Spring读取xml配置文件的原理与实现
本篇博文的目录：
一：前言
二：spring的配置文件
三：依赖的第三方库、使用技术、代码布局
四：Document实现
五：获取Element的实现
六：解析Element元素
七：Bean创造器
八：Ioc容器的创建
九：总结
一：前言：
Spring作为Bean的管理容器，在我们的项目构建中发挥了举足轻重的作用，尤其是控制反转(IOC)和依赖(DI)注入的特性，将对象的创建完全交给它来实现，当我们把与其他框架进行整合时，比如与Mybatis整合，可以把sqlMapClientTemplate、数据源等Bean交给它来管理，这样在我们程序需要的时候，只需要调用它的getBean(String id)方法就可以获取它的一个实例。这一点我们都知道它是利用反射的原理，取得class然后获取constructor-arg配置的参数，然后调用newInstance()方法进行实例化的，那么我们在spring配置文件中配置的Bean的属性，比如Lazy-int、AutoWire属性Spring是如何解析的呢？这背后又是怎样的原理呢。这就是本篇博文将要探讨的问题，我们将深入到代码层面，看一看Spring解析Xml的具体原理
二：Spring的配置文件
我们先来看一个简单的Spring配置文件，由配置文件我们看到了Spring配置文件的一系列属性，配置Bean的id，class属性，还有Lazy-int、AutoWire、SingleTon等属性，配置了这些东西，那么Spring就会按照我们配置的东西进行解析，从而得到我们需要的值。
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans" xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop" xmlns:tx="http://www.springframework.org/schema/tx" xmlns:p="http://www.springframework.org/schema/p" xmlns:util="http://www.springframework.org/schema/util" xmlns:jdbc="http://www.springframework.org/schema/jdbc" xmlns:cache="http://www.springframework.org/schema/cache" xsi:schemaLocation=" http://www.springframework.org/schema/context http://www.springframework.org/schema/context/spring-context.xsd http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd http://www.springframework.org/schema/tx http://www.springframework.org/schema/tx/spring-tx.xsd http://www.springframework.org/schema/jdbc http://www.springframework.org/schema/jdbc/spring-jdbc-3.1.xsd http://www.springframework.org/schema/cache http://www.springframework.org/schema/cache/spring-cache-3.1.xsd http://www.springframework.org/schema/aop http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop.xsd http://www.springframework.org/schema/util http://www.springframework.org/schema/util/spring-util.xsd"> <bean id="pad1" class="com.wyq.Bean.Pad" scope="singleton"> <constructor-arg> <value type="java.lang.double">1999.9</value> </constructor-arg> </bean> <!-- 懒加载 --> <bean id="pad2" class="com.wyq.Bean.Pad" lazy-init="true" autowire="no"></bean> <bean id="person" class="com.wyq.Bean.Person" autowire="byName"> <property name="name" value="Yrion"></property> </bean> </beans>
三：依赖的第三方库、使用技术、代码布局
spring解析xml配置的第三方库需要的是dom4j,使用的技术是java,代码布局会按照Document、Element、BeanCreator的方式进行，首先定义相关的接口，然后定义子类去实例化，我们来展示一下Spring解析配置文件接口的思维导图，从中可以看出我们定义了一系列的读取属性的接口，比如AutoWire属性，因为有两种情况ByName和no、byType三种情况（这里只为了说明问题，我们只定义两个实现类，正式的话是三个实现类），这里采用的是状态设计模式，设计一个总接口，然后对不同的情况，我们定义相关的实现类，是那种情况，就返回具体的类。如图展示的是接口和具体的实现类，接下来我们将会按照这样的方式去讲解每一个接口对应的实现类。
四：获取Document实现
按照从大到小的思维，我们先来实现DocumenHoler接口，可以看出这个接口我们只定义了一个方法，根据路径返回具体的Document。然后我们来写具体的实现子类，有了这样的类，我们只需要传入一个路径，那么就会返回一个模拟的Document对象
import org.dom4j.Document; public interface DocumentHolder { Document getDocument(String filePath); }
import java.io.File; import java.util.HashMap; import java.util.Map; import org.dom4j.Document; import org.dom4j.io.SAXReader; public class XMLDocumentHolder implements DocumentHolder{ //建立一个HashMap用来存放字符串和文档 private Map<String, Document> docs = new HashMap<String, Document>(); @Override public Document getDocument(String filePath) { Document doc=this.docs.get(filePath);//用HashMap先根据路径获取文档 if (doc==null) { this.docs.put(filePath, readDocument(filePath)); //如果为空，把路径和文档放进去 } return this.docs.get(filePath); } /** * 根据路径读Document * @param filePath * @return */ private Document readDocument(String filePath) { Document doc =null; try { SAXReader reader = new SAXReader(true);//借用dom4j的解析器 reader.setEntityResolver(new IocEntityResolver()); File xmlFile = new File(filePath); //根据路径创建文件 doc = reader.read(xmlFile);//用dom4j自带的reader读取去读返回一个Document } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return doc; } }
五：获取Element的接口实现
有了Document,按照从大到小的逻辑，我们就需要解析Element元素了，也就是具体的元素加载器，首先我们先来定义一个接口，然后再定义具体的类去实现这个接口。中间主要定义了三个方法添加元素和获取元素，和获取所有的元素，在子类中定义了一个HashMap用于键用来存储属性名，值用来存储具体的Element元素。
import java.util.Collection; import org.dom4j.Document; import org.dom4j.Element; /** * 加载Element元素 * @author Yiron * */ public interface ElementLoader { void addElements(Document doc);//添加元素 Element getElement(String id);//获取元素 Collection<Element> getElements();//获取所有的元素 }
