浅析Spring Framework框架容器启动过程

<dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-context</artifactId>
            <version>5.1.3.RELEASE</version>
        </dependency>
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测试类

public class User {
    private String username;
    private String password;

    public User(String username, String password) {
        this.username = username;
        this.password = password;
    }

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }

    public String getPassword() {
        return password;
    }

    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }
}
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Spring 配置文件

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans.xsd">

    <bean name="user" class="com.jimisun.learnspringboot.web.User">
        <constructor-arg index="0" value="jimisun"/>
        <constructor-arg index="1" value="jimisun"/>
    </bean>

</beans>
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测试方法Main

public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            // 用我们的配置文件来启动一个 ApplicationContext
            ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:spring.xml");
            System.out.println("context 启动成功");
            User user = context.getBean(User.class);
            System.out.println(user.toString());
        }
}
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快速进入Debug查看IOC容器构建源码

ApplicationContext 启动过程中，会创建SPring Bean容器，然后初始化相关Bean，再向Bean中注入其相关依赖。

所以我们仅仅需要Debug跟踪Main方法中 ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("classpath:spring.xml"); 这一句代码,查看Spring是如何创建ApplicationContext容器并将xml中的配置信息装配进容器的.

Spring IOC源码步骤分析

第一步: 检查并设置Spring XML配置文件

功能：设置此应用程序上下文的配置文件位置，如果未设置；Spring可以根据需要使用默认值

setConfigLocations(configLocations);

在Main方法Debug启动进入断点,按F7跟进入其方法查看,会进入 ClassPathXmlApplicationContext 类的构造方法中

public class ClassPathXmlApplicationContext extends AbstractXmlApplicationContext {
  private Resource[] configResources;
  // 如果已经有 ApplicationContext 并需要配置成父子关系，那么调用这个构造方法
  public ClassPathXmlApplicationContext(ApplicationContext parent) {
    super(parent);
  }
  ...
  public ClassPathXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, ApplicationContext parent)
      throws BeansException {

    super(parent);
    // 根据提供的路径，处理成配置文件数组(以分号、逗号、空格、tab、换行符分割)
    setConfigLocations(configLocations);
    if (refresh) {
      refresh(); // 核心方法  剩余的所有步骤都在此方法中!!!
    }
  }
    ...
}

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首先执行 "设置配置位置setConfigLocations" 的方法,解析 SpringXML配置文件 地址存储到 configLocations 属性中。

public void setConfigLocations(@Nullable String... locations) {
        //判断配置路径是否为null
		if (locations != null) {
			Assert.noNullElements(locations, "Config locations must not be null");
            //循环将配置文件路径存储到属性configLocations中
			this.configLocations = new String[locations.length];
			for (int i = 0; i < locations.length; i++) {
				this.configLocations[i] = resolvePath(locations[i]).trim();
			}
		}
		else {
			this.configLocations = null;
		}
	}
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第二步：执行创建Bean容器之前的准备工作

注意:除了第一步设置XML配置文件路径,剩余的步骤都在该类的refresh();这个方法中执行,所以我们需要Debug跟进入这个方法

refresh();方法如下所示;因为整个SpringApplication的构建都在这个方法 里面所以就现在这里展现一下和大家混个脸熟.

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
     //对下面的代码块添加同步锁
   synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
    //第二步: 执行创建容器前的准备工作 :记录下容器的启动时间、标记“已启动”状态、处理配置文件中的占位符
      prepareRefresh();
  //第三步:创建Bean容器,加载XML配置信息 : 如果存在容器进行销毁旧容器，创建新容器，解析XML配置文件为一个个BeanDefinition定义注册到新容器(BeanFactory)中,注意Bean未初始化 
      ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
      //第四步: 设置 BeanFactory 的类加载器，添加几个 BeanPostProcessor，手动注册几个特殊的 bean
      prepareBeanFactory(beanFactory);
      try {
         //第五步:加载并执行后置处理器 
         postProcessBeanFactory(beanFactory);
         //执行postProcessBeanFactory()方法
         invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
          // 实例化拦截Bean创建的后置处理器beanPostProcessors
         registerBeanPostProcessors(beanFactory);
         //第六步: 初始化Spring容器的消息源
         initMessageSource();
         //第七步:初始化Spring容器事件广播器
         initApplicationEventMulticaster();
         // 空方法
         onRefresh();
         //第八步：注册事件监听器 
         registerListeners();
         //第九步核心方法：初始化（构造）所有在XML文件中配置的单例非延迟加载的bean
         finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
         //第十步：清理缓存,如果容器中存Bean名为lifecycleProcessor的Bean 对其进行注册,如果不存在创建一个DefaultLifecycleProcessor进行注册
         finishRefresh();
      }
      catch (BeansException ex) {
         if (logger.isWarnEnabled()) {
            logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
                  "cancelling refresh attempt: " + ex);
         }
         // 摧毁已经创建的单身人士以避免悬空资源。
         destroyBeans();
         // 重置'有效'标志。
         cancelRefresh(ex);
         // 向调用者传播异常。
         throw ex;
      }

