看，主要可以划分為3種類型：構造函數注入、屬性注入和接口注入。Spring支持構造函數注入和屬性注入。 
構造函數注入：在構造函數注入中，我們通過調用類的構造函數，將接口實現類通過構造函數變量傳入。 
屬性注入：屬性注入可以有選擇地通過Setter方法完成調用類所需依賴的注入。 
接口注入：將調用累所有依賴注入的方法抽取到一個接口中，調用類通過實現該接口提供相應的注入方法。 

java的反射機制 
Java語言允許通過程序化的方式間接對Class的對象實例操作，Class文件由類裝載器裝載后，在JVM中將形成一份描述Class結構的元信息對象，通過該元信息對象可以獲知Class的結構信息：構造函數、屬性和方法等。Java允許用戶借由這個Class相關的元信息對象間接調用Class對象的功能. 
例： 
public Class Car{ 
   private String brand; 
   private String color; 
   private int maxSpeed; 
   
   public Car(){} 
   
   public Car(String brand,String color,int maxSpeed){ 
      this.brand = brand; 
      this.color = color; 
      this.maxSpeed = maxSpeed; 
   } 
  
   public void introduce(){ 
      System.out.println("brand"+brand+",color"+color+",+maxSpeed"+maxSpeed); 
   } 
   
   ... 
} 

import java.lang.reflect.Construcor; 
import java.lang.reflect.Field; 
import java.lang.reflect.Method; 

public class ReflectTest{ 
   public static Car initByDefaultConst() throws Throwable{ 
       //通過類加載器獲取Car類對象 
       ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader(); 
       Class clazz = loader.loadClass(Car): 
   
       //獲取類的默認構造器對象並通過它實例化Car 
       Constructor cons = clazz.getDeclardConstructor((Class[])null); 
       Car car = (Car)cons.newInstance(): 

       //通過反射方法設置屬性 
       Method setBrand = clazz.getMethod("setBrand",String.class); 
       setBrand.invoke(car,"WCA72"); 
       Method setColor = clazz.getMethod("setColor ",String.class); 
       setColor .invoke(car,"black"); 
       Method setMaxSpeed = clazz.getMethod("setMaxSpeed ",int.class); 
       setMaxSpeed .invoke(car,200); 
     
       return car; 
   } 

   public static void main(String[] args) throws Throwable{ 
       Car car = initByDefaultConst(); 
       car.introduce(); 
   } 
} 

類裝載器ClassLoader 
工作機制： 
類裝載器就是尋找類的字節碼文件並構造出類在JVM內部表示的對象組件。在Java中，類裝載器裝入JVM中，要經過以下步驟： 
1.裝載：查找和導入Class文件 
2.鏈接：執行校驗、准備和解析步驟，其中解析步驟是可以選擇的： 
校驗：檢查載入Class文件數據的正確性 
准備：給類的靜態變量分配存儲空間 
解析：將符號引用轉成直接引用 
3.初始化：對類的靜態變量、靜態代碼塊執行初始化工作 
類加載器工作由ClassLoader及其子類負責，ClassLoader是一個重要的Java運行時系統組件，它負責在運行時查找和裝入Class字節碼文件。JVM在運行時會產生三個ClassLoadre：根裝載器、ExtClassLoader和AppClassLoader。根裝載器不是ClassLoader的子類，負責裝載JRE的核心類庫。ExtClassLoader和AppClassLoader都是ClassLoader的子類。其中，EctClassLoader負責裝載JRE擴展目錄ext中的JAR類包，AppClassLoader負責裝載Classpath路徑下的類包。 

