Spring源码: @Autowired实现原理

Love The Way You Lie 2023-10-12 17:09 10阅读 0赞

## @Autowired使用 ##

1.  构造函数注入

public Class Outer {
        
    	private Inner inner;
    	@Autowired
    	public Outer(Inner inner) {
        
    		this.inner = inner;
    	}
    }

1.  属性注入

public Class Outer {
        
    	@Autowired
    	private Inner inner;
    }

1.  方法注入

public Class Outer {
        
    	private Inner inner;
    	public Inner getInner() {
        
    		return inner;
    	}
    	@Autowired
    	public void setInner(Inner inner) {
        
    		this.inner = inner;
    	}
    }

目前绝大部分的代码都使用第2、第3种。第1种在bean实例化时完成，而第2、第3种的实现原理都是一样的，在属性填充时完成。本篇将介绍第二第三种的是实现原理

在开始之前，如果我们自己设计`@Autowired`，我们应该怎么实现？我想做法还是比较简单的

1.  通过反射查找bean的class下所有注解了`@Autowired`的`字段`和`方法`
2.  获取到字段，通过`getBean(字段)`获取到对应bean，然后再通过反射调用`field`的`set`将bean注入

## @Autowired源码分析 ##

### AutowiredAnnotationBeanPostProcessor类 ###

该类是`@Autowired`的具体实现类，先预览一下类方法

![AutowiredAnnotationBeanPostProcessor预览.png][AutowiredAnnotationBeanPostProcessor_.png]

发现实际有机会介入bean的创建操作只有可能是后置处理器，用于后置处理的有3个方法，其中一个过时不用，分别是`postProcessMergedBeanDefinition`、`postProcessProperties`后置处理，我们再看一下这2个方法的具体代码

public class AutowiredAnnotationBeanPostProcessor extends InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter
    		implements MergedBeanDefinitionPostProcessor, PriorityOrdered, BeanFactoryAware {
        
    
    	...
    
    	@Override
    	public void postProcessMergedBeanDefinition(RootBeanDefinition beanDefinition, Class<?> beanType, String beanName) {
        
    		// 1. 寻找bean中所有被@Autowired注释的属性，并将属性封装成InjectedElement类型
    		InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, beanType, null);
    		metadata.checkConfigMembers(beanDefinition);
    	}
    
    	...
    
    	@Override
    	public PropertyValues postProcessProperties(PropertyValues pvs, Object bean, String beanName) {
        
    		// 1. 寻找通过@Autowired注解的属性或者方法
    		InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, bean.getClass(), pvs);
    		try {
        
    			// 2. 注入
    			metadata.inject(bean, beanName, pvs);
    		}
    		catch (BeanCreationException ex) {
        
    			throw ex;
    		}
    		catch (Throwable ex) {
        
    			throw new BeanCreationException(beanName, "Injection of autowired dependencies failed", ex);
    		}
    		return pvs;
    	}
    
    	...
    }

跟我们的猜想是一样的，首先先找出所有注解了`@Autowired`的属性或者方法，然后进行注入，当然`postProcessMergedBeanDefinition`后置处理器的调用肯定是在`postProcessProperties`之前的，这里我们回顾一下spring bean的创建过程。2个处理器我已用黄色标出

![spring @Autowired注入时机.jpg][spring _Autowired_.jpg]

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### 1. 查找所有@Autowired ###

// 寻找bean中所有被@Autowired注释的属性，并将属性封装成InjectedElement类型
    InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, beanType, null);
    12
    private InjectionMetadata findAutowiringMetadata(String beanName, Class<?> clazz, @Nullable PropertyValues pvs) {
        
    		// Fall back to class name as cache key, for backwards compatibility with custom callers.
    		// 获取缓存的key值，一般以beanName做key
    		String cacheKey = (StringUtils.hasLength(beanName) ? beanName : clazz.getName());
    		// Quick check on the concurrent map first, with minimal locking.
    		// 从缓存中获取metadata
    		InjectionMetadata metadata = this.injectionMetadataCache.get(cacheKey);
    		// 检测metadata是否需要更新
    		if (InjectionMetadata.needsRefresh(metadata, clazz)) {
        
    			synchronized (this.injectionMetadataCache) {
        
    				metadata = this.injectionMetadataCache.get(cacheKey);
    				if (InjectionMetadata.needsRefresh(metadata, clazz)) {
        
    					if (metadata != null) {
        
    						metadata.clear(pvs);
    					}
    					// 通过clazz类，查找所有@Autowired的属性或者方法，并封装成InjectionMetadata类型
    					metadata = buildAutowiringMetadata(clazz);
    					// 将metadata加入缓存
    					this.injectionMetadataCache.put(cacheKey, metadata);
    				}
    			}
    		}
    		return metadata;
    	}

