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Spring中关于依赖注入的代码实现非常丰富，涉及大量类和组件之间的协作与交互。从原理上讲，任何一个框架都存在一条核心执行流程，只要抓住这条主流程，我们就能把握框架的整体代码结构，Spring也不例外。无论采用何种依赖注入机制，前提都是Spring IoC容器正常启动。因此，IoC容器初始化就是我们理解和把握依赖注入实现机制的前提。
本节结合Bean的生命周期，把IoC容器初始化过程梳理成两大步骤，即Bean的注册和Bean的实例化。这两个步骤就构成了一条代码主流程。
在使用Spring时，我们可以通过获取一个应用上下文（ApplicationContext）对象来操作各种Bean，示例代码如代码清单2-9所示，相信你对这段代码不会陌生。
代码清单2-9 获取应用上下文对象的示例代码
AnnotationConfigApplicationContext applicationContext
= new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
这里的ApplicationContext接口代表的就是一个Spring IoC容器，而在Spring中存在一大批ApplicationContext接口的实现类。如果使用基于注解的配置方式，就可以使用上述代码中的AnnotationConfigApplicationContext来初始化容器上下文对象。
在刚开始阅读Spring源码时，我建议你直接从AnnotationConfigApplicationContext的启动流程切入，这一流程位于它的构造函数中，如代码清单2-10所示。
代码清单2-10 AnnotationConfigApplicationContext构造函数代码
public AnnotationConfigApplicationContext(Class<?>... annotatedClasses) {
this();
//根据注解配置类注册Bean
register(annotatedClasses);
//刷新容器
refresh();
}
public AnnotationConfigApplicationContext(String... basePackages) {
this();
//根据包路径配置扫描Bean
scan(basePackages);
//刷新容器
refresh();
}
这两个构造函数的作用很明确，一个是根据注解配置类注册Bean，另一个则是根据包路径配置扫描Bean。这里我们以register()方法为例，来讨论Bean的注册过程，该方法如代码清单2-11所示。
代码清单2-11 AnnotationConfigApplicationContext的register()方法代码
public void register(Class<?>... annotatedClasses) {
Assert.notEmpty(annotatedClasses, "At least one annotated class must be specified");
this.reader.register(annotatedClasses);
}
这里依赖AnnotatedBeanDefinitionReader工具类来完成Bean的注册。AnnotatedBean-DefinitionReader会遍历所有传入的annotatedClasses注解类，然后通过代码清单2-12所示的doRegisterBean()方法完成注册。（由于该方法的代码较长，我们对重要逻辑添加了注释，对不重要的代码做了省略。）
代码清单2-12 AnnotationConfigApplicationContext的doRegisterBean()方法代码
<T> void doRegisterBean(...) {
//将注解配置类信息转换成一种BeanDefinition
AnnotatedGenericBeanDefinition abd = new
AnnotatedGenericBeanDefinition(annotatedClass);
…
//获取Bean的作用域元数据，解析Bean作用域
ScopeMetadata scopeMetadata =
this.scopeMetadataResolver.resolveScopeMetadata(abd);
//将Bean的作用域写回BeanDefinition
abd.setScope(scopeMetadata.getScopeName());
//生成beanName
String beanName = (name != null ? name :
this.beanNameGenerator.generateBeanName(abd, this.registry));
//解析AnnotatedBeanDefinitionReader中的@Lazy、@Primary等注解
AnnotationConfigUtils.processCommonDefinitionAnnotations(abd);
//处理@Qualifier注解
if (qualifiers != null) {
for (Class<? extends Annotation> qualifier : qualifiers) {
if (Primary.class == qualifier) {
// 如果设置了@Primary注解，则设置当前Bean为首选Bean
abd.setPrimary(true);
}
else if (Lazy.class == qualifier) {
//如果设置了@Lazy注解，则设置当前Bean为延迟加载模式
abd.setLazyInit(true);
}
else {
//其他注解，则添加到BeanDefinition中
abd.addQualifier(new AutowireCandidateQualifier(qualifier));
}
}
}
…
//注册Bean对象
BeanDefinitionReaderUtils.registerBeanDefinition(definitionHolder, this.registry);
}
这段代码包含Bean注册过程中的三个核心步骤，如图2-1所示。
图2-1 AnnotatedBeanDefinitionReader中Bean注册的核心步骤示意图
首先，我们构建用来描述Bean实例信息的BeanDefinition对象，这需要将注解配置类信息转成AnnotatedGenericBeanDefinition数据结构，而AnnotatedGenericBeanDefinition就是一种BeanDefinition，包含了Bean的构造函数参数、各种属性值以及所添加的注解信息。
然后，我们设置BeanDefinition属性，这一步骤完成了对@Scope、@Primary、@Lazy等注解的处理。
最后，通过registerBeanDefinition()方法完成Bean的注册，该方法内部通过Listable-BeanFactory的实现类DefaultListableBeanFactory将Bean定义信息注册到Spring IoC容器中。ListableBeanFactory是Spring中常用的一个BeanFactory，通过这个接口，我们可以一次获取多个Bean。
请注意，到现在为止，Spring IoC容器对Bean的创建过程并没有完成，我们只是将Bean的定义加载到了容器中而已。但是容器本身可能已经存在这些Bean的定义，所以我们还需要调用ApplicationContext接口的抽象实现类AbstractApplicationContext中的refresh()方法刷新容器，正如我们在前面看到的AnnotationConfigApplicationContext构造函数所执行的那样。可以说，refresh()方法是整个Spring容器中最为核心的一个方法，值得我们详细讨论。但因为这里关注的是依赖注入，所以我们只列出refresh()方法中与该主题相关的代码，如代码清单2-13所示。
代码清单2-13 AbstractApplicationContext中的refresh()方法代码
@Override
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
// 提取配置信息转化为BeanDefinition并注册到BeanFactory中
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
try {
...