JVM裝載類時使用“全盤負責委托機制”，“全盤負責”是指當一個ClassLoader裝載一個類時，除非顯式地使用另一個ClassLoader，該類所依賴及引用的類也由這個ClassLoader載入：“委托機制”是指先委托父裝載器尋找目標類，只有在找不到的情況下才從自己的類路徑中查找並裝載目標類。 
ClassLoader的重要方法： 
Class loadClass(String name)：name參數指定類裝載器需要裝載類的名字，必須使用全限定類名。該方法有一個重載方法loadClass(String name，boolean resolve)，resolve參數告訴類裝載器是否需要解析該類。在初始化類之前，應考慮進行類解析的工作，但並不是所有的類都需要解析，若JVM值需知道該類是否存在或找出該類的超類，那么就不需要進行解析。 
Class defineClass(String name,byte[] b,int off,int len)：將類文件的字節數組轉換成JVM內部的java.lang.Class對象。字節數組可以從本地文件系統、遠程網絡獲取。name為字節數組對應的全限定類名。 
Class findSystemClass(String name)：從本地文件系統載入Class文件，若本地文件系統更不存在該Class文件，將拋出ClassNotFoundException異常。 
Class findLoadedClass()：調用該方法來查看ClassLoader是否已裝入某個類。若已裝入，則返回java.lang.Class對象，否則返回null。 
ClassLoader getParent()：獲取類裝載器的父裝載器。 

反射對象類在java.reflect包中定義，下面是最主要的三個反射類： 
Constructor：類的構造函數反射類，通過Class#getContructors()方法可以獲得類的所有構造函數反射對象數組。在JDK 5.0中，還可以通過getContructor(Class parameterTypes)獲取擁有特定入參的構造函數反射對象。Constructor的一個主要方法是newInstance(Object[] initargs)，通過該方法可以創建一個對象類的實例，相當於new關鍵字。 

Method：類方法的反射類，通過Class#getDeclaredMehtods()方法可以獲取類的所有方法反射類對象數組Method[]。在 JDK 5.0中可以通過getDeclaredMehtods(String name,Class parameterTypes)獲取特定簽名的方法，name為方法名；Class為方法入參類型列表。Method最主要的方法是invoke(Object obj,Object[] args)，obj表示操作的目標對象，args為方法入參。 
Method還有很多用於獲取類方法更多信息的方法： 
Class getReturnType()：獲取方法的返回值類型 
Class[] getParameterTypes()：獲取方法的入參類型數組 
Class[] getExceptionTypes()：獲取方法的一場類型數組 
Annotationp[][] getParamerterAnnotations()：獲取方法的注解信息 

Field：類的成員變量的反射類，通過Class#getDeclaredFields()方法可以獲取類的成員變量反射對象數組，通過Class#getDeclaredFields(String name)則可獲取某個特定名稱的成員變量反射對象。Field類最主要的方法是set(Object obj,Object value)，obj表示操作目標評對象，通過value為目標對象的成員變量設置值。若成員變為為基礎類型，用戶可以使用Field類中提供的帶類型名的值設置方法。 

通過反射機制可以調用私有變量和私有方法。但在訪問private、protected成員變量和方法時必須通過setAccessible(boolean acess)方法取消java語言檢查，否則拋出IllegalAccessException。若JVM的安全管理器設置了相應的安全機制，調用該方法將拋出SecurityException。 

Spring設計了一個Resource接口，它為應用提供了更強的訪問底層資源的能力。該接口擁有對應不同資源類型的實現類。Resource接口的主要方法： 
boolean exists()：資源是否存在 
boolean isOpen()：資源是否打開 
URL getURL() throws IOException：若底層資源可以表示成URL，該方法返回對應的URL對象 
File getFile() throws IOException：若底層資源對應一個文件，該方法返回對應的File對象 
InputStream getInputStream() throws IOException：返回資源對應的輸入流 
Spring框架使用Resource裝載各種資源，Resource的具體實現類如下： 
ByteArrayResource：二進制數組表示的資源，二進制數組資源可以在內存中通過程序構造 
ClassPathResource：類路徑下的資源，資源以相對於類路徑的方式表示 
FileSystemResource：文件系統資源，資源以文件系統路徑的方式表示 
InputStreamResource：對應一個InputStream的資源 
ServletContextResource：為訪問web容器上下文中的資源而設計的類，負責以相對於Web應用根目錄的路徑加載資源，它支持已流和URL的方式訪問，在WAR解包的情況下，也可以通過File的方式訪問，還可以直接從JAR包中訪問資源。 
UrlResource：封裝了java.net.URL，它使用戶能夠訪問任何可以通過URL表示的資源。 

