BeanFactory vs ApplicationContext — container thực sự là cái gì bên dưới

TL;DR: BeanFactory là interface gốc định nghĩa hợp đồng tối thiểu của container: cho 1 tên/kiểu, trả về 1 bean (getBean). ApplicationContext không kế thừa suông mà bọc (compose) một DefaultListableBeanFactory bên trong rồi uỷ quyền (delegate) mọi thao tác bean cho nó — đồng thời cộng thêm 4 capability enterprise. Bên dưới, bean instance singleton sống trong một ConcurrentHashMap tên singletonObjects; metadata bean sống trong beanDefinitionMap. Hiểu 2 cấu trúc này là hiểu vì sao "singleton = một instance", vì sao tạo 2 context là 2 thế giới tách biệt, và vì sao getBean() lần hai luôn nhanh.

Bài Dependency Injection trả lời DI làm gì khi gặp @Autowired. Câu hỏi atomic của bài này hẹp hơn: khi SpringApplication.run() trả về một object cho bạn — object đó bên trong là cái gì? Nó tên ConfigurableApplicationContext. Ta sẽ bóc đúng nó, không lan sang refresh() hay Environment (mỗi thứ có bài riêng).

1. BeanFactory — hợp đồng tối thiểu của một container

BeanFactory là interface ở tận gốc cây phân cấp container. Nó nhỏ đến bất ngờ:

// File: org/springframework/beans/factory/BeanFactory.java (rút gọn)
public interface BeanFactory {
    Object getBean(String name) throws BeansException;
    <T> T getBean(Class<T> requiredType) throws BeansException;
    boolean containsBean(String name);
    boolean isSingleton(String name);
    Class<?> getType(String name);
    // ... vai method nua, tat ca deu xoay quanh "tra ve bean"
}

Toàn bộ ý nghĩa của BeanFactory nằm ở một câu: đưa cho tôi một định danh, tôi trả lại một object đã được khởi tạo và inject dependency đầy đủ. Nó che giấu việc object đó được tạo lúc nào, bằng constructor nào, dependency lấy từ đâu.

Điểm cốt lõi cần nhớ: BeanFactory mặc định lazy — bean chỉ thực sự được tạo khi getBean() gọi tới nó lần đầu. Đây là khác biệt quan trọng so với ApplicationContext (sẽ thấy ở phần 4).

2. Implementation thật — DefaultListableBeanFactory

BeanFactory chỉ là interface. Object thật làm việc tên DefaultListableBeanFactory — đây là trái tim chứa bean của mọi app Spring (kể cả khi bạn dùng ApplicationContext, bên trong vẫn là nó). Nó giữ hai bản đồ (map) tách biệt:

flowchart TB
  subgraph DLBF["DefaultListableBeanFactory"]
    direction TB
    BDM["beanDefinitionMap<br/>Map name to BeanDefinition<br/>(METADATA: class, scope, dependencies)"]
    SO["singletonObjects<br/>Map name to Object<br/>(INSTANCE: object da tao)"]
  end
  Scan["@Component scan / @Bean"] -->|"dang ky metadata"| BDM
  BDM -->|"createBean tu metadata"| SO

• beanDefinitionMap (Map<String, BeanDefinition>): bản đồ metadata — "có bean tên orderService, class OrderService, scope singleton, cần paymentGateway". Đây chưa phải object thật, chỉ là bản mô tả.
• singletonObjects (Map<String, Object>): bản đồ instance — object đã được tạo và cache lại.

Hai map này tách rời chính là lý do container chia làm 2 pha: đăng ký metadata trước, tạo instance sau. Khi bạn khai báo @Component, container mới chỉ thêm một entry vào beanDefinitionMap. Object thật chưa tồn tại.

3. getBean() bên dưới — vì sao lần hai luôn nhanh

Đây là phần cơ chế cốt lõi — và cũng là chỗ trả lời vì sao Spring chọn cache instance thay vì tạo mới mỗi lần. Khi bạn gọi getBean("orderService"), luồng thực tế trong source (AbstractBeanFactory.doGetBean) như sau:

flowchart TB
  G["getBean(name)"] --> DG["doGetBean(name)"]
  DG --> GS{"getSingleton(name)<br/>co trong singletonObjects?"}
  GS -->|"CO"| Ret["return instance da cache<br/>(O(1), khong tao moi)"]
  GS -->|"CHUA"| CB["createBean(name, definition)<br/>chon constructor, resolve dependencies, inject"]
  CB --> Add["dat vao singletonObjects[name]"]
  Add --> Ret

Diễn giải:

1. getSingleton(name) tra singletonObjects trước. Nếu đã có, nó trả về ngay, không tạo lại.
2. Nếu chưa có, container chạy createBean(): đọc BeanDefinition, chọn constructor, resolve + inject dependency (đệ quy getBean cho từng dependency), gọi @PostConstruct.
3. Object vừa tạo được đặt vào singletonObjects rồi mới trả về.

