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【Spring源码学习系列】基础架构和环境搭建

news 2025/7/7 6:58:41

一直以来都把精力花在中间件的研究和系统设计上，忽略了离我最近的spring，最近开始学习spring的源码了，为了学习到成体系的spring知识和提高学习效率，想要找了一本书看，最终选的是郝佳的《Spring源码深度解析（第2版）》，虽然这本书在豆瓣上褒贬不一，但是spring源码相关的确实也没有很高评分的书，有的也是很老的spring版本，看了这本书的目录后还是决定试一试。不过我只会以这本书的内容框架作为我学习的内容框架。并不会完全只参考这本书，对于一些有疑惑的知识我也会搜集多方资料作对比，文章内容也不会完全以这本书的内容为准，最后我会从我自己的角度评价一下这本书。

然后我也打算在学习spring源码的过程中做一些笔记，把核心内容和自己的理解记录下来，首先是因为和一个朋友有定期发布文章的约定，而且也能够通过做一些笔记来加强自己的记忆，在后面淡忘的时候也能通过自己的笔记快速回忆起来这块内容，最后还能通过输出内容来为自己的学习增加动力，让自己看到阶段性的成果。

首先记录一下spring的基本架构，基础概念和相关环境搭建

一基本架构

在学习和部署spring源码之前我们有必要先了解一下spring的基础，包括spring的架构还有相关的核心概念，Spring框架是一个分层架构，每一层包含一系列的功能要素，分为约20个模块，下面就是spring的架构图

1.1. Core Container层

Core Container层提供IoC容器功能，包含了Spring的通用工具类，公共抽象接口和容器内对Bean的定义、配置、创建、生命周期管理、依赖注入等能力的支持。是Spring 的根基，所有上层模块（AOP、Data Access、Web 等）均基于 Core Container 实现。

1.1.1 Core模块

Core模块提供了Spring 的核心工具类、资源访问抽象和IoC 容器的最低层接口定义，比如模块内的BeanFactory定义了Bean 的获取，是否存在，是否是单例等方法，Resource作为统一资源访问抽象接口，屏蔽不同资源位置（classpath、file、URL）的访问差异，定义了判断资源是否存在，获取输入流的方法。其他模块都会依赖这个模块。

1.1.2 Beans模块

Beans模块提供 Bean定义、配置解析、注册、依赖注入、属性装配等Bean生命周期管理的实现。比如模块内的BeanDefinition用于记录Bean的名称，类信息，属性值，构造函数参数，生命周期回调方法等，BeanWrapper则用于封装对Bean对象进行属性封装与操作。主要就是设置和获取Bean对象的属性值。

1.1.3 Context 模块

Context模块提供了管理容器上下文模块的能力，比如获取容器的某个Bean（依赖于Core模块的BeanFactory接口），加载国际化资源，发布事件，访问各种资源等等，比如Context模块定义和实现了国际化消息解析接口MessageSource，MessageSource接口定义了根据locale获取本地化字符串的方法，Context模块还提供了用于Spring事件发布监听机制的事件类（ApplicationEvent），事件监听类（ApplicationListener）等接口和实现类。这些能力可以通过模块提供的聚合类ApplicationContext类来完成。

1.1.4 Expression (SpEL) 模块

SpEL（Spring Expression Language）是 Spring 提供的一个功能强大的表达式语言，用于在运行时查询和操作对象图。主要功能包括访问对象属性、调用对象方法，类的静态方法，计算表达式的值（算术运算、逻辑运算、关系运算等），在Spring中用于配置文件中动态计算值（如 @Value 注解），Spring Security 的权限表达式等地方，比如@Value("#{T(java.lang.Math).random() * 100.0}")里面的"#{T(java.lang.Math).random() * 100.0}"就是SpEl，表示获取值时调用Math的random()方法并乘于100.0，

SpEL模块的功能就是提供SpEL相关的能力，比如SpEL的解析和计算，比如SpEL模块的ExpressionParser接口就是用于解析表达式字符串，生成 Expression 对象。

1.1.5 Instrument模块

提供类加载器级别的工具，主要用于类增强，支持类加载时织入（Load-time Weaving, LTW），在类加载到 JVM 时对类进行增强，Spring AOP和AspectJ LTW都需要此模块来配合。模块里面比较重要的类就是InstrumentationSavingAgent类了，它在JVM 启动时运行，保存Instrumentation对象供后续使用。主要用于支持JPA weaving。

这里的Instrumentation是指JDK 提供的Instrumentation API，位于 java.lang.instrument包。JVM 启动时，若使用了 -javaagent 参数，并且 agent jar 的 MANIFEST.MF 中配置了 Premain-Class，JVM 会调用该类的 premain(String, Instrumentation) 方法，并传入Instrumentation对象，Instrumentation 提供对JVM的运行时检测与字节码修改能力主要功能包括注册 ClassFileTransformer，实现 load-time weaving（加载时织入），获取JVM已加载的所有类信息，重定义已加载类的字节码（在支持的 JVM 下），这个是JDK自带的功能，这里就不仔细介绍了。有兴趣的读者可以专门去研究一下。

