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## BeanClassLoaderAware
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### 一、基本信息
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✒️ **作者** - Lex 📝 **博客** - [我的CSDN]() 📚 **文章目录** - [所有文章](https://github.com/xuchengsheng/spring-reading) 🔗 **源码地址** - [BeanClassLoaderAware源码](https://github.com/xuchengsheng/spring-reading/tree/master/spring-aware/spring-aware-beanClassLoaderAware)
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### 二、接口描述
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`BeanClassLoaderAware` 接口，允许 bean 得知其加载的类加载器。当一个 bean 实现了这个接口时，Spring 容器在 bean 初始化的时候会设置它的类加载器。
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### 三、接口源码
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`BeanClassLoaderAware` 是 Spring 框架自 2.0 版本开始引入的一个核心接口。当一个 bean 实现了这个接口，并在 Spring 容器中被初始化时，Spring 容器会自动调用 `setClassLoader` 方法，并将加载该 bean 的类加载器传入。
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```java
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/**
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* 回调接口，允许 bean 了解其所使用的 ClassLoader 类加载器；
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* 也就是当前 bean 工厂用于加载 bean 类的类加载器。
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*
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* 主要目的是供那些需要按名称选择应用类的框架类实现，尽管这些框架类可能是由共享的类加载器加载的。
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*
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* 对于所有 bean 生命周期方法的列表，请参阅 BeanFactory BeanFactory 的 javadocs。
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*
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* @author Juergen Hoeller
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* @author Chris Beams
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* @since 2.0
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* @see BeanNameAware
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* @see BeanFactoryAware
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* @see InitializingBean
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*/
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public interface BeanClassLoaderAware extends Aware {
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/**
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* 提供 bean 的 ClassLoader 类加载器 的回调方法。
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* 在填充普通的 bean 属性之后但在初始化回调（如 InitializingBean InitializingBean 的
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* InitializingBean#afterPropertiesSet() 方法或自定义初始化方法）之前调用此方法。
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*
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* @param classLoader 拥有的类加载器
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*/
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void setBeanClassLoader(ClassLoader classLoader);
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}
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```
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### 四、主要功能
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1. **提供类加载器信息**
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+ Bean 可以得知其加载的类加载器，从而可以利用该类加载器进行动态的类加载或资源查找。
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2. **框架与应用类加载器隔离**
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+ 在某些复杂的环境中，框架类和应用程序类可能是由不同的类加载器加载的。例如，在某些应用服务器环境中，框架可能是由共享的类加载器加载的，而应用程序类是由专门的类加载器加载的。通过 `BeanClassLoaderAware`，框架类可以确保使用正确的类加载器来加载或访问应用程序类。
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3. **生命周期管理**
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+ `setBeanClassLoader` 方法会在填充 bean 的普通属性之后但在调用任何初始化回调（如 `InitializingBean#afterPropertiesSet()`）之前被调用。这确保了在 bean 的生命周期的合适阶段提供类加载器信息。
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### 五、最佳实践
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首先来看看启动类入口，上下文环境使用`AnnotationConfigApplicationContext`（此类是使用Java注解来配置Spring容器的方式），构造参数我们给定了一个`MyConfiguration`组件类。然后从Spring上下文中获取一个`MyBeanClassLoaderAware`类型的bean，最后调用`loadAndExecute`方法。
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```java
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public class BeanClassLoaderAwareApplication {
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public static void main(String[] args) {
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AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(MyConfiguration.class);
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MyBeanClassLoaderAware myBeanClassLoaderAware = context.getBean(MyBeanClassLoaderAware.class);
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myBeanClassLoaderAware.loadAndExecute();
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}
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}
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```
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这里使用`@Bean`注解，定义了一个Bean，是为了确保`MyBeanClassLoaderAware` 被 Spring 容器执行
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```java
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@Configuration
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public class MyConfiguration {
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@Bean
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public MyBeanClassLoaderAware myBeanClassLoaderAware(){
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return new MyBeanClassLoaderAware();
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}
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}
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```
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在`MyBeanClassLoaderAware` 类中，我们实现了 `BeanClassLoaderAware` 接口，允许这个 bean 在初始化时获取其 `ClassLoader`。接着，在 `loadAndExecute` 方法中，我们使用这个 `ClassLoader` 来动态加载一个名为 `com.xcs.spring.service.UserServiceImpl` 的类并执行它的 `getUserInfo` 方法。
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```java
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public class MyBeanClassLoaderAware implements BeanClassLoaderAware {
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private ClassLoader classLoader;
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@Override
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public void setBeanClassLoader(ClassLoader classLoader) {
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this.classLoader = classLoader;
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}
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public void loadAndExecute() {
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try {
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Class<?> clazz = classLoader.loadClass("com.xcs.spring.service.UserServiceImpl");
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UserServiceImpl instance = (UserServiceImpl) clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