對資源進行編碼： 
EncodedResource encRes = new EncodedResource(res,"UTF-8"); 

                         資源類型的地址前綴   
地址前綴             示例                       
classpath      classpath:com/beans.xml   
對應資源類型：從類路徑中加載資源，classpath:和classpath:/是等價的，都是相當於類的跟路徑。資源文件可以在標准的文件系統中，也可以在jar或zip的類包中 
file:         file:/com/beans.xml 
對應資源類型：使用UrlResource從文件系統目錄中裝載資源，可采用絕對或相對路徑 
http://       http://www.beans.xml 
對應資源類型：使用UrlResource從Web服務器中裝載資源 
ftp://        ftp://www.beans.xml 
對應資源類型：使用UrlResource從FTP服務器中裝載資源 
沒有前綴      com/beans.xml 
對應資源類型：根據ApplicationContext具體實現類采用對應的類型的Resource 

Ant風格資源地址支持3種匹配符： 
?：匹配文件名中的一個字符 
*：匹配文件名中任意字符 
**：匹配多層路徑 

Spring定義一套資源加載的接口，並提供了實現類。ResourceLoader接口僅有一個getResource(String location)的方法，可以根據一個資源地址加載文件資源。不過這個文件資源僅支持帶資源類型前綴的表達式，不支持Ant風格的資源路徑表達式。ResourcePatternResolver擴展了ResourceLoader接口，定義了一個新的接口方法：getResources(String locationPattern)，該方法支持帶資源類型前綴及Ant風格的資源路徑的表達式。PathMatchingResourcePatternResolver是Spring提供了標准實現類。 

Spring為BeanFactory提供了多種實現，最常用的XmlBeanFactory。 
BeanFactory最主要的方法就是getBean(String beanName),該方法從容器中返回特定該名稱的Bean。BeanFactory的其他接口： 
ListableBeanFactory：該接口定義了訪問容器中Bean基本信息的若干方法 
HierarchicalBeanFactory：父子級聯IoC容器的接口，子容器可以通過接口方法訪問父容器。 
ConfigurableBeanFactory：增強IoC容器的可定制性，它定義了設置類裝載其、屬性編輯器、容器初始化后置處理器等方法 
AutowireCapableBeanFactory：定義了將容器中的Bean按某種規則進行自動裝配的方法 
SingletonBeanRegistry：定義了允許在運行期間向容器注冊單實例Bean的方法 
BeanDefinitionRegistry：Spring配置文件中每一個<bean>節點元素在Spring容器里都通過一個BeanDefinition對象表示，他描述了Bean的配置信息。而BeanDefinition Registry接口提供了向容器手工注冊BeanDefinition對象的方法。 

ApplicationContext的主要實現類是ClassPathXmlApplicationContext和FileSystemXmlApplicationContext，前者默認從類路徑加載配置文件，后者默認從文件系統中裝載配置文件。ApplicationContext繼承了HierarchicalBeanFactory和ListableBeanFactory接口。 
ApplicationEventPublisher：讓容器擁有發布應用上下文事件的功能，包括容器啟動事件、關閉事件等。實現了ApplicationListener事件監聽接口的Bean可以接受到容器事件，並對事件進行響應處理。在ApplicationContext抽象實現類AbstractApplicationContext中，我們可以發現存在一個ApplicationEventMulticaster，它負責保存所有監聽器，以便在容器產生上下文事件時通知這些事件監聽者。 
MessageSource：為應用提供il18n國際化消息訪問功能。 
ResourcePatternResolver：所有ApplicationContext實現類都實現了類似於PathMatchingResourcePatternResolver功能，可以通過帶前綴的Ant風格的資源文件路徑裝載Spring的配置文件。 
LifeCycle：該接口提供了start()和stop()兩個方法，主要用於控制異步處理過程。在具體使用時，ApplicationContext及具體的Bean都必須同時實現該接口，ApplicationContext會將start/stop的信息傳遞給容器中所有實現了該接口的Bean，已達到管理和控制JMX、任務調度等目的。 