      finally {
         //重置Spring核心的 工具 类的缓存
         resetCommonCaches();
      }
   }
}
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第二步的主要工作：准备工作，记录下容器的启动时间、标记“已启动”状态、处理配置文件中的占位符，初始化事件属性。

prepareRefresh();

protected void prepareRefresh() {
   // 记录启动时间，
   // 将 active 属性设置为 true，closed 属性设置为 false，它们都是 AtomicBoolean类型
   this.startupDate = System.currentTimeMillis();
   this.closed.set(false);
   this.active.set(true);
	//打印Logger
   	if (logger.isDebugEnabled()) {
			if (logger.isTraceEnabled()) {
				logger.trace("Refreshing " + this);
			}
			else {
				logger.debug("Refreshing " + getDisplayName());
			}
	}
	
   // 在上下文环境中初始化任何占位符属性源 空方法  默认情况下不执行任何操作。
   initPropertySources();
   // 校验 xml 配置文件
   getEnvironment().validateRequiredProperties();
   this.earlyApplicationEvents = new LinkedHashSet<ApplicationEvent>();
}
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第三步：创建 Bean 容器，加载并注册 Bean

主要工作：进行销毁旧容器，创建新容器，加载BeanDefinition到BeanFactory

ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory(); ​

@Override
	protected final void refreshBeanFactory() throws BeansException {
	      // 如果ApplicationContext中已经的BeanFactory属性已经有值，销毁此BeanFactory所有 Bean，关闭 BeanFactory，重新创建一个新的Bean容器设置给ApplicationContext的beanFactory属性
		if (hasBeanFactory()) {
		    //销毁容器
			destroyBeans();
			//创建类型为DefaultListableBeanFactory新容器放入BeanFactory变量中
			closeBeanFactory();
		}
		try {
		    //创建类型为DefaultListableBeanFactory新容器放入BeanFactory变量中
			DefaultListableBeanFactory beanFactory = createBeanFactory();
			//设置BeanFactory的序列化ID也就是其类名
			beanFactory.setSerializationId(getId());
			// 设置 BeanFactory 的两个配置属性：是否允许 Bean 覆盖、是否允许循环引用
			customizeBeanFactory(beanFactory);
			//这个方法将根据配置，加载各个Bean，然后放到 BeanFactory 中 注意：这里的加载并不是初始化这个Bean  而是以Key-value的形式存储在beanFactory; beanName-> beanDefinition 的 map
			loadBeanDefinitions(beanFactory);
			synchronized (this.beanFactoryMonitor) {
				this.beanFactory = beanFactory;
			}
		}
		catch (IOException ex) {
			throw new ApplicationContextException("I/O error parsing bean definition source for " + getDisplayName(), ex);
		}
	}
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第四步：配置 Bean容器: prepareBeanFactory

主要工作：在Bean容器创建完毕会"手动"注册一些特殊的 bean。官网这样解释: " 配置工厂的标准上下文特征，例如上下文的ClassLoader和后处理器 "。