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System.out.println("UserInfo = " + instance.getUserInfo());
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} catch (Exception e) {
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e.printStackTrace();
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}
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}
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}
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```
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定义一个接口与此接口的实现类。
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```java
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package com.xcs.spring.service;
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public interface UserService {
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String getUserInfo();
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}
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public class UserServiceImpl implements UserService {
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@Override
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public String getUserInfo() {
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return "this is user info";
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}
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}
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```
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运行结果发现，通过这种方式，我们保证了`MyBeanClassLoaderAware`的代码与`UserServiceImpl`的具体实现解耦。这意味着，如果`UserServiceImpl`的具体实现发生了变化，或者有了新的实现，只要我们遵循`UserService`接口，我们的`MyBeanClassLoaderAware`代码就不需要任何更改。
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```java
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UserInfo = this is user info
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```
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### 六、时序图
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~~~mermaid
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sequenceDiagram
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Title: BeanClassLoaderAware时序图
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participant BeanFactoryAwareApplication
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participant AnnotationConfigApplicationContext
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participant AbstractApplicationContext
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participant DefaultListableBeanFactory
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participant AbstractBeanFactory
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participant DefaultSingletonBeanRegistry
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participant AbstractAutowireCapableBeanFactory
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participant BeanClassLoaderAware
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BeanFactoryAwareApplication->>AnnotationConfigApplicationContext:AnnotationConfigApplicationContext(componentClasses)<br>创建上下文
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AnnotationConfigApplicationContext->>AbstractApplicationContext:refresh()<br>刷新上下文
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AbstractApplicationContext->>AbstractApplicationContext:finishBeanFactoryInitialization(beanFactory)<br>初始化Bean工厂
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AbstractApplicationContext->>DefaultListableBeanFactory:preInstantiateSingletons()<br>实例化单例
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DefaultListableBeanFactory->>AbstractBeanFactory:getBean(name)<br>获取Bean
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AbstractBeanFactory->>AbstractBeanFactory:doGetBean(name,requiredType,args,typeCheckOnly)<br>执行获取Bean
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AbstractBeanFactory->>DefaultSingletonBeanRegistry:getSingleton(beanName,singletonFactory)<br>获取单例Bean
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DefaultSingletonBeanRegistry-->>AbstractBeanFactory:getObject()<br>获取Bean实例
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AbstractBeanFactory->>AbstractAutowireCapableBeanFactory:createBean(beanName,mbd,args)<br>创建Bean
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AbstractAutowireCapableBeanFactory->>AbstractAutowireCapableBeanFactory:doCreateBean(beanName,mbd,args)<br>执行Bean创建
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AbstractAutowireCapableBeanFactory->>AbstractAutowireCapableBeanFactory:initializeBean(beanName,bean,mbd)<br>负责bean的初始化
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AbstractAutowireCapableBeanFactory->>AbstractAutowireCapableBeanFactory:invokeAwareMethods(beanName, bean)<br>调用Aware方法
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AbstractAutowireCapableBeanFactory->>BeanClassLoaderAware:setBeanClassLoader(classLoader)<br>设置classLoader
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AbstractAutowireCapableBeanFactory-->>AbstractBeanFactory:返回Bean对象
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AbstractBeanFactory-->>DefaultListableBeanFactory:返回Bean对象
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AnnotationConfigApplicationContext-->>BeanFactoryAwareApplication:初始化完成
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~~~
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### 七、源码分析
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首先来看看启动类入口，上下文环境使用`AnnotationConfigApplicationContext`（此类是使用Java注解来配置Spring容器的方式），构造参数我们给定了一个`MyConfiguration`组件类。然后从Spring上下文中获取一个`MyBeanClassLoaderAware`类型的bean，最后调用`loadAndExecute`方法。
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```java
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public class BeanClassLoaderAwareApplication {
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public static void main(String[] args) {
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AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(MyConfiguration.class);
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MyBeanClassLoaderAware myBeanClassLoaderAware = context.getBean(MyBeanClassLoaderAware.class);
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myBeanClassLoaderAware.loadAndExecute();
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}
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}
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```
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在`org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext#AnnotationConfigApplicationContext`构造函数中，执行了三个步骤，我们重点关注`refresh()`方法
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```java
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public AnnotationConfigApplicationContext(Class<?>... componentClasses) {
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this();
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register(componentClasses);
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refresh();