可以看到spring依然在用缓存的方式提高性能，继续跟踪核心代码`buildAutowiringMetadata(clazz)`

private InjectionMetadata buildAutowiringMetadata(final Class<?> clazz) {
        
    		// 查看clazz是否有Autowired注解
    		if (!AnnotationUtils.isCandidateClass(clazz, this.autowiredAnnotationTypes)) {
        
    			return InjectionMetadata.EMPTY;
    		}
    		// 这里需要注意AutowiredFieldElement，AutowiredMethodElement均继承了InjectionMetadata.InjectedElement
    		// 因此这个列表是可以保存注解的属性和被注解的方法的
    		List<InjectionMetadata.InjectedElement> elements = new ArrayList<>();
    		Class<?> targetClass = clazz;
    
    		// 1. 通过do while循环，递归的往直接继承的父类寻找@Autowired
    		do {
        
    			final List<InjectionMetadata.InjectedElement> currElements = new ArrayList<>();
    			
    			// 2. 通过反射，获取所有属性，doWithLocalFields则是循环的对每个属性应用以下匿名方法
    			ReflectionUtils.doWithLocalFields(targetClass, field -> {
        
    				// 判断当前field属性是否含有@Autowired的注解
    				MergedAnnotation<?> ann = findAutowiredAnnotation(field);
    				if (ann != null) {
        
    					// 返回该属性在类中的修饰符，如果等于static常量，则抛出异常，@Autowired不允许注解在静态属性上
    					if (Modifier.isStatic(field.getModifiers())) {
        
    						if (logger.isInfoEnabled()) {
        
    							logger.info("Autowired annotation is not supported on static fields: " + field);
    						}
    						return;
    					}
    					// @Autowired有required属性，获取required的值，默认为true
    					boolean required = determineRequiredStatus(ann);
    					// 3. 将field封装成InjectedElement，并添加到集合中，这里用的是AutowiredFieldElement
    					currElements.add(new AutowiredFieldElement(field, required));
    				}
    			});
    
    			// 4. @Autowired可以注解在方法上
    			ReflectionUtils.doWithLocalMethods(targetClass, method -> {
        
    				Method bridgedMethod = BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(method);
    				if (!BridgeMethodResolver.isVisibilityBridgeMethodPair(method, bridgedMethod)) {
        
    					return;
    				}
    				MergedAnnotation<?> ann = findAutowiredAnnotation(bridgedMethod);
    				if (ann != null && method.equals(ClassUtils.getMostSpecificMethod(method, clazz))) {
        
    					if (Modifier.isStatic(method.getModifiers())) {
        
    						if (logger.isInfoEnabled()) {
        
    							logger.info("Autowired annotation is not supported on static methods: " + method);
    						}
    						return;
    					}
    					if (method.getParameterCount() == 0) {
        
    						if (logger.isInfoEnabled()) {
        
    							logger.info("Autowired annotation should only be used on methods with parameters: " +
    									method);
    						}
    					}
    					boolean required = determineRequiredStatus(ann);
    					PropertyDescriptor pd = BeanUtils.findPropertyForMethod(bridgedMethod, clazz);
    					// 5. 将方法封装成InjectedElement，并添加到集合中，这里用的是AutowiredMethodElement
    					currElements.add(new AutowiredMethodElement(method, required, pd));
    				}
    			});
    
    			elements.addAll(0, currElements);
    			// 返回直接继承的父类
    			targetClass = targetClass.getSuperclass();
    		}
    		// 如果父类不为空则需要把父类的@Autowired属性或方法也找出
    		while (targetClass != null && targetClass != Object.class);
    		// 6. new InjectionMetadata(clazz, elements)，将找到的所有的待注入属性或方法生成metadata返回
    		return InjectionMetadata.forElements(elements, clazz);
    	}

1.  外层 do … while … 的循环被用于递归的查找父类的`@Autowired`属性或方法
2.  通过反射的方式获取到所有属性并循环验证每一个属性是否被`@Autowired注解`
3.  将查找到包含@Autowired注解的`filed`封装成`AutowiredFieldElement`，加入到列表中
4.  循环查找在方法上的注解
5.  将找到的方法封装成`AutowiredMethodElement`，并加入列表  
    这里需要特别强调一点，InjectedElement被`AutowiredFieldElement`、`AutowiredMethodElement`所继承，他们都有各自的`inject`函数，实现各自的注入。因此改ArrayList elements是拥有2种类型的属性  
    ![InjectedElement.png][]
6.  将找到的所有元素列表和clazz作为参数生成metadata数据返回