ConfigurableApplicationContext擴展與ApplicationContext，它新增了refresh()和close()，讓ApplicationContext具有啟動、刷新和關閉應用上下文的能力。在應用上下文關閉的情況下調用refresh()即可啟動應用上下文，在已經啟動的狀態下，調用refresh()則清理緩存並重新裝載配置信息，而調用close()則可關閉應用上下文。 

ApplicationContext和BeanFactory的重大區別：BeanFactory在初始化容器時，並未實例化Bean，直到第一次訪問某個Bean時才實例目標Bean；而ApplicationContext則在初始化應用上下文時就實例化所有單實例的Bean。因次，ApplicationContext的初始化事件會比BeanFactory稍長，但之后的調用沒有第一次懲罰的問題。 

WebApplicationContext是專門為Web應用准備的，它允許從相對於Web根目錄的路徑中裝載配置文件完成初始化工作。從WebApplicationContext中可以獲得ServletContext的引用，整個Web應用上下文對象將作為屬性放置到ServletContext中，以便Web應用程序可以訪問Srping應用上下文。Spring專門為次提供一個工具類WebApplicationContextUtils，通過該類的getWebApplicationContext(ServletContext sc)方法，既可以從ServletContext中獲取WebApplicationContext是實例。在WebApplicationContext中還為Bean添加了三個新的作用域：request作用域、session作用域和global session作用域。而在為Web應用環境下，Bean只有singleton和prototype兩種作用域。 
WebApplicationContext定義了一個常量ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE，在上下文啟動時，WebApplicationContext實例即以此為鍵放置在ServletContext的屬性列表中。 

ConfigurableApplicationContext允許通過配置的方式實例化WebApplicationContext。 
setServletContext(ServletContext servletContext)：為Spring設置Web應用上下文，以便兩者整合 
setConfigLocations(String[] configLocations)：設置Spring配置文件地址，一般情況下，配置文件地址是相對於Web根目錄的地址。 

WebApplicationContext的初始化方式和BeanFactory、ApplicationContext有所區別。WebApplicationContext秀奧ServletContext實例，也就是說它必須在擁有Web容器的前提下才能完成啟動的工作。 
Spring分別提供了用於啟動WebApplicationContext的Servlet的Web容器監聽器： 
org.springframework.web.context.ContextLoaderServlet、org.springframework.web.context.ContextLoaderListener兩者的內部都實現了啟動WebApplicationContext實例的邏輯，我們只要根據Web容器的具體情況選擇兩只之一，並在web.xml中完成配置就可以了。 
由於WebApplicationContext需要使用日志功能，用戶可以將Log4J的配置文件放置到類路徑的WEB-INF/classes下，這時Log4J引擎即可順利啟動。Spring為啟動Log4J引擎提供了兩個類似於啟動WebApplicationContext的實現類：Log4jConfigServlet和Log4jConfigListener。 
<context-param> 
    <param-name>contextConfigLocation</param-name> 
    <paramm-value> 
          /WEB-INF/xxx.xml,/WEB-INF/xxxx.xml 
    </param-value> 
</context-param> 

<context-param> 
    <param-name>log4jConfigLocation</param-name> 
    <paramm-value> 
          /WEB-INF/log4j.properties 
    </param-value> 
</context-param> 

<servlet> 
    <servlet-name>log4jConfigServlet</servlet-name> 
    <servlet-class>org.springframework.web.util.Log4jConfigServlet</servlet-class> 
    <load-on-startup>1</load-on-startup> 
</servlet> 

<servlet> 
    <servlet-name>springContextLoaderServlet</servlet-name> 
    <servlet-class>org.springframework.web.context.ContextLoaderServlet</servlet-class> 
    <load-on-startup>2</load-on-startup> 
</servlet> 

通過HierarchicalBeanFactory接口，Spring的IoC容器可以建立父子層級關聯的容器體系，子容器可以訪問父容器中的Bean，但父容器不能訪問子容器的Bean。在容器內，Bean的id必須是唯一的，但子容器可以擁有一個和父容器id相同的bean。父子容器層級體系增強了Spring容器架構的擴展性和靈活性。 