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```
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在`org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext#refresh`方法中我们重点关注一下`finishBeanFactoryInitialization(beanFactory)`这方法会对实例化所有剩余非懒加载的单列Bean对象，其他方法不是本次源码阅读的重点暂时忽略。
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```java
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@Override
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public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
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// ... [代码部分省略以简化]
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// Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
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finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
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// ... [代码部分省略以简化]
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}
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```
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在`org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext#finishBeanFactoryInitialization`方法中，会继续调用`DefaultListableBeanFactory`类中的`preInstantiateSingletons`方法来完成所有剩余非懒加载的单列Bean对象。
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```java
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/**
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* 完成此工厂的bean初始化，实例化所有剩余的非延迟初始化单例bean。
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*
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* @param beanFactory 要初始化的bean工厂
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*/
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protected void finishBeanFactoryInitialization(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
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// ... [代码部分省略以简化]
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// 完成所有剩余非懒加载的单列Bean对象。
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beanFactory.preInstantiateSingletons();
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}
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```
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在`org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory#preInstantiateSingletons`方法中，主要的核心目的是预先实例化所有非懒加载的单例bean。在Spring的上下文初始化完成后，该方法会被触发，以确保所有单例bean都被正确地创建并初始化。其中`getBean(beanName)`是此方法的核心操作。对于容器中定义的每一个单例bean，它都会调用`getBean`方法，这将触发bean的实例化、初始化及其依赖的注入。如果bean之前没有被创建过，那么这个调用会导致其被实例化和初始化。
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```java
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public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
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// ... [代码部分省略以简化]
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// 循环遍历所有bean的名称
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for (String beanName : beanNames) {
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getBean(beanName);
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}
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// ... [代码部分省略以简化]
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}
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```
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在`org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory#getBean()`方法中，又调用了`doGetBean`方法来实际执行创建Bean的过程，传递给它bean的名称和一些其他默认的参数值。此处，`doGetBean`负责大部分工作，如查找bean定义、创建bean（如果尚未创建）、处理依赖关系等。
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```java
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@Override
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public Object getBean(String name) throws BeansException {
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return doGetBean(name, null, null, false);
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}
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```
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在`org.springframework.beans.factory.support.AbstractBeanFactory#doGetBean`方法中，首先检查所请求的bean是否是一个单例并且已经创建。如果尚未创建，它将创建一个新的实例。在这个过程中，它处理可能的异常情况，如循环引用，并确保返回的bean是正确的类型。这是Spring容器bean生命周期管理的核心部分。
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```java
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protected <T> T doGetBean(
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String name, @Nullable Class<T> requiredType, @Nullable Object[] args, boolean typeCheckOnly)
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throws BeansException {
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// ... [代码部分省略以简化]
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// 开始创建bean实例
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if (mbd.isSingleton()) {
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// 如果bean是单例的，我们会尝试从单例缓存中获取它
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// 如果不存在，则使用lambda创建一个新的实例
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sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
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try {
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// 尝试创建bean实例
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return createBean(beanName, mbd, args);
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}
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catch (BeansException ex) {
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// ... [代码部分省略以简化]
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}
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});
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// 对于某些bean（例如FactoryBeans），可能需要进一步处理以获取真正的bean实例
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beanInstance = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
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}
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// ... [代码部分省略以简化]
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// 确保返回的bean实例与请求的类型匹配
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return adaptBeanInstance(name, beanInstance, requiredType);
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}
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```
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在`org.springframework.beans.factory.support.DefaultSingletonBeanRegistry#getSingleton()`方法中，主要负责从单例缓存中获取一个已存在的bean实例，或者使用提供的`ObjectFactory`创建一个新的实例。这是确保bean在Spring容器中作为单例存在的关键部分。
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```java
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public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) {
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// 断言bean名称不能为空
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Assert.notNull(beanName, "Bean name must not be null");
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// 同步访问单例对象缓存，确保线程安全
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synchronized (this.singletonObjects) {
