优雅的阅读框架源码

代码是形式，逻辑是神韵。

引子

通过过来人的经验，探讨如何优雅的阅读成熟框架的源码。

温馨提示

欲速则不达。阅读源码很容易理解为就是直接去阅读代码本身。实际上，代码只是形式，逻辑才是神韵。

凡是有助于去理解逻辑，理解其原理、架构、实现的，都是值得阅读的。包括而不限于官方文档和 API 文档、架构设计分析文章、原理分析文章、源码阅读分析文章。磨刀不误砍柴工。准备工作做充足，充分借助各种资源辅助，阅读源码才能事半功倍。

预思考

有需求才有目标，有目标才有设计，有设计才有框架。在阅读某个源码模块之前，思考若干基本问题是必要的。

• 需求是什么？用一句话说清楚；

• 设计目标是什么？用一句话说清楚；

• 核心优势和适用场景是什么？分别用一句话说清楚；

• 基本原理是怎样的？先自己思考怎么实现，然后阅读框架原理文章；

• 整体设计是怎样的？先自己思考怎么设计，然后阅读架构设计的文章；

• 技术难点是什么？先自己思考其中的难点及解决方案，然后阅读相关文章；

• 数据结构及算法流程是如何设计的？阅读框架的源码解析文章。

比如 SpringBean 模块：

• 需求：有一套通用机制去创建和装配应用所需要的完整的 Bean 实例，使得应用无需关注 Bean 实例的创建和管理，只要按需获取；

• 设计目标：根据指定的配置文件或注解，生成和存储应用所需要的装配完整的 Bean 实例，并提供多种方式来获取 Bean 实例；

• 核心优势：支持多种装配方式、自动装配、依赖关系自动注入；支持不同作用域的 Bean 实例创建和获取；稳定高效；

• 适用场景：有大量的 Bean 需要创建，这些 Bean 存在复杂的依赖关系；

• 基本原理：反射机制 + 缓存；

• 算法流程：创建 bean 工厂对象 -> 扫描资源路径，获得 bean 的 class 文件 -> 生成 bean 定义的 beanDefinition 实例 -> 根据 beanDefinitioin 实例创建 bean 实例并缓存到 bean 工厂对象 -> 依赖自动注入 -> 执行钩子方法 -> 完整的 bean 实例准备就绪。

• 技术难点：依赖自动装配、循环引用；解决自动依赖注入和循环引用问题需要用到缓存机制。

需求与目标

需求与目标往往容易混为一谈。但需求不等于目标。

• 需求是宽泛的，目标是具体的；

• 目标是需求的一种实现途径，往往是设计一个具备某些关键特性的系统或产品。

目标是功能与质量的结合体；除了功能部分，确定质量指标也是尤为关键的。

对于某个框架来说，需求、适用场景和核心优势，都是可以直接在官网或项目主页获取到的。如何还原框架的设计目标呢？可以从核心优势中获取基本说明，更多的就要从 API 文档里来提炼了。

方法

很多开发童鞋可能对阅读源码心生畏惧。其实读源码既不神秘也不复杂：写个 Demo，打断点，运行，然后细细揣摩。阅读源码就是观摩高手出招的过程。

1. 确立目标，通常是理解某个模块的原理、设计或者为了解决实际问题；

2. 写个 demo，能够将主流程运行起来；

3. 找到框架运行的入口点，通过静态代码分析，大致了解整个实现流程；

4. 在预估会经过的关键地方打断点，单步调试；

5. 仔细查看主流程经过的主路径、每一个主要对象及其成员变量的值及变化，细细揣摩其设计意图和方法技巧；

6. 绘制整体流程框图和类的交互图；

7. 学习和理解关键类及关键方法及实现（代码）。

阅读源码，要把握主要与扩展：

• 首先把主流程及涉及到的主要类弄透彻；

• 理解其扩展机制；

• 理解主要扩展实现（需要的时候徐图之）。

阅读源码，常常要将“静态代码分析”和“单步调试”结合起来使用。

静态代码分析

静态代码分析，就是沿着方法调用链，“顺藤摸瓜”一路点击下去。通常能够对整体流程有一个大概的了解。

由于框架实现常常基于接口编程，有时会遇到有多个实现的情形。这时，可以根据直觉和经验，选择一个最有可能的默认实现继续跟下去，或者通过单步调试来弄清楚是哪个具体实现。