Bean的生命周期： 
1.當調用者通過getBean(beanName)向容器請求某一個Bean時，若容器注冊了org.springframework.beans.factory.InstantiationAwareBeanPostProcessor接口，在實例化Bean之前，將調用接口的postProcessBeforeInstantiation()方法。 
2.根據配置情況調用Bean構造函數或工廠方法實例化Bean 
3.若容器注冊了InstantiationAwareBeanPostProcessor接口，在實例化Bean之后，調用該接口的postProcessAfterInstantiation()方法，可在這里對已經實例化的對象進行相關操作。 
4.若Bean配置了屬性信息，容器在這一步着手將配置值設置到Bean對應的屬性中，不過在設置每個屬性之前先將調用InstantiationAwareBeanPostProcessor接口的postProcessPropertyValues()方法。 
5.調用Bean的屬性設置方法設置屬性值 
6.若Bean實現了org.springframework.beans.factory.BeanNameAware接口，將調用setBeanName()接口方法，將配置文件中該Bean對應的名稱設置到Bean中。 
7.若Bean實現了org.springframework.beans.factory.BeanFactoryAware接口，將調用setBeanFactory()接口方法，將BeanFactory容器實例設置到Bean中。 
8.若BeanFactory裝配了org.springframework.beans.factory.config.BeanPostProcessor后處理器，將調用BeanPostProcessor的Object postProcessBeforeInitialization(Object bean,String beanName)接口方法對Bean進行加工操作。其中參數bean是當前正在處理的bean，而beanName的hi當前Bean的配置名，返回的對象為加工處理后的Bean。BeanPostProcessor在Spring框架中占有重要地位，為容器提供對Bean進行后加工處理的切入點。 
9.若Bean實現了InitializingBean的接口，將調用接口的afterPropertiesSet()方法 
10.若在<bean>通過init-method屬性定義了初始化方法，將執行這個方法 
11.BeanPostProcessor后處理器定義了兩個方法：其一是postProcessBeforeInitializatiopn()在第8步調用；其二是Object postProcessAfterInitialization(Object bean,String beanName)方法，這個方法在此時調用，容器在此獲得對Bean進行加工處理的機會。 
12.若在<bean>中指定Bean的作用范圍為scope='prototype'，將Bean返回給調用者，調用者負責調用者后續生命的管理，Spring不再管理這個Bean的生命周期。若作用范圍設置為scope='singleton'，則將Bean放入到Spring IoC容器的緩存池中，並將Bean引用返回給調用者，Spring繼續對這些Bean進行后續的生命管理。 
13.對於scope='singleton'的Bean，當容器關閉時，將觸發Spring對Bean的后續生命周期的管理工作，首先，若Bean實現了DisposableBean接口，則將調用接口的afterPropertiesSet()方法，可以在次編寫釋放資源、記錄日志等操作。 
14.對於scope='singleton'的Bean，若通過<bean>的destroy-method屬性指定了Bean的銷毀方法，Spring將執行Bean這個方法，完成Bean資源的釋放等操作。 

Bean的完整生命周期從Spring容器着手實例化Bean開始，知道最終銷毀Bean，這當中經過了許多關鍵點，每個關鍵點都涉及特定的方法調用，可以將這些方法大致划分為三類： 
Bean自身的方法：若調用Bean構造函數實例化Bean，調用setter設置Bean的屬性值以及通過<bean>的init-method和destroy-method所制定的方法； 
Bean級生命周期接口方法：如BeanNameAware、BeanFactoryAware、InitializingBean和DisposableBean，這些接口方法由Bean直接實現 
容器級生命周期接口方法：后處理器接口一般不由Bean本身實現，他們獨立於Bean，實現類以容器附加裝置的形式注冊到Spring容器中並通過接口反射為Spring容器預先識別。Spring容器創建Bean時，這些后處理器都會發生作用，所以這些后處理器的影響是全局的。 

ApplicationContext和BeanFactory的最大區別在於前者會利用Java的反射機制自動識別出配置文件中定義的BeanPostProcessor、IntantiationAwareBeanPostProcessor和BeanFactoryProcessor，並將他們注冊到應用上下文中，而后者需要在代碼中通過手工調用addBeanPostProcessor()方法進行注冊。