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// 从缓存中获取单例对象
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Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);
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// 如果缓存中没有找到
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if (singletonObject == null) {
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// ... [代码部分省略以简化]
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try {
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// 使用工厂创建新的单例实例
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singletonObject = singletonFactory.getObject();
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newSingleton = true;
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}
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catch (IllegalStateException ex) {
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// ... [代码部分省略以简化]
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}
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catch (BeanCreationException ex) {
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// ... [代码部分省略以简化]
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}
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finally {
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// ... [代码部分省略以简化]
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}
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// ... [代码部分省略以简化]
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}
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// 返回单例对象
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return singletonObject;
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}
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}
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```
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在`org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#createBean()`方法中，主要的逻辑是调用 `doCreateBean`，这是真正进行 bean 实例化、属性填充和初始化的地方。这个方法会返回新创建的 bean 实例。
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```java
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@Override
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protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
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throws BeanCreationException {
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// ... [代码部分省略以简化]
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try {
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// 正常的bean实例化、属性注入和初始化。
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// 这里是真正进行bean创建的部分。
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Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
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// 记录bean成功创建的日志
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if (logger.isTraceEnabled()) {
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logger.trace("Finished creating instance of bean '" + beanName + "'");
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}
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return beanInstance;
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}
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catch (BeanCreationException | ImplicitlyAppearedSingletonException ex) {
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// ... [代码部分省略以简化]
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}
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catch (Throwable ex) {
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// ... [代码部分省略以简化]
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}
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}
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```
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在`org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#doCreateBean`方法中，`initializeBean`方法是bean初始化，确保bean是完全配置和准备好的。
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```java
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protected Object doCreateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
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throws BeanCreationException {
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// 声明一个对象，后续可能用于存放初始化后的bean或它的代理对象
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Object exposedObject = bean;
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// ... [代码部分省略以简化]
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try {
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||
// ... [代码部分省略以简化]
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// bean初始化
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exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
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}
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catch (Throwable ex) {
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// ... [代码部分省略以简化]
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}
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// 返回创建和初始化后的bean
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return exposedObject;
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}
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```
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在`org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#initializeBean`方法中，`invokeAwareMethods(beanName, bean)`是一个非常重要的步骤。这个方法是为了处理实现了Spring的`Aware`接口族的Beans（例如`BeanNameAware`, `BeanFactoryAware`等）。如果提供的bean实现了任何这些接口，该方法会回调相应的`Aware`方法。
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```java
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protected Object initializeBean(String beanName, Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd) {
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||
// ... [代码部分省略以简化]
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invokeAwareMethods(beanName, bean);
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// ... [代码部分省略以简化]
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return wrappedBean;
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}
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```
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在`org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#invokeAwareMethods`方法中，用于处理实现了 Spring `Aware` 接口族的 beans。当一个 bean 实现了如 `BeanNameAware`、`BeanClassLoaderAware` 或 `BeanFactoryAware` 等接口时，此方法确保正确的回调方法被调用，从而为 bean 提供关于其运行环境或其他相关信息。
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```java
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private void invokeAwareMethods(String beanName, Object bean) {
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if (bean instanceof Aware) {
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if (bean instanceof BeanNameAware) {
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// ... [代码部分省略以简化]