具体方法 : prepareBeanFactory(factory) ；

protected void prepareBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
   		// 这里设置为加载当前 ApplicationContext 类的类加载器
		beanFactory.setBeanClassLoader(getClassLoader());
		// 设置 Bean的表达式解析器
		beanFactory.setBeanExpressionResolver(new StandardBeanExpressionResolver(beanFactory.getBeanClassLoader()));
		beanFactory.addPropertyEditorRegistrar(new ResourceEditorRegistrar(this, getEnvironment()));
    //默认添加一个ApplicationContextAwareProcessor的BeanPostProcessor,实现了ApplicationContextAware接口的Bean,Spring会将上下文ApplicationContext注入Bean属性中
		beanFactory.addBeanPostProcessor(new ApplicationContextAwareProcessor(this));
		   // 下面几行的意思就是，如果某个 bean 依赖于以下几个接口的实现类，在自动装配的时候忽略它们，
beanFactory.ignoreDependencyInterface(EnvironmentAware.class);
		beanFactory.ignoreDependencyInterface(EmbeddedValueResolverAware.class);	beanFactory.ignoreDependencyInterface(ResourceLoaderAware.class);	beanFactory.ignoreDependencyInterface(ApplicationEventPublisherAware.class);
beanFactory.ignoreDependencyInterface(MessageSourceAware.class);
beanFactory.ignoreDependencyInterface(ApplicationContextAware.class);
 /**
    * 下面几行就是为特殊的几个 bean 赋值，如果有 bean 依赖了以下几个，会注入这边相应的值，
    * 之前我们说过，"当前 ApplicationContext 持有一个 BeanFactory"，这里解释了第一行
    * ApplicationContext 还继承了 ResourceLoader、ApplicationEventPublisher、MessageSource
    * 所以对于这几个依赖，可以赋值为 this，注意 this 是一个 ApplicationContext
    * 那这里怎么没看到为 MessageSource 赋值呢？那是因为 MessageSource 被注册成为了一个普通的 bean
    */	beanFactory.registerResolvableDependency(BeanFactory.class, beanFactory);	beanFactory.registerResolvableDependency(ResourceLoader.class, this);
beanFactory.registerResolvableDependency(ApplicationEventPublisher.class, this);
beanFactory.registerResolvableDependency(ApplicationContext.class, this);
		//注册早期后处理器以检测内部bean作为ApplicationListeners
		beanFactory.addBeanPostProcessor(new ApplicationListenerDetector(this));
	// 如果检测到LoadTimeWeaver 准备编织  不是我们本章的重点无需关注
	if (beanFactory.containsBean(LOAD_TIME_WEAVER_BEAN_NAME)) {
		beanFactory.addBeanPostProcessor(new LoadTimeWeaverAwareProcessor(beanFactory));
		beanFactory.setTempClassLoader(new ContextTypeMatchClassLoader(beanFactory.getBeanClassLoader()));
	}
	//默认注册 environment systemEnvironment systemProperties的Bean 我们可以选择覆盖
	if (!beanFactory.containsLocalBean(ENVIRONMENT_BEAN_NAME)) {
		beanFactory.registerSingleton(ENVIRONMENT_BEAN_NAME, getEnvironment());
	}
	if (!beanFactory.containsLocalBean(SYSTEM_PROPERTIES_BEAN_NAME)) {
		beanFactory.registerSingleton(SYSTEM_PROPERTIES_BEAN_NAME, getEnvironment().getSystemProperties());
	}
	if (!beanFactory.containsLocalBean(SYSTEM_ENVIRONMENT_BEAN_NAME)) {
		beanFactory.registerSingleton(SYSTEM_ENVIRONMENT_BEAN_NAME, getEnvironment().getSystemEnvironment());
	}
}
```
	
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第五步: 处理自定义Bean的后置处理器

主要功能：实例化在XML配置中实现了BeanFactoryPostProcessor和BeanPostProcessors接口的Bean并执行其回调方法．注意：此时普通的Bean仍然并没有初始化

//实例化并调用XML配置中实现了BeanFactoryPostProcessors接口的的回调
postProcessBeanFactory(beanFactory);
invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
//实例化并调用XML配置中实现了BeanPostProcessors接口的的回调
registerBeanPostProcessors(beanFactory);
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//注解：这里在创建完成Bean容器后执行BeanFactoryPostProcessors接口的回调，我们可以在Bean容器初始化完成的时候完成我们自己的业务逻辑（很少用），然后是registerBeanPostProcessors(beanFactory)方法，此方法的官方解释是：＂Register bean processors that intercept bean creation（如果存在则注册拦截bean创建的bean后置处理器）＂
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第六步: 初始化Spring容器的消息源

主要功能: 初始化MessageSource。如果在此上下文中未定义，则使用parent。

// 初始化ApplicationContext的消息源。
