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详细剖析SpringBoot自动装配的实现过程

飞熊 • • 后端笔记 • 阅读 80

有目标就不怕路远。年轻人．无论你现在身在何方．重要的是你将要向何处去。只有明确的目标才能助你成功。没有目标的航船．任何方向的风对他来说都是逆风。因此，再遥远的旅程，只要有目标．就不怕路远。没有目标，哪来的劲头？一车尔尼雷夫斯基

导读：本篇文章讲解 详细剖析SpringBoot自动装配的实现过程，希望对大家有帮助，欢迎收藏，转发！站点地址：www.bmabk.com，来源：原文

1、开场白

学springboot的同行们都知道，springboot最大的优点是：自动注册Bean以及初始化组件，简化我们的开发，实现真正意义上的自动装配，今天我们就来讲讲 Spring Boot 是如何深度整合 Spring 注解编程模型、@Enable 模块驱动及条件装配等 Spring 原生特性来实现自动装配的。

2、Spring Boot 自动装配实现

我们都知道 Spring Boot 的启动过程非常简单，只需要启动一个 main 方法，项目就可以运行，就算依赖了诸多外部模块如：MVC、Redis等，也不需要我们进行过多的配置，那它的底层原理是什么呢？接下来，我们就一起去看一看。

我们先来看一段 Spring Boot 的启动类代码：

@SpringBootApplication
public class LoongSpringBootApplication {
	public static void main(String[] args) {
		SpringApplication.run(LoongSpringBootApplication.class, args);
	}
}

我们需要关注的是 @SpringBootApplication 这个注解：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan(excludeFilters = { @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
		@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {

	@AliasFor(annotation = EnableAutoConfiguration.class)
	Class<?>[] exclude() default {};

	@AliasFor(annotation = EnableAutoConfiguration.class)
	String[] excludeName() default {};

	@AliasFor(annotation = ComponentScan.class, attribute = "basePackages")
	String[] scanBasePackages() default {};

	@AliasFor(annotation = ComponentScan.class, attribute = "basePackageClasses")
	Class<?>[] scanBasePackageClasses() default {};

}

我们来看一看它的组成部分：

  • @SpringBootConfiguration：它里面标注了 @Configuration 注解，上篇文章说过，表明这是个配置类，功能与 @Configuration 无异。
  • @EnableAutoConfiguration：这个就是实现自动装配的核心注解，是用来激活自动装配的，其中默认路径扫描以及组件装配、排除等都通过它来实现。
  • @ComponentScan：这是用来扫描被 @Component标注的类 ，只不过这里是用来过滤 Bean 的，指定哪些类不进行扫描，而且用的是自定义规则。
  • Class<?>[] exclude()：根据class来排除，排除指定的类加入spring容器，传入的类型是class类型。且继承自 @EnableAutoConfiguration 中的属性。
  • String[] excludeName()：根据class name来排除，排除特定的类加入spring容器，参数类型是class的全类名字符串数组。同样继承自 @EnableAutoConfiguration。
  • String[] scanBasePackages()：可以指定多个包名进行扫描。继承自 @ComponentScan 。
  • Class<?>[] scanBasePackageClasses()：可以指定多个类或接口的class，然后扫描 class 所在包下的所有组件。同样继承自 @ComponentScan 。

2.1、@EnableAutoConfiguration 实现

上面我们说到 @EnableAutoConfiguration 是实现自动装配的核心注解，是用来激活自动装配的，看注解前缀我们应该知道是上篇文章中所讲的 Spring @Enable 模块驱动的设计模式，所以它必然会有 @Import 导入的被 @Configuration 标注的类或实现 ImportSelector 或ImportBeanDefinitionRegistrar 接口的类。接着，我们来看看它的定义：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {

	...
}

可以看到它由两部分组成：

  1. @AutoConfigurationPackage：这是用来将启动类所在包，以及下面所有子包里面的所有组件扫描到Spring容器中，这里的组件是指被 @Component或其派生注解标注的类。这也就是为什么不用标注@ComponentScan的原因。

  2. @Import(AutoConfigurationImportSelector.class)：这里导入的是实现了 ImportSelector 接口的类，组件自动装配的逻辑均在重写的 selectImports 方法中实现。
    接下来我们就来看看这两者具体是怎么实现的。

2.1、 获取默认包扫描路径

我们先来看看 Spring Boot 是如何通过 @AutoConfigurationPackage 注解获取默认包扫描路径的，进入它的实现：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class)
public @interface AutoConfigurationPackage {
}

可以看到它是通过 @Import 导入了 AutoConfigurationPackages.Registrar 类，该类实现了ImportBeanDefinitionRegistrar 接口，所以按照上篇文章所讲的，它是在重写的方法中直接注册相关组件。继续往下：

static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {

		@Override
		public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
			register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());
		}

		....
	}
private static final class PackageImport {

		private final String packageName;

		PackageImport(AnnotationMetadata metadata) {
			this.packageName = ClassUtils.getPackageName(metadata.getClassName());
		}
		....
}

