Spring 源码（九）@Autowired注解实现原理（Spring Bean的自动装配）

Posted 2023-03-28

参考技术A @Autowired 注解的实现过程，其实就是Spring Bean的自动装配过程。通过看@Autowired源码注释部分我们可以看到 @Autowired 的实现是通过 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 后置处理器中实现的。

在分析自动装配前我们先来介绍一下上面的这些后置处理器。

BeanPostProcessor有两个方法， postProcessBeforeInitialization 和 postProcessAfterInitialization 。它们分别在任何bean初始化回调之前或之后执行（例如InitializingBean的afterPropertiesSet方法或自定义init-method方法之前或者之后）， 在这个时候该bean的属性值已经填充完成了，并且我们返回的bean实例可能已经是原始实例的包装类型了。例如返回一个 FactoryBean 。

InstantiationAwareBeanPostProcessor 继承自 BeanPostProcessor 接口。主要多提供了以下三个方法。

该方法是在Bean实例化目标对象之前调用，返回的Bean对象可以代理目标，从而有效的阻止了目标Bean的默认实例化。

跟进源码我们可以看出，如果此方法返回一个非null对象，则Bean创建过程将被短路。唯一应用的进一步处理是来自已配置BeanPostProcessors的postProcessAfterInitialization回调。

该方法执行在通过构造函数或工厂方法在实例化bean之后但在发生Spring属性填充（通过显式属性或自动装配）之前执行操作。这是在Spring的自动装配开始之前对给定的bean实例执行自定义字段注入的理想回调。如果该方法返回false，那么它会阻断后续 InstantiationAwareBeanPostProcessor 后置处理器的执行，并且会阻止后续属性填充的执行逻辑。

在工厂将给定属性值应用于给定bean之前，对它们进行后处理。允许检查是否满足所有依赖关系，例如基于bean属性设置器上的“ Required”注解。还允许替换要应用的属性值，通常是通过基于原始PropertyValues创建新的MutablePropertyValues实例，添加或删除特定值来实现。

智能实例化Bean的后处理器，主要提供了三个方法。

预测从此处理器的postProcessBeforeInstantiation回调最终返回的bean的类型。

确定使用实例化Bean的构造函数。

获取提早暴露的Bean的引用，提早暴露的Bean就是只完成了实例化，还未完成属性赋值和初始化的Bean。

合并Bean的定义信息的后处理方法，该方法是在Bean的实例化之后设置值之前调用。

AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 后置处理器主要负责对添加了@Autowired和@Value注解的元素实现自动装配。所以找到需要自动装配的元素，其实就是对@Autowired和@Value注解的解析。

AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 后置处理器，找出需要自动装配的元素是在 MergedBeanDefinitionPostProcessor.postProcessMergedBeanDefinition 这个方法中实现的，调用链路如下：

从链路上我们可以看到，找到需要自动装配的元素是在 findAutowiringMetadata 方法中实现的，该方法会去调用 buildAutowiringMetadata 方法构建元数据信息。如果注解被加载属性上将会被封装成 AutowiredFieldElement 对象；如果注解加在方法上，那么元素会被封装成 AutowiredMethodElement 对象。这里两个对象的 inject 方法将最后完成属性值的注入，主要区别就是使用反射注入值的方式不一样。源码如下：

寻找需要自动装配过程：

AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 后置处理器注入属性值是在 postProcessPropertyValues 方法中实现的。源码如下：

从这里的源码我们可以看出 AutowiredFieldElement 和 AutowiredMethodElement 完成自动装配都是先去容器中找对应的Bean，然后通过反射将获取到的Bean设置到目标对象中，来完成Bean的自动装配。

我们可以看出Spring Bean的自动装配过程就是：

在自动装配过程中还涉及循环依赖的问题，有兴趣的可以看下这篇文章 Spring 源码（八）循环依赖

Spring 源码@Autowired注解实现原理（Spring Bean的自动装配）

@Autowired注解的实现过程，其实就是Spring Bean的自动装配过程。通过看@Autowired源码注释部分我们可以看到@Autowired的实现是通过AutowiredAnnotationBeanPostProcessor后置处理器中实现的。

AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 类图

PriorityOrdered：确认 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 后置处理器的执行优先级
BeanFactoryAware：使得AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 可以直接通过BeanFactory获取容器中的Bean
BeanPostProcessor：在 Bean 初始化前后执行的后置处理器
InstantiationAwareBeanPostProcessor：在 Bean 实例化前后和Bean设置属性值时执行的后置处理器
SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor：智能实例化Bean的后处理器，如预测Bean的类型和确认Bean的构造函数等。
MergedBeanDefinitionPostProcessor：合并Bean的定义信息。
在分析自动装配前我们先来介绍一下上面的这些后置处理器。