--------------------

### 2. 注入 ###

// 注入
    metadata.inject(bean, beanName, pvs);

public void inject(Object target, @Nullable String beanName, @Nullable PropertyValues pvs) throws Throwable {
        
    		// 获取所有需要被注入的元素
    		Collection<InjectedElement> checkedElements = this.checkedElements;
    		Collection<InjectedElement> elementsToIterate =
    				(checkedElements != null ? checkedElements : this.injectedElements);
    		// 迭代的元素不为空
    		if (!elementsToIterate.isEmpty()) {
        
    			for (InjectedElement element : elementsToIterate) {
        
    				if (logger.isTraceEnabled()) {
        
    					logger.trace("Processing injected element of bean '" + beanName + "': " + element);
    				}
    				// 循环注入，这里有可能是AutowiredFieldElement也可能AutowiredMethodElement，因此调用的inject是2个不同的方法
    				element.inject(target, beanName, pvs);
    			}
    		}
    	}

利用for循环，遍历刚刚我们查到到的`elements列表`，进行注入。在上面有特别提醒，这里的element有可能是`AutowiredFieldElement`类型、或`AutowiredMethodElement`类型。各自代表`@Autowired注解`在属性上、以及注解在方法上的2种不同元素。因此他们调用的`element.inject(target, beanName, pvs);`也是不一样的

#### 2.1 字段注入(AutowiredFieldElement) ####

private class AutowiredFieldElement extends InjectionMetadata.InjectedElement {
        
    		@Override
    		protected void inject(Object bean, @Nullable String beanName, @Nullable PropertyValues pvs) throws Throwable {
        
    			Field field = (Field) this.member;
    			Object value;
    			if (this.cached) {
        
    				value = resolvedCachedArgument(beanName, this.cachedFieldValue);
    			}
    			else {
        
    				// 专门用于注入的包装类，包装构造函数参数，方法参数或字段
    				DependencyDescriptor desc = new DependencyDescriptor(field, this.required);
    				// 设置class
    				desc.setContainingClass(bean.getClass());
    				// 需要被自动注入的beanNames，这里只有可能 = 1，方法注入时才有可能为多个
    				Set<String> autowiredBeanNames = new LinkedHashSet<>(1);
    				Assert.state(beanFactory != null, "No BeanFactory available");
    				TypeConverter typeConverter = beanFactory.getTypeConverter();// 获取类型转换器
    				try {
        
    					// 通过beanFactory获取属性对应的值，比如需要调用getBean("b")获取依赖的属性单例，并且通过自动转型转为需要的类型
    					value = beanFactory.resolveDependency(desc, beanName, autowiredBeanNames, typeConverter);
    				}
    				catch (BeansException ex) {
        
    					throw new UnsatisfiedDependencyException(null, beanName, new InjectionPoint(field), ex);
    				}
    				synchronized (this) {
        
    					if (!this.cached) {
        
    						if (value != null || this.required) {
        
    							this.cachedFieldValue = desc;
    							// 注册依赖，
    							registerDependentBeans(beanName, autowiredBeanNames);
    							// 因为是属性注入，因此这里只有可能等于1
    							if (autowiredBeanNames.size() == 1) {
        
    								String autowiredBeanName = autowiredBeanNames.iterator().next();
    								if (beanFactory.containsBean(autowiredBeanName) &&
    										beanFactory.isTypeMatch(autowiredBeanName, field.getType())) {
        
    									// 缓存当前value
    									this.cachedFieldValue = new ShortcutDependencyDescriptor(
    											desc, autowiredBeanName, field.getType());
    								}
    							}
    						}
    						else {
        
    							this.cachedFieldValue = null;
    						}
    						this.cached = true;
    					}
    				}
    			}
    			if (value != null) {
        
    				// 通过反射，将value值设置到bean中
    				ReflectionUtils.makeAccessible(field);
    				field.set(bean, value);
    			}
    		}
    	}

上方大部分的工作都在做待注入bean的获取以及类型的转换，如果深究下去可以再把spring Ioc讲一遍，但是核心还是getBean(字段)获取到对应bean…我们这里就关心核心的语句，就是这2句

if (value != null) {
        
                    // 通过反射，将value值设置到bean中
                    ReflectionUtils.makeAccessible(field);
                    field.set(bean, value);
                }

spring通过反射的方式，调用field的set进行属性的注入

#### 2.2 方法注入(AutowiredMethodElement) ####

private class AutowiredMethodElement extends InjectionMetadata.InjectedElement {
        
    
    		
    		@Override
    		protected void inject(Object bean, @Nullable String beanName, @Nullable PropertyValues pvs) throws Throwable {
        
    			if (checkPropertySkipping(pvs)) {
        
    				return;
    			}
    			// @Autowired标注在方法上
    			Method method = (Method) this.member;
    			Object[] arguments;
    			if (this.cached) {
        
