【Spring源碼學習系列】基礎架構和環境搭建

一直以來都把精力花在中間件的研究和系統設計上，忽略了離我最近的spring，最近開始學習spring的源碼了，為了學習到成體系的spring知識和提高學習效率，想要找了一本書看，最終選的是郝佳的《Spring源碼深度解析（第2版）》，雖然這本書在豆瓣上褒貶不一，但是spring源碼相關的確實也沒有很高評分的書，有的也是很老的spring版本，看了這本書的目錄后還是決定試一試。不過我只會以這本書的內容框架作為我學習的內容框架。并不會完全只參考這本書，對于一些有疑惑的知識我也會搜集多方資料作對比，文章內容也不會完全以這本書的內容為準，最后我會從我自己的角度評價一下這本書。

然后我也打算在學習spring源碼的過程中做一些筆記，把核心內容和自己的理解記錄下來，首先是因為和一個朋友有定期發布文章的約定，而且也能夠通過做一些筆記來加強自己的記憶，在后面淡忘的時候也能通過自己的筆記快速回憶起來這塊內容，最后還能通過輸出內容來為自己的學習增加動力，讓自己看到階段性的成果。

首先記錄一下spring的基本架構，基礎概念和相關環境搭建

一基本架構

在學習和部署spring源碼之前我們有必要先了解一下spring的基礎，包括spring的架構還有相關的核心概念，Spring框架是一個分層架構，每一層包含一系列的功能要素，分為約20個模塊，下面就是spring的架構圖

1.1. Core Container層

Core Container層提供IoC容器功能，包含了Spring的通用工具類，公共抽象接口和容器內對Bean的定義、配置、創建、生命周期管理、依賴注入等能力的支持。是Spring 的根基，所有上層模塊（AOP、Data Access、Web 等）均基于 Core Container 實現。

1.1.1?Core模塊

Core模塊提供了Spring 的核心工具類、資源訪問抽象和IoC 容器的最低層接口定義，比如模塊內的BeanFactory定義了Bean 的獲取，是否存在，是否是單例等方法，Resource作為統一資源訪問抽象接口，屏蔽不同資源位置（classpath、file、URL）的訪問差異，定義了判斷資源是否存在，獲取輸入流的方法。其他模塊都會依賴這個模塊。

1.1.2 Beans模塊

Beans模塊提供 Bean定義、配置解析、注冊、依賴注入、屬性裝配等Bean生命周期管理的實現。比如模塊內的BeanDefinition用于記錄Bean的名稱，類信息，屬性值，構造函數參數，生命周期回調方法等，BeanWrapper則用于封裝對Bean對象進行屬性封裝與操作。主要就是設置和獲取Bean對象的屬性值。

1.1.3 Context 模塊

Context模塊提供了管理容器上下文模塊的能力，比如獲取容器的某個Bean（依賴于Core模塊的BeanFactory接口），加載國際化資源，發布事件，訪問各種資源等等，比如Context模塊定義和實現了國際化消息解析接口MessageSource，MessageSource接口定義了根據locale獲取本地化字符串的方法，Context模塊還提供了用于Spring事件發布監聽機制的事件類（ApplicationEvent），事件監聽類（ApplicationListener）等接口和實現類。這些能力可以通過模塊提供的聚合類ApplicationContext類來完成。

1.1.4 Expression (SpEL) 模塊

SpEL（Spring Expression Language）是 Spring 提供的一個功能強大的表達式語言，用于在運行時查詢和操作對象圖。主要功能包括訪問對象屬性、調用對象方法，類的靜態方法，計算表達式的值（算術運算、邏輯運算、關系運算等），在Spring中用于配置文件中動態計算值（如 @Value 注解），Spring Security 的權限表達式等地方，比如@Value("#{T(java.lang.Math).random() * 100.0}")里面的"#{T(java.lang.Math).random() * 100.0}"就是SpEl，表示獲取值時調用Math的random()方法并乘于100.0，