initMessageSource();
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protected void initMessageSource() {
		ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();
        //判断beanFactory中是否有messageSource的Bean
		if (beanFactory.containsLocalBean(MESSAGE_SOURCE_BEAN_NAME)) {
			this.messageSource = beanFactory.getBean(MESSAGE_SOURCE_BEAN_NAME, MessageSource.class);
			// 使MessageSource知道父MessageSource
			if (this.parent != null && this.messageSource instanceof HierarchicalMessageSource) {
				HierarchicalMessageSource hms = (HierarchicalMessageSource) this.messageSource;
				if (hms.getParentMessageSource() == null) {
				//如果没有父MessageSource，则此消息源设置为父MessageSource
					hms.setParentMessageSource(getInternalParentMessageSource());
				}
			}
			if (logger.isTraceEnabled()) {
				logger.trace("Using MessageSource [" + this.messageSource + "]");
			}
		}
		else {
			// 如果没有则创建一个默认的DelegatingMessageSource消息源
			DelegatingMessageSource dms = new DelegatingMessageSource();
			dms.setParentMessageSource(getInternalParentMessageSource());
			this.messageSource = dms;
			beanFactory.registerSingleton(MESSAGE_SOURCE_BEAN_NAME, this.messageSource);
			if (logger.isTraceEnabled()) {
				logger.trace("No '" + MESSAGE_SOURCE_BEAN_NAME + "' bean, using [" + this.messageSource + "]");
			}
		}
	}
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第七步: 初始化Spring容器事件广播器

PS : 在实际项目中我们很少会用到Spring的事件广播器,因为现在都是分布式应用了局部通讯很少使用了 一篇很棒的关于Spring容器的事件讲解 juejin.im/post/5a543c…

主要功能 : 注册Spring的事件广播器用于广播Spring的内置事件和自定义事件

initApplicationEventMulticaster();

protected void initApplicationEventMulticaster() {
	//初始化ApplicationEventMulticaster
		ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = getBeanFactory();
		if (beanFactory.containsLocalBean(APPLICATION_EVENT_MULTICASTER_BEAN_NAME)) {
			this.applicationEventMulticaster =
					beanFactory.getBean(APPLICATION_EVENT_MULTICASTER_BEAN_NAME, ApplicationEventMulticaster.class);
			if (logger.isTraceEnabled()) {
				logger.trace("Using ApplicationEventMulticaster [" + this.applicationEventMulticaster + "]");
			}
		}
    //如果在上下文中没有定义，则创建一个默认的SimpleApplicationEventMulticaster。
		else {
			this.applicationEventMulticaster = new SimpleApplicationEventMulticaster(beanFactory);
			beanFactory.registerSingleton(APPLICATION_EVENT_MULTICASTER_BEAN_NAME, this.applicationEventMulticaster);
			if (logger.isTraceEnabled()) {
				logger.trace("No '" + APPLICATION_EVENT_MULTICASTER_BEAN_NAME + "' bean, using " +
						"[" + this.applicationEventMulticaster.getClass().getSimpleName() + "]");
			}
		}
	}
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第八步：注册事件监听器

主要功能 : 实例化实现ApplicationListener接口的bean。

// 注册监听器
finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
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protected void registerListeners() {
		//首先注册静态指定的侦听器
		for (ApplicationListener<?> listener : getApplicationListeners()) {
			getApplicationEventMulticaster().addApplicationListener(listener);
		}
        //下面是我们自定义的监听器,Spring文档中给出的建议是 "不要在这里初始化FactoryBeans：我们需要保留所有常规bean"
String[] listenerBeanNames = getBeanNamesForType(ApplicationListener.class, true, false);
		for (String listenerBeanName : listenerBeanNames) {
			getApplicationEventMulticaster().addApplicationListenerBean(listenerBeanName);
		}
        //使用已经注册的事件广播器，发布早期的应用程序事件......
		Set<ApplicationEvent> earlyEventsToProcess = this.earlyApplicationEvents;
		this.earlyApplicationEvents = null;
		if (earlyEventsToProcess != null) {
			for (ApplicationEvent earlyEvent : earlyEventsToProcess) {