1.1.6 JCL模块

Jakarta Commons Logging 是 Apache 提供的一个日志抽象框架，全称 Commons Logging，常简称 JCL。它是日志抽象层，而不是具体的日志实现。提供统一的日志 API，底层可对接 Log4J、Java Util Logging（JUL）等，自动适配 Log4j、SLF4J、JUL。这个模块主要提供了LogFactory类，用于获取Log实例，Log类提供统一的日志接口。

1.2. AOP层

AOP（Aspect Oriented Programming）即面向切面编程，是Spring提供的另一核心功能，用于在不修改业务代码的情况下，将横切逻辑（日志、事务、权限校验、监控等）织入目标代码中，提高代码模块化和可维护性。Aop层就是Spring提供的AOP的能力，

1.2.1 AOP模块

AOP模块为Spring提供了基于代理的切面编程能力，实现了切面（Aspect）、通知（Advice）、切入点（Pointcut）、织入（Weaving）等AOP基本概念的抽象与实现。这里主要定义切面编程的基础接口（Advice、Pointcut、Advisor 等），提供基于 JDK 动态代理（接口代理）或 CGLIB（子类代理）的 AOP 实现，与 IoC 容器集成，实现声明式事务管理、方法拦截、权限控制等功能

Advice：通知，定义在 JoinPoint 处要执行的动作

Pointcut：切点，定义匹配哪些连接点

Aspect：切面，是通知（Advice）和切点（Pointcut）的组合，它定义了横切关注点的整体。

1.2.2 Aspects模块

Aspects模块是 Spring 对 AspectJ 框架的支持模块，提供了与 AspectJ 的整合功能，提供对 AspectJ 注解风格切面的支持（@Aspect），支持 AspectJ 的 Load-time Weaving（加载时织入）和 Compile-time Weaving（编译时织入）并且使Spring容器能够识别和处理 AspectJ 定义的切面，定义了@Aspect @Before, @After, @Around, @AfterReturning, @AfterThrowing等注解，需要依赖上面的AOP模块提供的代理来实现其处理逻辑，

1.3. Data Access/Integration层

Data Access/Integration层是Spring的数据访问和集成层，提供spring对数据库访问、ORM框架整合、事务管理、消息传递，远程调用，缓存，任务调度等的支持，提供连接和集成外部系统（数据库，外部服务等）的能力。

1.3.1 JDBC 模块

JDBC模块通过封装JDBC，包括封装 Connection/Statement/ResultSet 处理，统一异常处理等，简化了对数据库的连接和操作，比如模块定义和实现了JdbcTemplat接口来提供简单易用的数据库调用API。定义了和实现了RowMapper接口，将 ResultSet 的每一行映射为 Java 对象

1.3.2 ORM模块

ORM模块顾名思义就是集成 Hibernate、JPA、MyBatis 等 ORM 框架。比如实现了JPA 事务管理器JpaTransactionManager，配置Hibernate SessionFactory的工厂Bean，LocalSessionFactoryBean类

ORM（Object-Relational Mapping）是一种程序设计技术，用于将面向对象编程语言中的对象（Java 对象）与关系型数据库（RDBMS）的表进行映射，使得：你可以直接通过操作对象（例如 Java Bean），来实现对数据库表的插入、更新、查询、删除（CRUD），而不需要手动编写繁琐的 SQL 语句和 ResultSet 解析。

1.3.3 JMS 模块

JMS模块封装了Java Message Service，提供一套更加简单易用的消息发送与监听API。模块内提供了JmsTemplate类，用于发送与接收消息和管理Connection/Session/Producer/Consumer，也提供了MessageListener类异步消息监听接口

1.3.4 Messaging模块

提供消息抽象模型，支持消息通道、处理器，比如定义了Message来表示消息，包含消息头和消息体，定义了MessageChannel来表示消息传输通道。

1.3.5 Transaction (tx) 模块

tx模块提供了spring的声明式/编程式事务管理能力。比如定义了核心事务管理接口PlatformTransactionManager，包括了获取事务状态，提交和回滚事务的方法。以及提供了TransactionDefinition用来定义事务隔离级别、传播行为、超时时间。其他的比如JMS，ORM等模块需要用到事务的地方都会实现自己的PlatformTransactionManager来实现事务能力。

1.3.6 OXM模块

OXM就是Object-XML Mapping，OXM模块主要就是支持将Java对象与XML相互转换。主要有两个核心接口，将对象序列化为XML的Marshaller接口和将XML反序列化为对象的Unmarshaller

1.4 Web层

Web层是 Spring 提供的面向 Web 应用程序的功能层，主要用于构建基于 Servlet 的 Web 应用、RESTful API、以及响应式 Web 应用，提供了处理 HTTP 请求、请求路由分发、参数绑定、数据转换、视图解析、异常处理、WebSocket 通信等能力。也是Spring面向用户请求的最外层，作为用户与应用程序交互的入口，负责接收并处理来自浏览器或客户端的请求，将请求数据传递给业务逻辑层，并将业务逻辑层返回的结果封装成 HTTP 响应或 WebSocket 消息返回给用户。

