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

@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<?> 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>();
		
		// 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()) {
							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(targetClass, new ReflectionUtils.MethodCallback() {
			@Override
			public void doWith(Method method) throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException {
				Method bridgedMethod = 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 (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：

1. 根据Class对象，通过反射获取所有的 Field 和```Method````对象
2. 通过反射获取 Field 和 Method 上的注解，并判断是否有@Autowired和@Value注解
3. 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。
4. 循环处理父类需要自动装配的元素
5. 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()) {
		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：

1. 根据 Class 对象，通过反射获取所有的 Field 和 Method 信息
2. 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
3. 将需要自动装配的元素，封装成 AutowiredFieldElement 和 AutowiredMethodElement 对象
4. 调用 AutowiredFieldElement 和 AutowiredMethodElement 的 inject 方法，唤起后续步骤
5. 通过调用容器的 getBean() 方法找到需要注入的源数据Bean
6. 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

注意：注解注入将在XML注入之前执行；因此，对于通过这两种方法注入的属性，XML注入将覆盖注解注入。