import java.util.Collection; import java.util.HashMap; import java.util.List; import java.util.Map; import org.dom4j.Document; import org.dom4j.Element; public class ElementLoaderImpl implements ElementLoader{ private Map<String, Element> elements=new HashMap<String, Element>(); public void addElements(Document doc) { @SuppressWarnings("unchecked") List<Element> eles = doc.getRootElement().elements(); for (Element e : eles) { String id=e.attributeValue("id"); elements.put(id, e); } } public Element getElement(String id) { return elements.get(id); } public Collection<Element> getElements() { return this.elements.values(); } }
六：解析Element元素
在第五步中，我们主要是获取了Element元素，获取到了之后，我们就要对其进行解析了。我们首先来定义一个解析Element的接口，接口里面的方法主要是对xml文件配置的元素作出解析，比如boolean isLazy(Element element)就是对其是否进行懒加载进行判断，然后实现该接口:
import java.util.List; import org.dom4j.Element; /** * 解析Element元素 * @author Yiron * */ public interface ElementReader { boolean isLazy(Element element); List<Element> getConstructorElements(Element element); String getAttribute(Element element,String name); boolean isSingleTon(Element element); List<Element> getPropertyElements(Element element); AutoWire getAutoWire(Element element); List<DataElement> getConstructorValue(Element element); List<PropertyElement> getPropertyValue(Element element); }
package com.wyq.ResolveElement; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import org.dom4j.Element; import org.omg.PortableServer.ID_ASSIGNMENT_POLICY_ID; public class ElementReaderImpl implements ElementReader{ /** * 判断是否延迟加载 */ @Override public boolean isLazy(Element element) { String lazy = getAttribute(element, "lazy-int");//得到是否懒加载这个元素 Element parent = element.getParent(); Boolean parentLazy = new Boolean(getAttribute(parent, "default-lazy-int")); if (parentLazy) { if ("false".equals(lazy)) return false; return true; }else { if ("true".equals(lazy)) return true; return false; } } /** * 获取constructor-arg节点 */ @Override public List<Element> getConstructorElements(Element element) { List<Element> childrens = element.elements();//得到bean节点下的所有节点 List<Element> reslut=new ArrayList<Element>();//存放节点的链表 for (Element e : childrens) {//遍历 if ("constructor-arg".equals(e.getName())) {//如果是constructor-arg节点 reslut.add(e);//放入到预设的链表中 } } return reslut; //返回这个链表 } /** * 根据元素的name获取元素的值 */ public String getAttribute(Element element, String name) { String value = element.attributeValue(name); return value; } /** * 判断是不是单例模式 */ public boolean isSingleTon(Element element) { Boolean singleTon = new Boolean(getAttribute(element, "singleTon")); return singleTon; } /** * 获得自动注入 */ @Override public AutoWire getAutoWire(Element element) { String value = this.getAttribute(element, "autoWire"); String parentValue=this.getAttribute(element.getParent(),"default-autowire"); if ("no".equals(parentValue)) { if ("byName".equals(parentValue)) { return new ByNameAutoWire(value); }else { return new NoAutoWire(value); } }else if ("byName".equals(parentValue)) { if("no".equals(value)) return new NoAutoWire(value); return new ByNameAutoWire(value); } return new NoAutoWire(value); } @Override public List<DataElement> getConstructorValue(Element element) { List<Element> cons=getConstructorElements(element); List<DataElement> result = new ArrayList<DataElement>(); for (Element e : cons) { List<Element> els = e.elements(); DataElement dataElement = getDataElement(els.get(0)); result.add(dataElement); } return result; } @Override public List<PropertyElement> getPropertyValue(Element element) { List<Element> properties=getPropertyElements(element); List<PropertyElement> reslut=new ArrayList<PropertyElement>(); for (Element e : properties) { List<Element> els=e.elements(); DataElement dataElement = getDataElement(els.get(0)); String value = getAttribute(e, "name"); PropertyElement pe = new PropertyElement(value, dataElement); reslut.add(pe); } return reslut; } private DataElement getDataElement(Element element){ String name=element.getName(); if ("value".equals(name)) { String classTypeName=element.attributeValue("type"); String data = element.getText(); return new ValueElement(getValue(classTypeName,data)); }else if ("ref".equals(name)) { return new RefElement(this.getAttribute(element, "bean")); } return null; } private Object getValue(String className,String data){ if (isType(className,"Integer")) { return Integer.parseInt(data); }else { return data; } } private boolean isType(String className, String type) { if (className.indexOf(type)!=-1) { return true; }else { return false; } } @Override public List<Element> getPropertyElements(Element element) { List<Element> elements = element.elements(); return elements; } }