Hệ quả trực tiếp — và đây là định nghĩa thật của "singleton scope":

Singleton trong Spring = "một instance cached trong singletonObjects map", KHÔNG phải singleton pattern kiểu getInstance() static. Scope = một entry trong một map của một container cụ thể.

Vì lần hai trở đi chỉ là tra map (O(1)), nên getBean() lặp lại gần như miễn phí. Còn lần đầu đắt vì phải createBean.

// Minh hoa: 2 lan getBean tra ve CUNG object
var a = ctx.getBean(OrderService.class);
var b = ctx.getBean(OrderService.class);
System.out.println(a == b);   // true -- cung 1 entry trong singletonObjects

4. ApplicationContext — bọc một BeanFactory, không phải kế thừa suông

Nhìn cây interface, bạn dễ tưởng ApplicationContext extends BeanFactory nghĩa là nó là một BeanFactory phình to. Thực tế tinh tế hơn: implementation của ApplicationContext (như AnnotationConfigApplicationContext) giữ một DefaultListableBeanFactory làm field bên trong và uỷ quyền mọi lời gọi bean cho field đó. Đây là composition + delegation, không phải kế thừa code.

// File: org/springframework/context/support/GenericApplicationContext.java (rut gon)
public class GenericApplicationContext extends AbstractApplicationContext {
    private final DefaultListableBeanFactory beanFactory;   // <-- BEAN THAT NAM O DAY

    @Override
    public Object getBean(String name) {
        assertBeanFactoryActive();
        return this.beanFactory.getBean(name);              // <-- DELEGATE xuong field
    }

    public final ConfigurableListableBeanFactory getBeanFactory() {
        return this.beanFactory;
    }
}

Nói cách khác: ApplicationContext "là một" BeanFactory về mặt hợp đồng (implements), nhưng "có một" BeanFactory về mặt cài đặt (composition). Mọi getBean bạn gọi trên context thực ra chạy xuống DefaultListableBeanFactory bên trong.

flowchart TB
  Caller["ctx.getBean(OrderService.class)"] --> AC
  subgraph AC["AnnotationConfigApplicationContext"]
    direction TB
    Cap["4 capability:<br/>Environment, MessageSource,<br/>EventMulticaster, ResourceLoader"]
    BF["beanFactory:<br/>DefaultListableBeanFactory"]
  end
  AC -->|"delegate getBean"| BF
  BF --> Maps["singletonObjects + beanDefinitionMap"]

Hai khác biệt hành vi quan trọng so với BeanFactory trần:

Việc ApplicationContext tạo sẵn (eager) toàn bộ singleton lúc startup chính là lý do lỗi cấu hình lộ ra ngay khi app khởi động thay vì lúc request đầu tiên — một lựa chọn thiết kế "fail fast" có chủ đích.

5. Bốn capability ApplicationContext cộng thêm

ApplicationContext bọc BeanFactory rồi cộng thêm 4 năng lực. Bài này chỉ điểm danh — mỗi cái có bài atomic riêng:

Điều cần nắm ở bài này: 4 thứ trên không liên quan tới việc tra bean. Chúng là dịch vụ phụ trợ context cấp cho app. Khi đọc source thấy một class inject ApplicationContext (qua ApplicationContextAware), thường nó cần một trong 4 capability này — chứ không phải để gọi getBean.