单步调试

单步调试，是看似笨拙却很实用的源码阅读方法。单步调试在以下情形尤其有用：

• 接口调用有多个实现，难以确定是哪个是具体实现时；

• 查看某个比较复杂的具体类的成员时；

• 理解实现细节时。

框架解析

框架的设计实现通常包括三层：

• 问题域及解决方案构成的抽象层，解决问题的核心部分；

• 封装和交互构成的设计层，确保灵活性、可扩展性和应用集成；

• 各种细节构成的实现层，用于保证性能和容错等。

阅读顺序是：抽象层 -> 封装与交互层 -> 细节实现层 或者 抽象层 -> 细节实现层 -> 封装与交互层。抽象层好比匣中的宝珠，不能干买椟还珠的事情。

抽象层

抽象层即是问题求解层。技术面试中问到的原理或实现机制，通常都属于这一层。

由于封装和交互、实现细节的大量代码往往会将用于解决问题的核心代码“淹没”，因此，在探索抽象层时，要学会大胆过滤封装和细节，直接跳过大量的分支条件语句，暂时跳过令人疑惑的地方，始终聚焦和直击解决问题的核心部分。用于解决基本问题的核心代码通常是不多的。

比如，Bean 实例创建的核心代码是 ClassPathBeanDefinitionScanner.doScan（扫描资源路径，生成 beanDefinition 对象） 和AbstractAutowireCapableBeanFactory.doCreateBean 方法（根据 beanDefinition 创建 bean 实例）。

设计层

要弄明白设计层，就要先弄清楚框架的整体设计：

• 有哪些子模块，子模块的设计意图是什么；

• 子模块之间的关联是怎样的，如何串联成一个完整的设计意图。

框架的设计实现常常会用到设计模式。

• 常用设计模式：工厂、单例、外观、策略、适配器、装饰、代理、模板、组合、观察者、迭代器；

• 不同问题域可能会用到的设计模式，比如 DB 驱动接口实现会用到生成器模式和桥接模式，web 请求处理用到职责链模式。

常用设计模式的使用场景：

• 如果需要创建实例，则通常离不开工厂和单例模式；

• 如果涉及较为复杂的算法流程，部分算法需要在子类实现，则会用到模板方法模式；

• 如果需要多种实现，并依据特定场景来选取使用，则会用到策略模式；

• 如果要将客户端接口及实现与框架的调用隔离，则会用到动态代理模式；

• 如果要灵活叠加多种功能，则会用到装饰器模式；

• 如果涉及到事件机制，则离不开观察者模式；

• 如果需要在库实现的基础上提供简洁接口，则通常用到外观模式；

• 如果要将多种实现与多种接口定义进行连接，则会用到桥接模式；

• 如果需要涉及大量配置（规格）并生成实例，则通常用到生成器模式；

• 如果涉及容器元素访问，则离不开迭代器模式；

• 如果需要以统一接口访问整体与部分的行为，且整体由部分组成，则通常用到组合模式。

理解基本设计模式的特征和适用场景，识别设计模式的使用，可以更自如地在框架源码之间穿梭。

细节层

细节是最考验源码阅读的心性了。细节藏魔鬼。关键细节考虑不周全，可能会导致整个设计的失败。因此，细节层也是值得仔细推敲的。技术面试中也常常考察实现细节。如果能够回答上来，大概率会让面试官眼前一亮。