6.2：解析Element的时候，我们定义了几个接口，我们来看看自动注入的源代码，自动注入返回三种情况，我们来模拟实现其中两种ByNameAutoWire与NoAutoWire。还有DataElement，其子类分别是：RefElement和ValueElement分别表示引用元素和值元素。
public interface AutoWire { //自动注入 String getValue(); }
public class ByNameAutoWire implements AutoWire{ private String value; public ByNameAutoWire(String value) { this.value = value; } @Override public String getValue() { return value; } }
public class NoAutoWire implements AutoWire{ String value; public NoAutoWire(String value) { this.value = value; } public String getValue() { return value; } }
public interface DataElement { String getType(); Object getValue(); }
public class RefElement implements DataElement{ private Object value; public RefElement(Object value) { this.value=value; } @Override public String getType() { return "ref"; } @Override public Object getValue() { return this.value; } }
public class ValueElement implements DataElement { private Object value; public ValueElement(Object value) { this.value = value; } @Override public String getType() { return "value"; } @Override public Object getValue() { return this.value; } }
七：Bean创造器
主要创造Bean不使用默认构造器和使用定义的construction-arg参数，当我们配置构造参数的时候，就会拿到这些信息，然后进行反射来调用构建对象，其中还包括获取Setter方法。其代码如下：
import java.lang.reflect.Method; import java.util.List; import java.util.Map; public interface BeanCreator { Object createBeanUseDefaultConstruct(String className);//使用空构造器 Object createBeanUseDefineConstruce(String className,List<Object> args);//使用定义的构造器 Map<String, Method> getSetterMethodsMap(Object obj); void executeMethod(Object object,Object argBean,Method method); }
package com.wyq.Bean; import java.lang.reflect.Constructor; import java.lang.reflect.Method; import java.util.ArrayList; import java.util.HashMap; import java.util.List; import java.util.Map; public class BeanCreatorImpl implements BeanCreator{ @Override public Object createBeanUseDefaultConstruct(String className) { Object object=null; try { Class clazz = Class.forName(className); object= clazz.newInstance(); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } catch (InstantiationException e) { e.printStackTrace(); } catch (IllegalAccessException e) { e.printStackTrace(); } return object; } /** * className:类的名字 * args:配置的构造参数 */ @Override public Object createBeanUseDefineConstruct(String className, List<Object> args) { Class[] argsClass=getArgsClasses(args); try { Class clazz = Class.forName(className); Constructor constructor=findConstructor(clazz,argsClass); } catch (Exception e) { // TODO: handle exception } return null; } /** * 根据类型和参数查找构造器 * @param clazz * @param argsClass * @return */ private Constructor findConstructor(Class clazz, Class[] argsClass) throws NoSuchMethodException{ Constructor constructor= getConstructor(clazz,argsClass); if (constructor==null) { Constructor[] constructors = clazz.getConstructors(); for (Constructor c : constructors) { Class[] constructorArgsClass = c.getParameterTypes(); if (constructorArgsClass.length==argsClass.length) { if (isSameArgs(argsClass,constructorArgsClass)) { return c; } } } } return null; } private boolean isSameArgs(Class[] argsClass, Class[] constructorArgsClass) { for (int i = 0; i < argsClass.length; i++) { try{ argsClass[i].asSubclass(constructorArgsClass[i]); if (i==(argsClass.length-1)) { return true; }}catch (Exception e) { e.printStackTrace(); break; } } return false; } private Constructor getConstructor(Class clazz, Class[] argsClass) throws SecurityException, NoSuchMethodException { try { Constructor constructor = clazz.getConstructor(argsClass); return