// 初始化所有的单例Bean
finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
...
}
}
}
可以看到，obtainFreshBeanFactory()方法完成BeanDefinition的注册并返回一个Bean-Factory。对于AnnotationConfigApplicationContext而言，这一步实际上就是将BeanDefinition注册到DefaultListableBeanFactory而已，我们在前面已经介绍了这一步骤。
而finishBeanFactoryInitialization()方法才是真正的完成Bean实例化的入口。在这个方法中，完成Bean的实例化代码实际上位于它的子类DefaultListableBeanFactory中，如代码清单2-14所示。
代码清单2-14 DefaultListableBeanFactory中的preInstantiateSingletons()方法代码
@Override
public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
List<String> beanNames = new ArrayList<String>(this.beanDefinitionNames);
// 触发所有非懒加载的单例Bean的初始化操作
for (String beanName : beanNames) {
...
//获取Bean
getBean(beanName);
...
}
}
接下来，我们就进入到getBean()方法了，这个方法可以从BeanFactory中获取一个Bean，而Bean的初始化过程也被封装在这个方法中。在getBean()方法中，我们一路跟踪代码会发现需要深入分析的实际上是如代码清单2-15所示的一个createBean()抽象方法。
代码清单2-15 BeanFactory中的createBean()方法代码
protected abstract Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args) throws BeanCreationException;
请注意，在Spring中，实现这个抽象方法的唯一BeanFactory是AbstractAutowireCap-ableBeanFactory。从命名上看，我们就可以联想到@Autowired注解。在AbstractAutowire-CapableBeanFactory中，真正完成Bean的创建是在doCreateBean()方法中。doCreateBean()方法比较长，为了显示得更简洁，我们对代码做了大量裁剪之后得到如代码清单2-16所示的结构。
代码清单2-16 AbstractAutowireCapableBeanFactory中的doCreateBean()方法代码结构
protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args) throws BeanCreationException {
//1. 初始化Bean
instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
//2. 初始化Bean实例
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
//3. 执行初始化Bean实例的回调
exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
return exposedObject;
}
可以看到这里包含三个核心子方法，它们的名称和作用如图2-2所示。
图2-2 单例对象的初始化步骤示意图
在以上三个步骤中，createBeanInstance()方法用于根据配置生成具体的Bean，最终通过基于构造器的反射方法实现这一目标。请注意，执行完这一步之后，Bean已经被创建了，但还不完整，因为属性还没有被注入。
接下来的populateBean()方法就是用于实现属性的自动注入，包含byName、byType类型的自动装配，以及基于@Autowired、@Value注解的属性设值。执行完这一步之后，可以说Bean已经是完整的了。
而最后的initializeBean()方法则更多是一种扩展性的实现机制，用于在Bean初始化完成之后执行一些定制化操作。
至此，针对整个Bean的注入过程（即Bean的注册和实例化），我们围绕核心流程做了剖析和总结。在这个过程中，比较容易碰到的一个问题就是陷入代码的细节而忽略了主体步骤。因此，如果想要跳出源码阅读的困境，快速掌握框架的实现原理，我们就必须从核心流程来看待框架。
接下来，我们将对Spring依赖注入中典型的循环依赖问题进行系统分析。可以说，想要理解循环依赖问题以及对应的解决方案，掌握本节阐述的Bean的注册和实例化原理至关重要。