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}
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if (bean instanceof BeanClassLoaderAware) {
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ClassLoader bcl = getBeanClassLoader();
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if (bcl != null) {
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((BeanClassLoaderAware) bean).setBeanClassLoader(bcl);
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}
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}
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if (bean instanceof BeanFactoryAware) {
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||
// ... [代码部分省略以简化]
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||
}
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||
}
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}
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```
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最后执行到我们自定义的逻辑中，我们实现了 `BeanClassLoaderAware` 接口，允许这个 bean 在初始化时获取其 `ClassLoader`。
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```java
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public class MyBeanClassLoaderAware implements BeanClassLoaderAware {
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||
private ClassLoader classLoader;
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@Override
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public void setBeanClassLoader(ClassLoader classLoader) {
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this.classLoader = classLoader;
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}
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public void loadAndExecute() {
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try {
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Class<?> clazz = classLoader.loadClass("com.xcs.spring.service.UserServiceImpl");
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UserServiceImpl instance = (UserServiceImpl) clazz.getDeclaredConstructor().newInstance();
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||
System.out.println("UserInfo = " + instance.getUserInfo());
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} catch (Exception e) {
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e.printStackTrace();
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}
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}
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}
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```
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### 八、注意事项
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1. **避免过度使用**
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+ 只有当我们真的需要访问类加载器时才使用 `BeanClassLoaderAware`。不要滥用它，因为这可能会导致代码与Spring框架过度耦合。
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2. **考虑类加载器层次结构**
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||
+ 在Java中，类加载器通常有一个父子关系。如果我们不能使用当前的类加载器找到一个类，可能需要检查其父类加载器。
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3. **不要在setter中执行复杂的逻辑**
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||
+ `setBeanClassLoader` 是一个setter方法，应该避免在其中执行复杂的逻辑。它应该只用于设置类加载器。
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4. **避免存储状态**
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+ 尽量不要在实现了`BeanClassLoaderAware`的bean中存储状态或依赖于其他bean的状态。这会使bean的生命周期和初始化更加复杂。
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5. **考虑使用其他技术**
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+ 在某些情况下，可能有其他技术或方法可以达到同样的目的，而无需使用 `BeanClassLoaderAware`。例如，使用Spring的`@Value`注解或`ResourceLoader`来加载资源，而不是直接使用类加载器。
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||
6. **考虑类加载器层次结构**
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||
+ 在Java中，类加载器通常有一个父子关系。如果我们不能使用当前的类加载器找到一个类，可能需要检查其父类加载器。
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||
7. **资源管理**
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+ 类加载器不仅可以加载类，还可以用来加载其他资源（例如，属性文件）。但是，要小心确保资源路径正确，并记住类加载器的搜索行为可能与文件系统或其他加载机制不同。
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### 九、总结
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#### 最佳实践总结
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1. **启动及上下文配置**
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+ 利用 `AnnotationConfigApplicationContext` 初始化Spring容器，使用 `MyConfiguration` 作为配置类来为Spring上下文提供设置。
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2. **配置类定义**
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+ 标记配置类为 `@Configuration`，使用 `@Bean` 注解来确保 `MyBeanClassLoaderAware` 被Spring容器管理。
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3. **实现 `BeanClassLoaderAware`**
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||
+ 通过实现 `BeanClassLoaderAware` 接口，bean 可以在初始化时获得其加载的 `ClassLoader`，在 `loadAndExecute` 方法中，动态加载并执行特定的服务方法。
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4. **接口与实现**
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||
+ 定义清晰的 `UserService` 接口和相应的 `UserServiceImpl` 实现。
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5. **结果及结论**
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+ 运行程序后，我们能够看到预期输出，这表明成功地将 `MyBeanClassLoaderAware` 与特定实现解耦。
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#### 源码分析总结
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1. **应用启动入口**
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||
+ 通过`AnnotationConfigApplicationContext`，以`MyConfiguration`为配置类，初始化Spring容器。随后获取`MyBeanClassLoaderAware` bean并调用其`loadAndExecute`方法。
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||
2. **初始化Spring上下文**
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||
+ 在`AnnotationConfigApplicationContext`构造函数中，`refresh()`方法被调用来刷新或初始化Spring容器。
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||
3. **Bean的预实例化**
|
||
+ 在Spring的上下文初始化的`refresh()`方法中，`finishBeanFactoryInitialization(beanFactory)`方法确保所有非延迟加载的单例bean被实例化。
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||
4. **单例Bean的创建**
|
||
+ `DefaultListableBeanFactory`中的`preInstantiateSingletons`方法负责预先实例化所有非懒加载的单例bean。它会对容器中的每个单例bean调用`getBean`方法。
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||
5. **Bean的实例化及初始化**
|
||
+ 在获取bean的过程中，如果bean还未创建，`doCreateBean`方法会被调用，完成bean的实例化、属性填充和初始化。
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||
6. **处理Aware接口族**
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+ 在bean的初始化阶段，`invokeAwareMethods`方法确保任何实现了`Aware`接口族（如`BeanNameAware`、`BeanClassLoaderAware`等）的bean都会得到适当的回调。
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7. **BeanClassLoaderAware的实现**
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+ 对于实现了`BeanClassLoaderAware`接口的bean，Spring容器在初始化阶段会通过`setBeanClassLoader`方法设置bean的`ClassLoader`。
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8. **自定义逻辑的执行**
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+ 在`MyBeanClassLoaderAware`中，已经保存了bean的类加载器，然后在`loadAndExecute`方法中，利用这个类加载器动态加载并执行特定的类和方法。 |