这里主要是通过 metadata 元数据信息构造 PackageImport 类。先获取启动类的类名，再通过ClassUtils.getPackageName 获取启动类所在的包名。我们接着往下看：

public static void register(BeanDefinitionRegistry registry, String... packageNames) {
		if (registry.containsBeanDefinition(BEAN)) {
			BeanDefinition beanDefinition = registry.getBeanDefinition(BEAN);
			ConstructorArgumentValues constructorArguments = beanDefinition.getConstructorArgumentValues();
			constructorArguments.addIndexedArgumentValue(0, addBasePackages(constructorArguments, packageNames));
		}
		else {
			GenericBeanDefinition beanDefinition = new GenericBeanDefinition();
			beanDefinition.setBeanClass(BasePackages.class);
			beanDefinition.getConstructorArgumentValues().addIndexedArgumentValue(0, packageNames);
			beanDefinition.setRole(BeanDefinition.ROLE_INFRASTRUCTURE);
			registry.registerBeanDefinition(BEAN, beanDefinition);
		}
	}

最后就是将这个包名保存至 BasePackages 类中，然后通过 BeanDefinitionRegistry 将其注册，进行后续处理，至此该流程结束。

2.1、获取自动装配的组件

该部分就是实现自动装配的入口，从上面得知这里也是通过 @Import 来实现的，来看看导入的类：

public class AutoConfigurationImportSelector implements DeferredImportSelector, BeanClassLoaderAware,
		ResourceLoaderAware, BeanFactoryAware, EnvironmentAware, Ordered {

    ....

	@Override
	public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
		if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
			return NO_IMPORTS;
		}
		AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader
				.loadMetadata(this.beanClassLoader);
		AutoConfigurationEntry autoConfigurationEntry = getAutoConfigurationEntry(autoConfigurationMetadata,
				annotationMetadata);
		return StringUtils.toStringArray(autoConfigurationEntry.getConfigurations());
	}

	....
}

主要关注重写的 selectImports 方法，其中
AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader.loadMetadata(this.beanClassLoader)； 是加载自动装配的元信息。而AutoConfigurationEntry autoConfigurationEntry = getAutoConfigurationEntry(autoConfigurationMetadata, annotationMetadata)该方法返回的就是自动装配的组件，我们进去看看：

protected AutoConfigurationEntry getAutoConfigurationEntry(AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata,
			AnnotationMetadata annotationMetadata) {
	if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
		return EMPTY_ENTRY;
	}

	// 获取 @EnableAutoConfigoration 标注类的元信息，也就是获取该注解 exclude 和 excludeName 属性值
	AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);

	// 该方法就是获取自动装配的类名集合
	List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes);

	// 去除重复的自动装配组件，就是将List转为Set进行去重
	configurations = removeDuplicates(configurations);

	// 这部分就是根据上面获取的 exclude 及 excludeName 属性值，排除指定的类
	Set<String> exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);
	checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
	configurations.removeAll(exclusions);

	// 这里是过滤那些依赖不满足的自动装配 Class
	configurations = filter(configurations, autoConfigurationMetadata);
	fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);

	// 返回的就是经过一系列去重、排除、过滤等操作后的自动装配组件
	return new AutoConfigurationEntry(configurations, exclusions);
}

该方法中就是先获取待自动装配组件的类名集合，然后通过一些列的去重、排除、过滤，最终返回自动装配的类名集合。主要关注
getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes) 这个方法，里面是如何获取自动装配的类名集合：

protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
	List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(),
			getBeanClassLoader());
	Assert.notEmpty(configurations, "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories. If you "
			+ "are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
	return configurations;
}

其中
getSpringFactoriesLoaderFactoryClass()返回的是EnableAutoConfiguration.class。继续往下，执行的是 SpringFactoriesLoader#loadFactoryNames 方法：

public final class SpringFactoriesLoader {

    ...

    public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";

    public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, @Nullable ClassLoader classLoader) {

        // 前面可以看到，这里的 factoryClass 是 EnableAutoConfiguration.class
		String factoryClassName = factoryClass.getName();
		return loadSpringFactories(classLoader).getOrDefault(factoryClassName, Collections.emptyList());
	}

	private static Map<String, List<String>> loadSpringFactories(@Nullable ClassLoader classLoader) {
		MultiValueMap<String, String> result = cache.get(classLoader);
		if (result != null) {
			return result;
		}

		try {
			Enumeration<URL> urls = (classLoader != null ?
					classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION) :
					ClassLoader.getSystemResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION));
			result = new LinkedMultiValueMap<>();
			while (urls.hasMoreElements()) {
				URL url = urls.nextElement();
				UrlResource resource = new UrlResource(url);
				Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(resource);
				for (Map.Entry<?, ?> entry : properties.entrySet()) {
					String factoryClassName = ((String) entry.getKey()).trim();
					for (String factoryName : StringUtils.commaDelimitedListToStringArray((String) entry.getValue())) {
						result.add(factoryClassName, factoryName.trim());
					}
				}
			}
			cache.put(classLoader, result);
			return result;
		}
		catch (IOException ex) {
			throw new IllegalArgumentException("Unable to load factories from location [" +
					FACTORIES_RESOURCE_LOCATION + "]", ex);
		}
	}
	...
}

