Spring Cloud--@RefreshScope动态刷新的原理

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简介

本文介绍Spring Cloud的@RefreshScope动态刷新的原理。

原理概述

Spring的作用域有：single（单例）、prototype（多例）等（详见：Spring--Bean的作用域(scope)--使用/详解_IT利刃出鞘的博客-CSDN博客）。

SpringCloud新增了一个自定义的作用域：refresh（可以理解为“动态刷新”），改变了Bean的管理方式，使其可以通过外部化配置（.yml或.properties）的刷新，在不需要重启应用的情况下热加载新的外部化配置的值。

这个scope是如何做到热加载的呢？RefreshScope主要做了以下动作：

1. 需要动态刷新的类标注@RefreshScope 注解（单独管理Bean生命周期）
   1. @RefreshScope 注解标注了@Scope，里边有个默认属性：ScopedProxyMode.TARGET_CLASS; 属性，此属性的功能是再创建一个代理，在每次调用的时候都用它来调用GenericScope的get 方法来获取对象。
   2. 所以在创建Bean时，如果有@RefreshScope，就缓存在一个ScopeMap中（所以带有@RefreshScope的Bean其实一共创建了两个bean）。
2. 若属性发生变更
   1. 调用 ContextRefresher refresh() => RefreshScope refreshAll() 进行缓存清理
   2. 发送刷新事件通知，调用GenericScope 的destroy() 实现清理缓存。这里将上面的ScopeMap中的Bean清空
3. 在下一次使用对象时
   1. 调用GenericScope get(String name, ObjectFactory objectFactory) 方法创建一个新的对象，使用最新的外部化配置的值注入类中，达到热加载新值的效果。

管理Bean的获取

@RefreshScope注解

一个Bean想自动加载配置，就要打上@RefreshScope注解，看看这个注解

@Target({ ElementType.TYPE, ElementType.METHOD })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Scope("refresh")
@Documented
public @interface RefreshScope {
 
	/**
	 * @see Scope#proxyMode()
	 * @return proxy mode
	 */
	ScopedProxyMode proxyMode() default ScopedProxyMode.TARGET_CLASS;
 
}

RefreshScope有一个属性：proxyMode=ScopedProxyMode.TARGET_CLASS，这个是AOP动态代理用。

上边标注了 @Scope("refresh") ，将Bean的Scope变为refresh。SpringBoot的启动类上我们都会加上@SpringBootApplication注解（里面是一个@ComponentScan），它会扫描包中通过注解注册的Bean，扫描到带有@RefreshScope注解的Bean时，将其BeanDefinition的scope变为refresh。

创建Bean时区分scope

创建一个Bean的时候，会去BeanFactory的doGetBean方法创建Bean，不同scope有不同的创建方式：AbstractBeanFactory的doGetBean方法：

protected  T doGetBean(final String name, 
                          @Nullable final Class requiredType,
                          @Nullable final Object[] args, boolean typeCheckOnly) 
        throws BeansException {
 
    //....
 
    // Create bean instance.
    // 单例Bean的创建
    if (mbd.isSingleton()) {
        sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> {
            try {
                return createBean(beanName, mbd, args);
            }
            //...
        });
        bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd);
    }
 
    // 原型Bean的创建
    else if (mbd.isPrototype()) {
        // It's a prototype -> create a new instance.
		// ...
        try {
            prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args);
        }
        //...
        bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd);
    }
 
    else {
        // 由上面的RefreshScope注解可以知道，这里scopeName=refresh
        String scopeName = mbd.getScope();
        // 获取Refresh的Scope对象
        final Scope scope = this.scopes.get(scopeName);
        if (scope == null) {
            throw new IllegalStateException("No Scope registered for scope name '" + scopeName + "'");
        }
        try {
            // 让Scope对象去管理Bean
            Object scopedInstance = scope.get(beanName, () -> {
                beforePrototypeCreation(beanName);
                try {
                    return createBean(beanName, mbd, args);
                }
                finally {
                    afterPrototypeCreation(beanName);
                }
            });
            bean = getObjectForBeanInstance(scopedInstance, name, beanName, mbd);
        }
        //...
    }
}