SpEL模塊的功能就是提供SpEL相關的能力，比如SpEL的解析和計算，比如SpEL模塊的ExpressionParser接口就是用于解析表達式字符串，生成 Expression 對象。

1.1.5 Instrument模塊

提供類加載器級別的工具，主要用于類增強，支持類加載時織入（Load-time Weaving, LTW），在類加載到 JVM 時對類進行增強，Spring AOP和AspectJ LTW都需要此模塊來配合。模塊里面比較重要的類就是InstrumentationSavingAgent類了，它在JVM 啟動時運行，保存Instrumentation對象供后續使用。主要用于支持JPA weaving。

這里的Instrumentation是指JDK 提供的Instrumentation API，位于 java.lang.instrument包。JVM 啟動時，若使用了 -javaagent 參數，并且 agent jar 的 MANIFEST.MF 中配置了 Premain-Class，JVM 會調用該類的 premain(String, Instrumentation) 方法，并傳入Instrumentation對象，Instrumentation 提供對JVM的運行時檢測與字節碼修改能力主要功能包括注冊 ClassFileTransformer，實現 load-time weaving（加載時織入），獲取JVM已加載的所有類信息，重定義已加載類的字節碼（在支持的 JVM 下），這個是JDK自帶的功能，這里就不仔細介紹了。有興趣的讀者可以專門去研究一下。

1.1.6 JCL模塊

Jakarta Commons Logging 是 Apache 提供的一個日志抽象框架，全稱 Commons Logging，常簡稱 JCL。它是日志抽象層，而不是具體的日志實現。提供統一的日志 API，底層可對接 Log4J、Java Util Logging（JUL）等，自動適配 Log4j、SLF4J、JUL。這個模塊主要提供了LogFactory類，用于獲取Log實例，Log類提供統一的日志接口。

1.2. AOP層

AOP（Aspect Oriented Programming）即面向切面編程，是Spring提供的另一核心功能，用于在不修改業務代碼的情況下，將橫切邏輯（日志、事務、權限校驗、監控等）織入目標代碼中，提高代碼模塊化和可維護性。Aop層就是Spring提供的AOP的能力，

1.2.1 AOP模塊

AOP模塊為Spring提供了基于代理的切面編程能力，實現了切面（Aspect）、通知（Advice）、切入點（Pointcut）、織入（Weaving）等AOP基本概念的抽象與實現。這里主要定義切面編程的基礎接口（Advice、Pointcut、Advisor 等），提供基于 JDK 動態代理（接口代理）或 CGLIB（子類代理）的 AOP 實現，與 IoC 容器集成，實現聲明式事務管理、方法攔截、權限控制等功能

Advice：通知，定義在 JoinPoint 處要執行的動作

Pointcut：切點，定義匹配哪些連接點

Aspect：切面，是通知（Advice）和切點（Pointcut）的組合，它定義了橫切關注點的整體。

1.2.2?Aspects模塊

Aspects模塊是 Spring 對 AspectJ 框架的支持模塊，提供了與 AspectJ 的整合功能，提供對 AspectJ 注解風格切面的支持（@Aspect），支持 AspectJ 的 Load-time Weaving（加載時織入）和 Compile-time Weaving（編譯時織入）并且使Spring容器能夠識別和處理 AspectJ 定義的切面，定義了@Aspect @Before, @After, @Around, @AfterReturning, @AfterThrowing等注解，需要依賴上面的AOP模塊提供的代理來實現其處理邏輯，

1.3. Data Access/Integration層

Data Access/Integration層是Spring的數據訪問和集成層，提供spring對數據庫訪問、ORM框架整合、事務管理、消息傳遞，遠程調用，緩存，任務調度等的支持，提供連接和集成外部系統（數據庫，外部服務等）的能力。

1.3.1 JDBC 模塊

JDBC模塊通過封裝JDBC，包括封裝 Connection/Statement/ResultSet 處理，統一異常處理等，簡化了對數據庫的連接和操作，比如模塊定義和實現了JdbcTemplat接口來提供簡單易用的數據庫調用API。定義了和實現了RowMapper接口，將 ResultSet 的每一行映射為 Java 對象