constructor; } catch (Exception e) { return null; } } private Class[] getArgsClasses(List<Object> args) { //装有class类的list集合 List<Class> reslut =new ArrayList<Class>(); for (Object arg : args) { reslut.add(getClass(arg)); } Class[] a = new Class[reslut.size()]; return reslut.toArray(a); } private Class getClass(Object obj) { if (obj instanceof Integer) { return Integer.TYPE; }else if (obj instanceof Double) { return Double.TYPE; }else if (obj instanceof Long) { return Long.TYPE; }else if (obj instanceof Float) { return Float.TYPE; }else if (obj instanceof Character) { return Character.TYPE; }else if (obj instanceof Byte) { return Byte.TYPE; } return obj.getClass(); } @Override public void executeMethod(Object object, Object argBean, Method method) { try { Class[] paramterTypes = method.getParameterTypes(); if (paramterTypes.length==1) { if (isMethodArgs(method,paramterTypes[0])) { method.invoke(object, argBean); } } } catch (Exception e) { try { throw new BeanCreateException("autoWire exception"+e.getMessage()); } catch (BeanCreateException e1) { e1.printStackTrace(); } } } private boolean isMethodArgs(Method method, Class class1) { Class[] c = method.getParameterTypes(); if (c.length==1) { try { class1.asSubclass(c[0]); return true; } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return false; } } return false; } @Override public Map<String, Method> getSetterMethodsMap(Object obj) { List<Method> methods=getSetterMethodsList(obj); Map<String, Method> result=new HashMap<String ,Method>(); for (Method method : methods) { String propertyName=getMethodNameWithOutSet(method.getName()); } return null; } /** * 还原setter方法 * @param methodname * @return */ private String getMethodNameWithOutSet(String methodname) { String propertyName=methodname.replace("set", ""); String firstWord=propertyName.substring(0,1); String lowerFirstWord = firstWord.toLowerCase(); return propertyName.replaceFirst(firstWord, lowerFirstWord); } private List<Method> getSetterMethodsList(Object obj) { Class clazz = obj.getClass(); List<Method> result=new ArrayList<Method>(); Method[] methods = clazz.getMethods(); for (Method method : methods) { if (method.getName().startsWith("Set")) { result.add(method); } } return result; } }
八：定义自己的IoC容器:
首先我们来定义自己的ApplicationContext接口，其中有getBean(String id)方法，通过这个方法就可以获取具体的对象实例，也是我们使用Spring框架中用的最多的一个方法。然后来定义具体的实现子类
public interface ApplicationContext { Object getBean(String id); boolean containsBean(String id); boolean isSingleton(String id);
package com.wyq.Ioc; import java.io.UnsupportedEncodingException; import java.lang.reflect.Method; import java.net.URL; import java.util.ArrayList; import java.util.Collection; import java.util.HashMap; import java.util.List; import java.util.Map; import org.dom4j.Document; import org.dom4j.Element; import com.wyq.Bean.BeanCreateException; import com.wyq.Bean.BeanCreator; import com.wyq.Bean.BeanCreatorImpl; import com.wyq.Element.ElementLoader; import com.wyq.Element.ElementLoaderImpl; import com.wyq.ReadXml.DocumentHolder; import com.wyq.ReadXml.XMLDocumentHolder; import com.wyq.ResolveElement.AutoWire; import com.wyq.ResolveElement.ByNameAutoWire; import com.wyq.ResolveElement.DataElement; import com.wyq.ResolveElement.ElementReader; import com.wyq.ResolveElement.ElementReaderImpl; import com.wyq.ResolveElement.NoAutoWire; import com.wyq.ResolveElement.PropertyElement; import com.wyq.ResolveElement.RefElement; import com.wyq.ResolveElement.ValueElement; import com.wyq.SetInput.PropertyHandler; import com.wyq.SetInput.PropertyHandlerImpl; public class AbstractApplicationContext implements ApplicationContext { protected ElementLoader elementLoader = new ElementLoaderImpl(); protected DocumentHolder documentHolder = new XMLDocumentHolder(); protected Map<String, Object> beans = new HashMap<String, Object>(); protected BeanCreator beanCreator = new BeanCreatorImpl(); protected ElementReader elementReader = new ElementReaderImpl(); protected PropertyHandler propertyHandler = new PropertyHandlerImpl(); protected void setUpElements(String[] xmlPaths){ URL classPathUrl = AbstractApplicationContext.class.getClassLoader().getResource("."); String classpath; try { classpath = java.net.URLDecoder.decode(classPathUrl.getPath(), "utf-8"); for (String path : xmlPaths) { Document doc = documentHolder.getDocument(classpath + path); elementLoader.addElements(doc); } } catch (UnsupportedEncodingException e) { e.printStackTrace(); } } @Override public Object getBean(String id) { Object bean = this.beans.get(id); if (bean == null) { bean = handleSingleton(id); } return bean; } private Object handleSingleton(String id) { Object bean = createBean(id); if (isSingleton(id)) { this.beans.put(id, bean); } return bean; } private Object createBean(String id) { Element e = elementLoader.getElement(id); if (e == null) { try { throw new BeanCreateException("element not found" + id); } catch (BeanCreateException e1) { e1.printStackTrace(); } } Object result = instance(e); System.out.println("创建bean" + id); System.out.println("该bean的对象是" + result); AutoWire autoWire = elementReader.getAutoWire(e); if (autoWire instanceof ByNameAutoWire) { // 使用名称自动装配 autowireByName(result); } else if (autoWire instanceof NoAutoWire) { setterInject(result, e); } return null; } protected void createBeans(){ Collection<Element> elements = elementLoader.getElements(); for (Element element : elements) { boolean lazy = elementReader.isLazy(element); if (!lazy) { String id = element.attributeValue("id"); Object bean = this.getBean(id); if (bean==null) { handleSingleton(id); } } } } private void setterInject(Object obj, Element e) { List<PropertyElement> properties = elementReader.getPropertyValue(e); Map<String, Object> propertiesMap = getPropertyArgs(properties); propertyHandler.setProperties(obj, propertiesMap); } private Map<String, Object> getPropertyArgs(List<PropertyElement> properties) { Map<String, Object> result = new HashMap<String, Object>(); for (PropertyElement p : properties) { DataElement de = p.getDataElement(); if (de instanceof RefElement) { result.put(p.getName(), this.getBean((String) de.getValue())); } else if (de instanceof ValueElement) { result.put(p.getName(), de.getValue()); } } return result; } private void autowireByName(Object obj) { Map<String, Method> methods = propertyHandler.getSetterMethodsMap(obj); for (String s : methods.keySet()) { Element e = elementLoader.getElement(s); if (e == null) continue; Object bean = this.getBean(s); Method method = methods.get(s); propertyHandler.executeMethod(obj, bean, method); } } private Object instance(Element e) { String className = elementReader.getAttribute(e, "class"); List<Element> constructorElements = elementReader.getConstructorElements(e); if (constructorElements.size() == 0) { return beanCreator.createBeanUseDefaultConstruct(className); } else { List<Object> args = getConstructArgs(e); return beanCreator.createBeanUseDefineConstruct(className, args); } } private List<Object> getConstructArgs(Element e) { List<DataElement> datas = elementReader.getConstructorValue(e); List<Object> result = new ArrayList<Object>(); for (DataElement d : datas) { if (d instanceof ValueElement) { d = (ValueElement) d; result.add(d.getValue()); } else if (d instanceof RefElement) { d = (RefElement) d; String refid = (String) d.getValue(); result.add(this.getBean(refid)); } } return result; } @Override public boolean containsBean(String id) { Element element = elementLoader.getElement(id); return element == null ? false : true; } @Override public boolean isSingleton(String id) { Element e = elementLoader.getElement(id); return elementReader.isSingleTon(e); } }
}
九：总结
我们经过上面的代码就完整实现了一个Ioc容器，其中从Document的创造，再到Element的创建，再到解析Element，然后设置我们的Bean创造器，再实现AppliacionContext，这一过程在编码中是不可逆的，因为只有有了Document，才有Element，再然后才有解析，我们的方法进行下一步的解析都需要上层作为参数，只有这样才能完整解析Spring配置文件。我详细阐述了这一流程，其中参阅了不少资料，耗时一星期，希望大家细细体会其中的方法，尤其是方法之间的串联与解析的思路。从中过我们看出Spring解析的原理，我们进一步深入理解Spring框架起到了很大的的作用。同时本篇博文只是起到一个抛砖引玉的作用，示范了一些特性。按照这样的逻辑，我们可以举一反三，像mybaits、Hibernate的配置文件，我们大概就可以知道是如何解析的了。比如mybatis的配置文件，里面的sql配置，如何去拼接sql,无非就是解析文档，把标签里面的内容拿出来，拼接成String，交给jdbc去运行，这就是编程中的举一反三，所以这篇博文不仅仅局限于Spring，有更多的东西值得我们去思考，加深自己的理解。好了，本次讲解就到这里，我们下篇再见，谢谢。