1. 除了单例和原型Bean，其他Scope是由Scope对象处理的
2. 具体创建Bean的过程都是由IOC做的，只不过Bean的获取是通过Scope对象

这里scope.get获取的Scope对象为RefreshScope。可见，创建Bean还是由IOC来做（createBean方法），但是获取Bean由RefreshScope对象的get方法去获取，其get方法在父类GenericScope中实现。

RefreshScope获取Bean

RefreshScope继承了GenericScope类，最终调用的是GenericScope的get方法：

public class GenericScope
    implements Scope, BeanFactoryPostProcessor, BeanDefinitionRegistryPostProcessor, DisposableBean {
 
    public Object get(String name, ObjectFactory <  ?  > objectFactory) {
        // 将Bean缓存下来
        BeanLifecycleWrapper value = this.cache.put(name, new BeanLifecycleWrapper(name, objectFactory));
        this.locks.putIfAbsent(name, new ReentrantReadWriteLock());
        try {
            // 创建Bean，只会创建一次，后面直接返回创建好的Bean
            return value.getBean();
        } catch (RuntimeException e) {
            this.errors.put(name, e);
            throw e;
        }
    }
    
    // 其他代码
}

放入缓存

private final ScopeCache cache;
 
// 对应上面的 BeanLifecycleWrapper value = this.cache.put(name, new BeanLifecycleWrapper(name, objectFactory));
public BeanLifecycleWrapper put(String name, BeanLifecycleWrapper value) {
  return (BeanLifecycleWrapper) this.cache.put(name, value);
}
 

这里的ScopeCache对象是一个HashMap：

 

public class StandardScopeCache implements ScopeCache {
 
    private final ConcurrentMap cache = new ConcurrentHashMap();
 
    //...
 
    public Object get(String name) {
        return this.cache.get(name);
    }
 
    // 如果不存在，才会put进去
    public Object put(String name, Object value) {
        // result若不等于null，表示缓存存在了，不会进行put操作
        Object result = this.cache.putIfAbsent(name, value);
        if (result != null) {
            // 直接返回旧对象
            return result;
        }
        // put成功，返回新对象
        return value;
    }
}

这里是将Bean包装成一个对象，缓存在一个Map中，下次如果再GetBean，还是那个旧的BeanWrapper。

回到Scope的get方法，接下来就是调用BeanWrapper的getBean方法： 

// 实际Bean对象，缓存下来了
private Object bean;
 
public Object getBean() {
    if (this.bean == null) {
        synchronized (this.name) {
            if (this.bean == null) {
                this.bean = this.objectFactory.getObject();
            }
        }
    }
    return this.bean;
}

可以看出，BeanWrapper中的bean变量是实际Bean，如果第一次get肯定为空，就会调用BeanFactory的createBean方法创建Bean，创建出来之后就会一直保存下来。

由此可见，RefreshScope管理了Scope=Refresh的Bean的生命周期。

重新创建RefreshBean

配置中心修改配置后，有两种方式可以动态刷新Bean的配置值，（SpringCloud-Bus、Nacos都是这么实现的）：

1. 向上下文发布一个RefreshEvent事件
2. Http访问/refresh这个EndPoint

不管是什么方式，都会调用ContextRefresher#refresh()方法.

// 这就是我们上面一直分析的Scope对象（实际上可以看作一个保存refreshBean的Map）
private RefreshScope scope;
 
public synchronized Set refresh() {
    // 更新上下文中Environment外部化配置值
    Set keys = refreshEnvironment();
    // 调用scope对象的refreshAll方法
    this.scope.refreshAll();
    return keys;
}

刷新的方案

我们一般使用@Value、@ConfigurationProperties去获取配置变量值，其底层在IOC中则是通过上下文的Environment对象去获取property值，然后IOC时通过反射写到Bean对象。

如果我们更新Environment里的Property值，重新创建一次RefreshBean，再进行一次上述的依赖注入，就能完成配置热加载了，@Value的变量值就可以加载为最新的了。

这里说的刷新Environment对象并重新依赖注入是上边refresh()中这两个方法做的事情：

Set keys = refreshEnvironment();
this.scope.refreshAll();

刷新Environment对象

简单介绍如何刷新Environment里的Property值

public synchronized Set refreshEnvironment() {
    // 获取刷新配置前的配置信息，对比用
    Map before = extract(
        this.context.getEnvironment().getPropertySources());
    // 刷新Environment
    addConfigFilesToEnvironment();
    