1.3.2 ORM模塊

ORM模塊顧名思義就是集成 Hibernate、JPA、MyBatis 等 ORM 框架。比如實現了JPA 事務管理器JpaTransactionManager，配置Hibernate SessionFactory的工廠Bean，LocalSessionFactoryBean類

ORM（Object-Relational Mapping）是一種程序設計技術，用于將面向對象編程語言中的對象（Java 對象）與關系型數據庫（RDBMS）的表進行映射，使得：你可以直接通過操作對象（例如 Java Bean），來實現對數據庫表的插入、更新、查詢、刪除（CRUD），而不需要手動編寫繁瑣的 SQL 語句和 ResultSet 解析。

1.3.3 JMS 模塊

JMS模塊封裝了Java Message Service，提供一套更加簡單易用的消息發送與監聽API。模塊內提供了JmsTemplate類，用于發送與接收消息和管理Connection/Session/Producer/Consumer，也提供了MessageListener類異步消息監聽接口

1.3.4 Messaging模塊

提供消息抽象模型，支持消息通道、處理器，比如定義了Message來表示消息，包含消息頭和消息體，定義了MessageChannel來表示消息傳輸通道。

1.3.5 Transaction (tx) 模塊

tx模塊提供了spring的聲明式/編程式事務管理能力。比如定義了核心事務管理接口PlatformTransactionManager，包括了獲取事務狀態，提交和回滾事務的方法。以及提供了TransactionDefinition用來定義事務隔離級別、傳播行為、超時時間。其他的比如JMS，ORM等模塊需要用到事務的地方都會實現自己的PlatformTransactionManager來實現事務能力。

1.3.6 OXM模塊

OXM就是Object-XML Mapping，OXM模塊主要就是支持將Java對象與XML相互轉換。主要有兩個核心接口，將對象序列化為XML的Marshaller接口和將XML反序列化為對象的Unmarshaller

1.4 Web層

Web層是 Spring 提供的面向 Web 應用程序的功能層，主要用于構建基于 Servlet 的 Web 應用、RESTful API、以及響應式 Web 應用，提供了處理 HTTP 請求、請求路由分發、參數綁定、數據轉換、視圖解析、異常處理、WebSocket 通信等能力。也是Spring面向用戶請求的最外層，作為用戶與應用程序交互的入口，負責接收并處理來自瀏覽器或客戶端的請求，將請求數據傳遞給業務邏輯層，并將業務邏輯層返回的結果封裝成 HTTP 響應或 WebSocket 消息返回給用戶。

1.4.1 Web模塊

Web模塊提供 Spring 基礎的 Web 功能支持，包括封裝 Servlet API、文件上傳解析、客戶端 REST 調用等功能。比如模塊提供了 MultipartResolver 接口用于多部分文件上傳解析，提供了 RestTemplate 類，封裝了基于HttpURLConnection或Apache HttpClient 的 REST 調用邏輯，提供了便捷的 GET、POST、PUT、DELETE 方法。Web層的其他模塊也都會依賴Web模塊來完成網絡傳輸。

1.4.2 Web MVC模塊

Web MVC模塊就是Spring的Web MVC框架實現模塊，提供了基于Servlet的MVC架構，核心是 DispatcherServlet類，作為前端控制器，接收所有請求并分發給相應的 Handler處理。模塊的主要組件有負責根據請求URL匹配處理器的HandlerMapping，調用處理器方法的HandlerAdapter，負責解析視圖名稱為實際View對象的ViewResolver，封裝模型數據與視圖名稱的對象ModelAndView等等，同時支持注解控制器（@Controller, @RequestMapping）以及數據綁定、參數解析、異常處理、攔截器等能力。

1.4.3 WebFlux模塊

WebFlux模塊提供了 Spring 5 引入的響應式 Web 框架，基于 Reactor 提供的 Flux/Mono 實現非阻塞式編程模型，適用于高并發 IO 密集型場景。模塊提供了函數式編程風格的路由與處理 WebFlux.fn，注解風格支持@RestController + RouterFunction，將各種響應式庫類型適配為 Flux/Mono的ReactiveAdapterRegistry， WebFlux 可以運行在 Netty、Undertow 等非 Servlet 容器，也可運行在支持 Servlet 3.1+ 的容器上。