				getApplicationEventMulticaster().multicastEvent(earlyEvent);
			}
		}
	}
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第九步: 实例化所有的单例Bean

功能：执行到这一步，Spring.xml配置文件中的特殊的Bean该注册的也注册了，该调用的也调用了，就剩下了普通的Bean了，在这一步就都实例化了．（仅仅是非延迟实例化的单例Bean），也就是说这一步就已经完成了Bean工厂（ApplicationContext）的初始化了．

// 实例化所有SPring.xml配置文件中配置的非延迟实例化的单例Bean
finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
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protected void finishBeanFactoryInitialization(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
		// 初始化此上下文的转换服务
		if (beanFactory.containsBean(CONVERSION_SERVICE_BEAN_NAME) &&
				beanFactory.isTypeMatch(CONVERSION_SERVICE_BEAN_NAME, ConversionService.class)) {
			beanFactory.setConversionService(
					beanFactory.getBean(CONVERSION_SERVICE_BEAN_NAME, ConversionService.class));
		}

		//如果没有bean后处理器，则注册默认的嵌入值解析器（例如PropertyPlaceholderConfigurer bean）之前注册过;此时，主要用于注释属性值的分辨率。
		if (!beanFactory.hasEmbeddedValueResolver()) {
			beanFactory.addEmbeddedValueResolver(strVal -> getEnvironment().resolvePlaceholders(strVal));
		}

		// 尽早初始化LoadTimeWeaverAware bean以允许尽早注册其变换器。
		String[] weaverAwareNames = beanFactory.getBeanNamesForType(LoadTimeWeaverAware.class, false, false);
		for (String weaverAwareName : weaverAwareNames) {
			getBean(weaverAwareName);
		}
		// 停止使用临时ClassLoader进行类型匹配。
		beanFactory.setTempClassLoader(null);
		// 允许缓存所有bean定义元数据，而不期望进一步的更改。
		beanFactory.freezeConfiguration();
		// 实例化所有剩余（非延迟初始化）单例。
		beanFactory.preInstantiateSingletons();
	}
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第十步：完成ApplicationContext容器的初始化收

功能：进行相关的容器创建完成时的操作,回收相关资源

finishRefresh();
 resetCommonCaches();
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protected void finishRefresh() {
		//清除上下文级资源缓存（例如来自扫描的ASM元数据）。
		clearResourceCaches();
		//为此上下文初始化生命周期处理器。
		initLifecycleProcessor();
		// 首先将刷新传播到生命周期处理器。
		getLifecycleProcessor().onRefresh();
		// 广播最终事件
		publishEvent(new ContextRefreshedEvent(this));
		// 如果处于活动状态，请参与LiveBeansView 
		LiveBeansView.registerApplicationContext(this);
	}
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//清除一些单例的工具类的缓存
protected void resetCommonCaches() {
		ReflectionUtils.clearCache();
		AnnotationUtils.clearCache();
		ResolvableType.clearCache();
CachedIntrospectionResults.clearClassLoader(getClassLoader());
	}
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应该学习到的知识

• Spring容器中管理的Bean是Class吗?

可以看到Bean容器中的Bean定义映射关系的Map中存放的是 key(String) -> GenericBeanDefinition 的映射,那么 GenericBeanDefinition 又是什么呢?

BeanDefinition 中保存了我们的 Bean 信息 ，比如这个 Bean 指向的是哪个类、是否是单例的、是否懒加载、这个 Bean 依赖了哪些 Bean 等等。

• SpringBean是被ApplicationContext管理的吗?

通过 Debug 的过程中我们可以看到我们使用 ClassPathXmlApplicationContext 构造的 ApplicationContext 对象其实在内部维护了一个属性名为 beanFactory ,我们的SpringBean都被定义在这个属性里面,也就是说 beanFactory 这个属性才是容器, ApplicationContext 仅仅是做了一层包装.那么 beanFactory 又是什么呢?

public class DefaultListableBeanFactory extends AbstractAutowireCapableBeanFactory
		implements ConfigurableListableBeanFactory, BeanDefinitionRegistry, Serializable {
		...
}
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可以看到 DefaultListableBeanFactory 类也是Bean容器,而且是继承了所有其他的容器的功能,可以说是最为强大的容器;例如具有(分层,获取多个容器,注入功能....)

本章小结

第一次参阅源码写的比较慎重,其中由于身体抱恙又有所当误,所以在发布本章的时候也是几天后了,总的来说本章并没有什么重点,仅仅是把Spring的IOC容器的启动过程进行了标注,并未做过多底层的深度剖析,例如 loadBeanDefinitions(beanFactory)Spring如何将XMl文件的配置装载入Bean工厂 ,以及后面的每个注释都可以新开一篇长篇大论的文章,后面尽可能的在 Spring Framework深度剖析专栏 中更为详细的学习Spring整体架构源码

该教程所属 Java 工程师之Spring Framework深度剖析专栏，本系列相关博文目录 Java工程师之Spring Framework深度剖析专栏

本文是根据原文https://juejin.im/post/5bc5c88df265da0b001f5dee的学习笔记,将步骤更为清晰的展现