后置处理器介绍
BeanPostProcessor
BeanPostProcessor有两个方法，postProcessBeforeInitialization和postProcessAfterInitialization。它们分别在任何bean初始化回调之前或之后执行（例如InitializingBean的afterPropertiesSet方法或自定义init-method方法之前或者之后）， 在这个时候该bean的属性值已经填充完成了，并且我们返回的bean实例可能已经是原始实例的包装类型了。例如返回一个FactoryBean。

InstantiationAwareBeanPostProcessor
InstantiationAwareBeanPostProcessor继承自BeanPostProcessor接口。主要多提供了以下三个方法。

postProcessBeforeInstantiation
该方法是在Bean实例化目标对象之前调用，返回的Bean对象可以代理目标，从而有效的阻止了目标Bean的默认实例化。

protected Object resolveBeforeInstantiation(String beanName, RootBeanDefinition mbd) {
Object bean = null;
if (!Boolean.FALSE.equals(mbd.beforeInstantiationResolved)) {
// Make sure bean class is actually resolved at this point.
if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
Class<?> targetType = determineTargetType(beanName, mbd);
if (targetType != null) {
bean = applyBeanPostProcessorsBeforeInstantiation(targetType, beanName);
if (bean != null) {
// 如果此方法返回一个非null对象，则Bean创建过程将被短路。
// 唯一应用的进一步处理是来自已配置BeanPostProcessors的postProcessAfterInitialization回调
bean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(bean, beanName);
}
}
}
mbd.beforeInstantiationResolved = (bean != null);
}
return bean;
}

protected Object applyBeanPostProcessorsBeforeInstantiation(Class<?> beanClass, String beanName) {
for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
// 执行Bean实例化目标对象之前的后置处理方法
Object result = ibp.postProcessBeforeInstantiation(beanClass, beanName);
if (result != null) {
return result;
}
}
}
return null;
}
跟进源码我们可以看出，如果此方法返回一个非null对象，则Bean创建过程将被短路。唯一应用的进一步处理是来自已配置BeanPostProcessors的postProcessAfterInitialization回调。

postProcessAfterInstantiation
该方法执行在通过构造函数或工厂方法在实例化bean之后但在发生Spring属性填充（通过显式属性或自动装配）之前执行操作。这是在Spring的自动装配开始之前对给定的bean实例执行自定义字段注入的理想回调。如果该方法返回false，那么它会阻断后续InstantiationAwareBeanPostProcessor后置处理器的执行，并且会阻止后续属性填充的执行逻辑。

postProcessPropertyValues
在工厂将给定属性值应用于给定bean之前，对它们进行后处理。允许检查是否满足所有依赖关系，例如基于bean属性设置器上的“ Required”注解。还允许替换要应用的属性值，通常是通过基于原始PropertyValues创建新的MutablePropertyValues实例，添加或删除特定值来实现。

SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor
智能实例化Bean的后处理器，主要提供了三个方法。

predictBeanType
预测从此处理器的postProcessBeforeInstantiation回调最终返回的bean的类型。

determineCandidateConstructors
确定使用实例化Bean的构造函数。

getEarlyBeanReference
获取提早暴露的Bean的引用，提早暴露的Bean就是只完成了实例化，还未完成属性赋值和初始化的Bean。

MergedBeanDefinitionPostProcessor
postProcessMergedBeanDefinition
合并Bean的定义信息的后处理方法，该方法是在Bean的实例化之后设置值之前调用。

自动装配的实现
找到需要自动装配的元素
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor后置处理器主要负责对添加了@Autowired和@Value注解的元素实现自动装配。所以找到需要自动装配的元素，其实就是对@Autowired和@Value注解的解析。