    				// Shortcut for avoiding synchronization...
    				// 有缓存
    				arguments = resolveCachedArguments(beanName);
    			}
    			else {
        
    				// 没缓存，直接获取方法上所有的参数
    				int argumentCount = method.getParameterCount();
    				arguments = new Object[argumentCount];
    				DependencyDescriptor[] descriptors = new DependencyDescriptor[argumentCount];
    				Set<String> autowiredBeans = new LinkedHashSet<>(argumentCount);
    				Assert.state(beanFactory != null, "No BeanFactory available");
    				TypeConverter typeConverter = beanFactory.getTypeConverter();
    				// 循环所有参数
    				for (int i = 0; i < arguments.length; i++) {
        
    					MethodParameter methodParam = new MethodParameter(method, i);
    					DependencyDescriptor currDesc = new DependencyDescriptor(methodParam, this.required);
    					currDesc.setContainingClass(bean.getClass());
    					descriptors[i] = currDesc;
    					try {
        
    						// 通过beanFactory，获取代注入的bean，并进行类型转换
    						Object arg = beanFactory.resolveDependency(currDesc, beanName, autowiredBeans, typeConverter);
    						if (arg == null && !this.required) {
        
    							arguments = null;
    							break;
    						}
    						arguments[i] = arg;
    					}
    					catch (BeansException ex) {
        
    						throw new UnsatisfiedDependencyException(null, beanName, new InjectionPoint(methodParam), ex);
    					}
    				}
    				synchronized (this) {
        
    					if (!this.cached) {
        
    						if (arguments != null) {
        
    							DependencyDescriptor[] cachedMethodArguments = Arrays.copyOf(descriptors, arguments.length);
    							// 注册依赖
    							registerDependentBeans(beanName, autowiredBeans);
    							// 如果自动注入的个数 = 参数个数，则缓存
    							if (autowiredBeans.size() == argumentCount) {
        
    								Iterator<String> it = autowiredBeans.iterator();
    								Class<?>[] paramTypes = method.getParameterTypes();
    								for (int i = 0; i < paramTypes.length; i++) {
        
    									String autowiredBeanName = it.next();
    									if (beanFactory.containsBean(autowiredBeanName) &&
    											beanFactory.isTypeMatch(autowiredBeanName, paramTypes[i])) {
        
    										// 缓存
    										cachedMethodArguments[i] = new ShortcutDependencyDescriptor(
    												descriptors[i], autowiredBeanName, paramTypes[i]);
    									}
    								}
    							}
    							// 缓存方法
    							this.cachedMethodArguments = cachedMethodArguments;
    						}
    						else {
        
    							this.cachedMethodArguments = null;
    						}
    						this.cached = true;
    					}
    				}
    			}
    			if (arguments != null) {
        
    				try {
        
    					// 反射调用注入方法，将获取到的所有bean作为参数
    					ReflectionUtils.makeAccessible(method);
    					method.invoke(bean, arguments);
    				}
    				catch (InvocationTargetException ex) {
        
    					throw ex.getTargetException();
    				}
    			}
    		}
    
    	}

这里与属性注入最大的区别在于，`@Autowired注解`在方法上，方法可以拥有多个参数，因此这里需要通过循环将一个个获取，而获取bean的方式于上面一样，本质都是通过`getBean`获取。而核心语句还是2句

// 反射调用注入方法，将获取到的所有bean作为参数
    ReflectionUtils.makeAccessible(method);
    method.invoke(bean, arguments);

与属性注入不同的是，当`@Autowired注解`在方法上，例如我们注解在setter方法上，则只需要直接调用该setter方法将参数数组传入即可以，即使用invoke触发方法，具体属性赋值的过程在setter方法中由用户自行编写。

[AutowiredAnnotationBeanPostProcessor_.png]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly91cGxvYWQtaW1hZ2VzLmppYW5zaHUuaW8vdXBsb2FkX2ltYWdlcy84MTkwOTU1LWU0YWE4ZjY1ZDM1OTViMWMucG5n?x-oss-process=image/format,png
[spring _Autowired_.jpg]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly91cGxvYWQtaW1hZ2VzLmppYW5zaHUuaW8vdXBsb2FkX2ltYWdlcy84MTkwOTU1LTdmMDgyMjMxY2JhZTEyYzAuanBn?x-oss-process=image/format,png
[InjectedElement.png]: https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly91cGxvYWQtaW1hZ2VzLmppYW5zaHUuaW8vdXBsb2FkX2ltYWdlcy84MTkwOTU1LTcxZjNjZjNiMzk2YTBjOTAucG5n?x-oss-process=image/format,png