    // 这里上下文的Environment已经是新的值了
    // 进行新旧对比，结果返回有变化的值
    Set keys = changes(before, extract(this.context.getEnvironment().getPropertySources())).keySet();
    this.context.publishEvent(new EnvironmentChangeEvent(this.context, keys));
    return keys;
}
 

重点是addConfigFilesToEnvironment方法（刷新Environment）

ConfigurableApplicationContext addConfigFilesToEnvironment() {
    ConfigurableApplicationContext capture = null;
    try {
        // 从上下文拿出Environment对象，copy一份
        StandardEnvironment environment = copyEnvironment(
            this.context.getEnvironment());
        // SpringBoot启动类builder，准备新做一个Spring上下文启动
        SpringApplicationBuilder builder = new SpringApplicationBuilder(Empty.class)
            // banner和web都关闭，因为只是想单纯利用新的Spring上下文构造一个新的Environment
            .bannerMode(Mode.OFF).web(WebApplicationType.NONE)
            // 传入我们刚刚copy的Environment实例
            .environment(environment);
        // 启动上下文
        capture = builder.run();
        // 这个时候，通过上下文SpringIOC的启动，刚刚Environment对象就变成带有最新配置值的Environment了
        // 获取旧的外部化配置列表
        MutablePropertySources target = this.context.getEnvironment()
            .getPropertySources();
        String targetName = null;
        // 遍历这个最新的Environment外部化配置列表
        for (PropertySource source : environment.getPropertySources()) {
            String name = source.getName();
            if (target.contains(name)) {
                targetName = name;
            }
            // 某些配置源不做替换，读者自行查看源码
            // 一般的配置源都会进入if语句
            if (!this.standardSources.contains(name)) {
                if (target.contains(name)) {
                    // 用新的配置替换旧的配置
                    target.replace(name, source);
                }
                else {
                    //....
                }
            }
        }
    }
    //....
}

这里是SpringBoot启动上下文那种方法，新做了一个Spring上下文。因为Spring启动后会对上下文中的Environment进行初始化，获取最新配置，所以这里利用Spring的启动，获取了最新的Environment对象，然后去替换旧的上下文中的Environment对象中的配置值。

重新创建RefreshBean

经过上述动作，此时上下文中的配置值已经是最新的了。回到ContextRefresher的refresh方法，它会调用Scope的refreshAll方法：

public void refreshAll() {
    // 销毁Bean
    super.destroy();
    this.context.publishEvent(new RefreshScopeRefreshedEvent());
}
 
public void destroy() {
    List errors = new ArrayList();
    // 缓存清空
    Collection wrappers = this.cache.clear();
    // ...
}

还记得上面的“管理Bean的获取”关于缓存的讨论吗，cache变量是一个Map保存着RefreshBean实例，这里直接就将Map清空了。

回到BeanFactory的doGetBean的流程中，从IOC容器中获取RefreshBean是交给RefreshScope的get方法做的：

public Object get(String name, ObjectFactory objectFactory) {
    // 由于刚刚清空了缓存Map，这里就会put一个新的BeanLifecycleWrapper实例
    BeanLifecycleWrapper value = this.cache.put(name,
                                                                                            new BeanLifecycleWrapper(name, objectFactory));
    this.locks.putIfAbsent(name, new ReentrantReadWriteLock());
    try {
        // 在这里是新的BeanLifecycleWrapper实例调用getBean方法
        return value.getBean();
    }
    catch (RuntimeException e) {
        this.errors.put(name, e);
        throw e;
    }
}

public Object getBean() {
    // 由于是新的BeanLifecycleWrapper实例，这里一定为null
    if (this.bean == null) {
        synchronized (this.name) {
            if (this.bean == null) {
                // 调用IOC容器的createBean，再创建一个Bean出来
                this.bean = this.objectFactory.getObject();
            }
        }
    }
    return this.bean;
}

此时RefreshBean被IOC容器重新创建出来了，经过IOC的依赖注入功能，@Value就是一个新的配置了。到这里热加载功能实现基本结束。

可以看出只要从IOC容器中getBean，那么拿到的RefreshBean一定是带有最新配置值的Bean。