Cơ chế bên dưới — data structure thật trong heap

Gộp lại, một ApplicationContext đang chạy, nhìn ở mức heap, là các cấu trúc sau:

AnnotationConfigApplicationContext
 └─ beanFactory : DefaultListableBeanFactory
     ├─ beanDefinitionMap : LinkedHashMap<String, BeanDefinition>   // metadata, giu thu tu khai bao
     ├─ singletonObjects  : ConcurrentHashMap<String, Object>       // instance da tao (cache singleton)
     ├─ earlySingletonObjects : ConcurrentHashMap<String, Object>   // phuc vu circular dependency (bai sau)
     └─ singletonFactories    : HashMap<String, ObjectFactory>      // phuc vu circular dependency (bai sau)

Ba điều rút ra từ chính các cấu trúc này:

1. singletonObjects là ConcurrentHashMap → việc đọc bean an toàn đa luồng. Đó là lý do bạn có thể getBean từ nhiều thread mà không cần khoá.
2. beanDefinitionMap là LinkedHashMap → giữ đúng thứ tự đăng ký, ảnh hưởng thứ tự tạo bean khi không có ràng buộc dependency.
3. Hai map earlySingletonObjects và singletonFactories tồn tại chỉ để giải vòng lặp dependency (A cần B, B cần A) — cơ chế "three-level cache". Ta sẽ mổ nó ở bài 04 — Bean lifecycle; ở đây chỉ cần biết chúng nằm trong cùng DefaultListableBeanFactory.

Mental model gói gọn: một container = một DefaultListableBeanFactory = vài cái map. Bỏ đi lớp vỏ "magic", Spring container là một cặp Map<String, BeanDefinition> + Map<String, Object> cùng logic tra/tạo quanh chúng.

Pitfall của riêng concept này

❌ Nhầm 1 — tạo 2 context cho cùng một app, tưởng chúng chia sẻ bean:

var ctx1 = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
var ctx2 = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
// ctx1 va ctx2 co 2 DefaultListableBeanFactory RIENG -> 2 singletonObjects map RIENG

✅ Hai context = hai singletonObjects độc lập = hai bộ singleton khác nhau. Bean "singleton" của ctx1 và ctx2 là hai object khác nhau. Mỗi process Spring chỉ nên có một root context.

❌ Nhầm 2 — tưởng singleton Spring là singleton pattern toàn JVM:

✅ Singleton scope chỉ đảm bảo "một instance trong phạm vi một container". Hai container = hai instance. Nó là entry trong map của một BeanFactory cụ thể, không phải static getInstance().

❌ Nhầm 3 — inject ApplicationContext vào service để gọi getBean:

✅ Đó là service locator anti-pattern — xem bài 02 — IoC & DI để hiểu vì sao tránh. Inject thẳng dependency qua constructor. Chỉ dùng getBean ở test, bootstrap script, hoặc framework cần lookup động.

📚 Deep Dive

Liên hệ các bài khác

Bài này chỉ là một mảnh. Ghép với các bài khác trong course để thấy cả bức tranh container:

• Dependency Injection: vì sao không tự gọi getBean trong code business — bài này cho thấy getBean thật ra làm gì bên dưới, nên hiểu rõ vì sao service locator là anti-pattern.
• Bean lifecycle: createBean ở phần 3 mở rộng thành các giai đoạn đầy đủ; 2 map earlySingletonObjects/singletonFactories được mổ ở đó (giải vòng lặp dependency).
• Singleton & Prototype scope: "singleton = một entry trong singletonObjects" — bài đó so sánh với prototype/request/session, nơi quy tắc cache thay đổi và vì sao chọn scope nào.
• @Configuration, @Bean, @Component: beanDefinitionMap được lấp đầy từ đâu — scan stereotype so với @Bean method, và khi nào nên dùng cái nào.

Tóm tắt

• BeanFactory là interface gốc, hợp đồng tối thiểu: nhận định danh, trả về bean. Mặc định lazy.
• Implementation thật là DefaultListableBeanFactory, giữ 2 map: beanDefinitionMap (metadata) và singletonObjects (instance).
• getBean() tra singletonObjects trước; có thì trả ngay (O(1)), chưa có thì createBean rồi cache lại. ⇒ "singleton" = một entry cached, không phải static singleton pattern.
• ApplicationContext bọc một DefaultListableBeanFactory (composition + delegation), không kế thừa code; mọi getBean chạy xuống field bên trong.
• Khác hành vi: ApplicationContext tạo eager mọi singleton non-lazy lúc startup (fail fast); BeanFactory trần thì lazy.
• ApplicationContext cộng 4 capability (Environment, MessageSource, EventPublisher, ResourceLoader) — không liên quan việc tra bean.
• Một container = một DefaultListableBeanFactory = vài cái map. Hết magic.

Tự kiểm tra

Bài tiếp theo: refresh() — 12 bước khởi tạo container