AutowiredAnnotationBeanPostProcessor后置处理器，找出需要自动装配的元素是在MergedBeanDefinitionPostProcessor.postProcessMergedBeanDefinition这个方法中实现的，调用链路如下：

doWith:445, AutowiredAnnotationBeanPostProcessor$2 (org.springframework.beans.factory.annotation)
doWithLocalFields:657, ReflectionUtils (org.springframework.util)
buildAutowiringMetadata:433, AutowiredAnnotationBeanPostProcessor (org.springframework.beans.factory.annotation)
findAutowiringMetadata:412, AutowiredAnnotationBeanPostProcessor (org.springframework.beans.factory.annotation)
postProcessMergedBeanDefinition:235, AutowiredAnnotationBeanPostProcessor (org.springframework.beans.factory.annotation)
applyMergedBeanDefinitionPostProcessors:1000, AbstractAutowireCapableBeanFactory (org.springframework.beans.factory.support)
doCreateBean:523, AbstractAutowireCapableBeanFactory (org.springframework.beans.factory.support)
createBean:483, AbstractAutowireCapableBeanFactory (org.springframework.beans.factory.support)
getObject:312, AbstractBeanFactory$1 (org.springframework.beans.factory.support)
getSingleton:230, DefaultSingletonBeanRegistry (org.springframework.beans.factory.support)
doGetBean:308, AbstractBeanFactory (org.springframework.beans.factory.support)
getBean:197, AbstractBeanFactory (org.springframework.beans.factory.support)
preInstantiateSingletons:761, DefaultListableBeanFactory (org.springframework.beans.factory.support)
finishBeanFactoryInitialization:867, AbstractApplicationContext (org.springframework.context.support)
refresh:543, AbstractApplicationContext (org.springframework.context.support)
<init>:84, AnnotationConfigApplicationContext (org.springframework.context.annotation)
从链路上我们可以看到，找到需要自动装配的元素是在findAutowiringMetadata方法中实现的，该方法会去调用buildAutowiringMetadata方法构建元数据信息。如果注解被加载属性上将会被封装成AutowiredFieldElement对象；如果注解加在方法上，那么元素会被封装成AutowiredMethodElement对象。这里两个对象的inject方法将最后完成属性值的注入，主要区别就是使用反射注入值的方式不一样。源码如下：

private InjectionMetadata buildAutowiringMetadata(final Class<www.yongshenyul.com > clazz) {
LinkedList<InjectionMetadata.InjectedElement> elements = new LinkedList<InjectionMetadata.InjectedElement>();
Class<?> targetClass = clazz;

do {
// 存放我们找到的元数据信息
final LinkedList<InjectionMetadata.InjectedElement> currElements =
new LinkedList<InjectionMetadata.InjectedElement>(www.yuanygw.com);

// 通过反射找出对应Class对象的所有Field
ReflectionUtils.doWithLocalFields(targetClass, new ReflectionUtils.FieldCallback() {
@Override
public void doWith(Field field) throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException {
// 通过反射找到该字段上所有的注解信息，并判断是否有@Autowired和@Value注解，如果有就将该字段封成AutowiredFieldElement对象
AnnotationAttributes ann = findAutowiredAnnotation(field);
if (ann != null) {
if (Modifier.isStatic(field.getModifiers())) {
if (logger.isWarnEnabled(www.baichuangyule.cn)) {
logger.warn("Autowired annotation is not supported on static fields: " + field);
}
return;
}
boolean required = determineRequiredStatus(ann);、
// 将该字段封成AutowiredFieldElement对象，并放到缓存中
currElements.add(new AutowiredFieldElement(field, required));
}
}
});

// 通过反射找出对应Class对象的所有Method
ReflectionUtils.doWithLocalMethods(www.jintianxuesha.com targetClass, new ReflectionUtils.MethodCallback() {
@Override
public void doWith(Method method) throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException {
Method bridgedMethod =www.yuchengyuledl.com BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(method);
if (!BridgeMethodResolver.isVisibilityBridgeMethodPair(method, bridgedMethod)) {
return;
}
// 通过反射找到该字段上所有的注解信息，并判断是否有@Autowired和@Value注解，如果有就将该字段封成AutowiredMethodElement对象
AnnotationAttributes ann = findAutowiredAnnotation(bridgedMethod);
if (ann != null && method.equals(ClassUtils.getMostSpecificMethod(method, clazz))) {
if (Modifier.isStatic(method.getModifiers())) {
if (logger.isWarnEnabled()) {
logger.warn("Autowired annotation is not supported on static methods: " + method);
}
return;
}
if (method.getParameterTypes().length == 0) {
if (logger.isWarnEnabled()) {
logger.warn("Autowired annotation should only be used on methods with parameters: " +
method);
}
}
boolean required = determineRequiredStatus(ann);
PropertyDescriptor pd = BeanUtils.findPropertyForMethod(bridgedMethod, clazz);
// 将该字段封成AutowiredMethodElement对象
currElements.add(new AutowiredMethodElement(method, required, pd));
}
}
});

elements.addAll(0, currElements);
targetClass = targetClass.getSuperclass();
}
// 循环处理父类需要自动装配的元素
while (www.qjljdgt.cn targetClass != null && targetClass != Object.class);
// 将需要自动装配的元素封装成InjectionMetadata对象,最后合并到Bean定义中
return new InjectionMetadata(clazz, elements);
}
寻找需要自动装配过程：