1.4.4 WebSocket 模塊

WebSocket模塊為Spring提供了基于WebSocket協議的雙向通信支持，支持瀏覽器與服務器建立持久連接，實現實時消息推送。比如模塊定義和實現了WebSocketHandler接口用于處理WebSocket消息，提供了SockJsClient和SockJsService對SockJS協議進行支持，兼容不支持原WebSocket的瀏覽器，也提供了注解配置支持@EnableWebSocket和@ServerEndpoint，底層可結合 Spring Messaging 模塊進行消息編程，支持 STOMP 協議集成

1.5 Test層

Test層主要提供對 JUnit/TestNG 的集成，用于項目進行一些Mock測試和Web測試。

1.5.1 Test 模塊

支持Spring容器的單元測試和集成測試。比如提供了在JUnit中加載Spring ApplicationContext的SpringJUnit4ClassRunner / SpringRunner，用于測試Spring MVC 控制器的MockMvc，以及@SpringBootTest ，@WebMvcTest等測試注解

二? 環境搭建和依賴導入

如果你對java和spring的使用還不熟悉，是不建議自己看spring的源碼的，這樣不僅會浪費你很多時間，而且很多地方也無法真正看懂，所以這里會假設你電腦已經裝備了java環境并且已經有了一定的開發經驗。

2.1 引入項目

在github上拉取Spring核心代碼

我們直接在github上拉取spring的源碼，當然，如果你有定制化spring或者參與spring建設的野心你也可以先fork一下spring的源碼再拉取，如果不想科學上網的話也可以從gitee等平臺上拉取spring的鏡像。我們這里直接在idea上拉取spring5.2.x的代碼

github：https://github.com/spring-projects/spring-framework/tree/5.2.x

git：https://github.com/spring-projects/spring-framework.git

2.2 依賴導入

設置maven倉庫鏡像

引入項目后我們需要修改一下build.gradle文件，設置一下maven倉庫鏡像，不然運行build太慢了

repositories {mavenCentral()maven { url "https://repo.spring.io/libs-spring-framework-build" }
}

改為

repositories {maven{ url 'https://maven.aliyun.com/nexus/content/groups/public/'}maven{ url 'https://maven.aliyun.com/nexus/content/repositories/jcenter'}mavenCentral()maven { url "https://repo.spring.io/libs-spring-framework-build" }
}

編譯compileTestJava模塊

./gradlew :spring-oxm:compileTestJava

最后看到

BUILD FAILED in 1m 30s

編譯測試完成，說明代碼沒問題

然后在idea上導入spring依賴

也可以直接使用命令

?./gradlew build

提示

提示要我使用java12來作為gradle的jvm，而我現在是Java21，然后我在idea上調整一下gradle的jvm

重新執行，經過兩年半的時間依賴導入完成了，后面就可以開始學習代碼了

BUILD SUCCESSFUL in 29m 36s

BUILD SUCCESSFUL in 409ms

2.3?番外知識 AspectJ

AspectJ 是一個面向切面編程的擴展框架，為 Java 提供了完整的 AOP 語法和編譯器支持，Spring使用了AspectJ技術來實現Aop，使用aj文件來編寫Aop邏輯，普通的javac并不能編譯這些aj文件，需要使用AspectJ編譯器ajc（增強版javac）來編譯項目，才能把aj文件編譯為class文件，當然spring源碼的gradle配置上已經引入了AspectJ，并且在構建項目時候能夠使用它來編譯aj文件，正常情況下我們不需要自己安裝aspectJ，但是我這里也額外記錄一下自己安裝AspectJ。

下載和安裝aspectJ編譯器

我們直接進入aspectJ的github頁面下載，下載最新版本的jar包就好了

github頁面：https://github.com/eclipse-aspectj/aspectj/releases/