有时，一些实现细节可能让人摸不到头脑。此时，可以上网搜索一下，往往会“茅塞顿开”。

克服障碍

阅读成熟框架源码，遇到的一大挑战就是对象之间的错综复杂的交互关系。令人生畏。这实际上考验着开发者的抽象和建模能力。

原理流程图

原理流程图非常重要，就像地图一样，指引人更容易地在“代码迷宫”中穿行而不迷失方向。

在阅读源码之前，设法弄到并理解框架的原理流程图，往往能起到事半功倍的效果。就如行兵打仗，先弄清楚天时与地形。不可不重视之。

概念图景

优秀的软件设计，往往是先建立一个比较完整的概念图景。概念图景，就是关于某个问题域的概念及其关联关系的整体图。

譬如盖房子吧。有的人盖房子就是：砌砖！砌砖！！砌砖！！！要安装窗户怎么办？把其中一大块砖墙锤空了再安。

有的人，则会“设计先行”：

• 原材料 => 子部件 => 组合与集成。

• 原材料：砖、石、木、铝、铜、玻璃等；

• 子部件：墙、窗框、窗户、门、地板、楼梯、锁、通道等；

• 房子：由子部件进行组合和集成而成；

• 机制：子部件的组合与集成的原理支撑，比如形状的组合与契合、承压计算等。

如何理清其中的复杂交互关系，从而理解其中蕴含的设计思想呢？需要先理清楚框架的概念图景。

有两种技巧可以结合使用：

• 由于接口定义了具体类的行为规范，可以通过阅读接口定义及文档来了解其设计思路和骨架；

• 查看具体类的实例成员（暂不涉及方法），根据经验揣摩其设计意图。

核心类成员

要深入到具体实现，则无法避免核心类的阅读。核心类往往拥有十几个甚至几十个成员及方法，展示出了十足的源码阅读劝退诚意。面对这种情况怎么办呢？有三个技巧可以结合使用：

• 按快捷键 Alt+7，可以查看该类的所有成员及方法，概览一下，大致猜测其意图；

• 首先只关注那些对核心问题求解有重要影响的成员，暂时忽略那些用来提升性能、可扩展性等方面的成员；

• 单步调试，仔细看看运行时的成员对象如何，这样会更加直观具体一些。比如 DefaultListableBeanFactory 这个类，单步调试后得到如下图示：

技术难点

技术难点也是理解源码实现的一个主要障碍。技术难点主要有三类：

• 数据结构与算法：比如 HashMap 用到了哈希表和红黑树，需要先阅读文献（比如《算法导论》）理解其结构与算法；

• 原理机制：比如 IO 读写、内存管理、文件系统、编译原理、网络协议，先学习相关的原理机制，夯实基础；

• 编程模型：特别的编程手法和技巧，比如读 hystrix 源码，就要先熟悉函数式编程和响应式编程。

如何找到论述原理机制的相关文献呢？有一些基本方法可循：

• 经典书籍：比如数据结构与算法，就有《算法导论》、《算法》、《计算机程序设计艺术》（排序与查找）等；

• 经典论文：一些还没来得及写入书籍的论文解读，比如 Raft 算法等；

• 技术书籍：比如 Linux 操作系统内核实现，TCP 协议详解等；

• 官方文档：优秀项目主页的文档部分，往往有相关原理机制的介绍，比如 ES 的官方文档；

• JavaDoc：优秀源码的 Java Doc 往往会引用相关出处，比如 AQS 的源码；

• 优秀博文：优秀博文往往有一些文献引用，可以阅读相关文献引用；

• 百科与搜索：在维基百科上搜索出处和引用来源；或者使用搜索引擎。

越到后面，就会发现，真正需要仔细阅读和钻研的书籍和论文，其实并不多。花费很多时间阅读网络文章，这些偷懒和捷径，反而是走了弯路。

耐心与意志

阅读框架源码需要很大的耐心和意志。有点像蚕宝宝吃桑叶，需要一点一点地啃。各个击破。在这个过程中，需要克服不少障碍，才能“修得正果”。

可以使用多种辅助手段：

• 边听音乐边阅读代码；

• 拉取代码分支，边读边做标记并提交；

• 阅读原理、架构及源码分析文章。

小结

源码阅读技能，可以说是程序员的“内功心法”之一。若是能读通优秀源码，则应对日常编程工作游刃有余，而应对难题则有路可循。

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

--完--

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