根据Class对象，通过反射获取所有的Field和```Method````对象
通过反射获取Field和Method上的注解，并判断是否有@Autowired和@Value注解
将注解了@Autowired和@Value的Field和Method封装成AutowiredFieldElement和AutowiredMethodElement对象，等待下一步的自动装配。
循环处理父类需要自动装配的元素
将需要自动装配的元素封装成InjectionMetadata对象，最后合并到Bean定义的externallyManagedConfigMembers属性中
注入属性值
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor后置处理器注入属性值是在postProcessPropertyValues方法中实现的。源码如下：

public void inject(Object target, String beanName, PropertyValues pvs) throws Throwable {
// 获取需要自动装配的元数据信息（这里实在缓存中取）
Collection<InjectedElement> elementsToIterate =
(this.checkedElements != null ? this.checkedElements : this.injectedElements);
if (!elementsToIterate.isEmpty(www.jinyazptdL.cn)) {
boolean debug = logger.isDebugEnabled();
for (InjectedElement element : elementsToIterate) {
if (debug) {
logger.debug("Processing injected element of bean ‘" + beanName + "‘: " + element);
}
// 调用AutowiredFieldElement或AutowiredMethodElement对象的inject方法注入属性值
element.inject(target, beanName, pvs);
}
}
}
AutowiredFieldElement#inject
@Override
protected void inject(Object bean, String beanName, PropertyValues pvs) throws Throwable {
Field field = (Field) this.member;
Object value;
if (this.cached) {
value = resolvedCachedArgument(beanName, this.cachedFieldValue);
}
else {
DependencyDescriptor desc = new DependencyDescriptor(field, this.required);
desc.setContainingClass(bean.getClass());
Set<String> autowiredBeanNames = new LinkedHashSet<String>(1);
TypeConverter typeConverter = beanFactory.getTypeConverter();
try {
// 在容器中获取需要装配的Bean
value = beanFactory.resolveDependency(desc, beanName, autowiredBeanNames, typeConverter);
}
...
}
if (value != null) {
// 通过反射设置属性值
ReflectionUtils.makeAccessible(field);
field.set(bean, value);
}
}
AutowiredMethodElement#inject
@Override
protected void inject(Object bean, String beanName, PropertyValues pvs) throws Throwable {
if (checkPropertySkipping(pvs)) {
return;
}
Method method = (Method) this.member;
Object[] arguments;
if (this.cached) {
// Shortcut for avoiding synchronization...
arguments = resolveCachedArguments(beanName);
}
else {
Class<?>[] paramTypes = method.getParameterTypes();
arguments = new Object[paramTypes.length];
DependencyDescriptor[] descriptors = new DependencyDescriptor[paramTypes.length];
Set<String> autowiredBeans = new LinkedHashSet<String>(paramTypes.length);
TypeConverter typeConverter = beanFactory.getTypeConverter();
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 {
// 在容器中获取需要装配的Bean
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);
}
}
...
}
if (arguments != null) {
try {
// 通过反射调用方法设置元素值
ReflectionUtils.makeAccessible(method);
method.invoke(bean, arguments);
}
...
}
}
从这里的源码我们可以看出AutowiredFieldElement和AutowiredMethodElement完成自动装配都是先去容器中找对应的Bean，然后通过反射将获取到的Bean设置到目标对象中，来完成Bean的自动装配。

总结
我们可以看出Spring Bean的自动装配过程就是：

根据Class对象，通过反射获取所有的Field和Method信息
通反射获取Field和Method的注解信息，并根据注解类型，判断是否需要自动装配
将需要自动装配的元素，封装成AutowiredFieldElement和AutowiredMethodElement对象
调用AutowiredFieldElement和AutowiredMethodElement的inject方法，唤起后续步骤
通过调用容器的getBean()方法找到需要注入的源数据Bean
通过反射将找到的源数据Bean注入到目标Bean中
在自动装配过程中还涉及循环依赖的问题，有兴趣的可以看下这篇文章Spring 源码（八）循环依赖