1.4.1 Web模块

Web模块提供 Spring 基础的 Web 功能支持，包括封装 Servlet API、文件上传解析、客户端 REST 调用等功能。比如模块提供了 MultipartResolver 接口用于多部分文件上传解析，提供了 RestTemplate 类，封装了基于HttpURLConnection或Apache HttpClient 的 REST 调用逻辑，提供了便捷的 GET、POST、PUT、DELETE 方法。Web层的其他模块也都会依赖Web模块来完成网络传输。

1.4.2 Web MVC模块

Web MVC模块就是Spring的Web MVC框架实现模块，提供了基于Servlet的MVC架构，核心是 DispatcherServlet类，作为前端控制器，接收所有请求并分发给相应的 Handler处理。模块的主要组件有负责根据请求URL匹配处理器的HandlerMapping，调用处理器方法的HandlerAdapter，负责解析视图名称为实际View对象的ViewResolver，封装模型数据与视图名称的对象ModelAndView等等，同时支持注解控制器（@Controller, @RequestMapping）以及数据绑定、参数解析、异常处理、拦截器等能力。

1.4.3 WebFlux模块

WebFlux模块提供了 Spring 5 引入的响应式 Web 框架，基于 Reactor 提供的 Flux/Mono 实现非阻塞式编程模型，适用于高并发 IO 密集型场景。模块提供了函数式编程风格的路由与处理 WebFlux.fn，注解风格支持@RestController + RouterFunction，将各种响应式库类型适配为 Flux/Mono的ReactiveAdapterRegistry， WebFlux 可以运行在 Netty、Undertow 等非 Servlet 容器，也可运行在支持 Servlet 3.1+ 的容器上。

1.4.4 WebSocket 模块

WebSocket模块为Spring提供了基于WebSocket协议的双向通信支持，支持浏览器与服务器建立持久连接，实现实时消息推送。比如模块定义和实现了WebSocketHandler接口用于处理WebSocket消息，提供了SockJsClient和SockJsService对SockJS协议进行支持，兼容不支持原WebSocket的浏览器，也提供了注解配置支持@EnableWebSocket和@ServerEndpoint，底层可结合 Spring Messaging 模块进行消息编程，支持 STOMP 协议集成

1.5 Test层

Test层主要提供对 JUnit/TestNG 的集成，用于项目进行一些Mock测试和Web测试。

1.5.1 Test 模块

支持Spring容器的单元测试和集成测试。比如提供了在JUnit中加载Spring ApplicationContext的SpringJUnit4ClassRunner / SpringRunner，用于测试Spring MVC 控制器的MockMvc，以及@SpringBootTest ，@WebMvcTest等测试注解

二环境搭建和依赖导入

如果你对java和spring的使用还不熟悉，是不建议自己看spring的源码的，这样不仅会浪费你很多时间，而且很多地方也无法真正看懂，所以这里会假设你电脑已经装备了java环境并且已经有了一定的开发经验。

2.1 引入项目

在github上拉取Spring核心代码

我们直接在github上拉取spring的源码，当然，如果你有定制化spring或者参与spring建设的野心你也可以先fork一下spring的源码再拉取，如果不想科学上网的话也可以从gitee等平台上拉取spring的镜像。我们这里直接在idea上拉取spring5.2.x的代码

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

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

2.2 依赖导入

设置maven仓库镜像

引入项目后我们需要修改一下build.gradle文件，设置一下maven仓库镜像，不然运行build太慢了

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

改为

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" }
}

编译compileTestJava模块

./gradlew :spring-oxm:compileTestJava

最后看到

BUILD FAILED in 1m 30s

编译测试完成，说明代码没问题

然后在idea上导入spring依赖

也可以直接使用命令

./gradlew build

提示

提示要我使用java12来作为gradle的jvm，而我现在是Java21，然后我在idea上调整一下gradle的jvm

重新执行，经过两年半的时间依赖导入完成了，后面就可以开始学习代码了

BUILD SUCCESSFUL in 29m 36s

BUILD SUCCESSFUL in 409ms

2.3 番外知识 AspectJ

AspectJ 是一个面向切面编程的扩展框架，为 Java 提供了完整的 AOP 语法和编译器支持，Spring使用了AspectJ技术来实现Aop，使用aj文件来编写Aop逻辑，普通的javac并不能编译这些aj文件，需要使用AspectJ编译器ajc（增强版javac）来编译项目，才能把aj文件编译为class文件，当然spring源码的gradle配置上已经引入了AspectJ，并且在构建项目时候能够使用它来编译aj文件，正常情况下我们不需要自己安装aspectJ，但是我这里也额外记录一下自己安装AspectJ。

下载和安装aspectJ编译器

我们直接进入aspectJ的github页面下载，下载最新版本的jar包就好了

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