最终的实现逻辑都在这里，主要过程如下：

  1. 搜索classpath路径下以及所有外部jar包下的META-INF文件夹中的spring.factories文件。主要是spring-boot-autoconfigure包下的
**Initializers**
org.springframework.context.ApplicationContextInitializer=\\
org.springframework.boot.autoconfigure.SharedMetadataReaderFactoryContextInitializer,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.logging.ConditionEvaluationReportLoggingListener

**Application Listeners**
org.springframework.context.ApplicationListener=\\
org.springframework.boot.autoconfigure.BackgroundPreinitializer

**Auto Configuration Import Listeners**
org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfigurationImportListener=\\
org.springframework.boot.autoconfigure.condition.ConditionEvaluationReportAutoConfigurationImportListener

**Auto Configuration Import Filters**
org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfigurationImportFilter=\\
org.springframework.boot.autoconfigure.condition.OnBeanCondition,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.condition.OnClassCondition,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.condition.OnWebApplicationCondition

**Auto Configure**
org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\\
org.springframework.boot.autoconfigure.data.redis.RedisAutoConfiguration,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.jdbc.JdbcTemplateAutoConfiguration,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.data.redis.RedisReactiveAutoConfiguration,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.data.redis.RedisRepositoriesAutoConfiguration,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.web.client.RestTemplateAutoConfiguration,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.web.reactive.WebFluxAutoConfiguration,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet.DispatcherServletAutoConfiguration,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet.WebMvcAutoConfiguration

...

可以看到其中内容，存储的是key-value格式的数据，且key是一个类的全路径名称，value是多个类的全路径名称，且以逗号分割。

  1. 将所有的spring.factories文件转成Properties格式，将里面key-value格式的数据转成Map，该Map的value是一个List，之后将相同Key的value合并到List中，将该Map作为方法返回值返回。

  2. 返回到 loadFactoryNames 方法，通过上面得知factoryClassName的值为EnableAutoConfiguration，所以通过 getOrDefault(factoryClassName, Collections.emptyList())方法，获取 key 为EnableAutoConfiguration的类名集合。

ps：getOrDefault第一个入参是key的name，如果key不存在，则直接返回第二个参数值

至此，流程结束，最后返回的就是自动装配的组件，其中有我们比较熟悉的Redis、JDBC、SpringMVC等，可以看到一个特点，这些自动装配的组件都是以 AutoConfiguration 结尾。但该组件列表只是候选组件，因为后面还有去重、排除、过滤等一系列操作，这里就不再详细述说。下面我们来看看自动装配的组件内部是怎么样的。

2.2、自动装配的组件内部实现

就拿比较熟悉的 Web MVC 来看，看看是如何实现 Web MVC 自动装配的。先来代码组成部分：

@Configuration
@ConditionalOnWebApplication(type = ConditionalOnWebApplication.Type.SERVLET)
@ConditionalOnClass({ Servlet.class, DispatcherServlet.class, WebMvcConfigurer.class })
@ConditionalOnMissingBean(WebMvcConfigurationSupport.class)
@AutoConfigureOrder(Ordered.HIGHEST_PRECEDENCE + 10)
@AutoConfigureAfter({ DispatcherServletAutoConfiguration.class, TaskExecutionAutoConfiguration.class,
        ValidationAutoConfiguration.class })
public class WebMvcAutoConfiguration {
    ...
    @Configuration
    @Import(EnableWebMvcConfiguration.class)
    @EnableConfigurationProperties({WebMvcProperties.class, ResourceProperties.class})
    @Order(0)
    public static class WebMvcAutoConfigurationAdapter implements WebMvcConfigurer, ResourceLoaderAware {
        ...
        @Bean
        @ConditionalOnBean(View.class)
        @ConditionalOnMissingBean
        public BeanNameViewResolver beanNameViewResolver() {
            ...
        }
        ...
    }

    @Configuration
    public static class EnableWebMvcConfiguration extends DelegatingWebMvcConfiguration {

        @Bean
        @Override
        public RequestMappingHandlerAdapter requestMappingHandlerAdapter() {
            ...
        }

        @Bean
        @Primary
        @Override
        public RequestMappingHandlerMapping requestMappingHandlerMapping() {
            ...
        }
    }
    ...
}

注解部分：
@Configuration：这个大家都比较熟悉，标识该类是一个配置类

@ConditionalXXX：这是 Spring 条件装配，只不过经由 Spring Boot 扩展形成了自己的条件化自动装配，且都是 @Conditional 的派生注解。

@ConditionalOnWebApplication：参数值是 Type 类型的枚举，当前项目类型是任意、Web、Reactive其中之一则实例化该 Bean。这里指定如果为 Web 项目才满足条件。

@ConditionalOnClass：参数是 Class 数组，当给定的类名在类路径上存在，则实例化当前Bean。这里当Servlet.class、 DispatcherServlet.class、 WebMvcConfigurer.class存在才满足条件。

@ConditionalOnMissingBean：参数是也是 Class 数组，当给定的类没有实例化时，则实例化当前Bean。这里指定当 WebMvcConfigurationSupport 该类没有实例化时，才满足条件。 装配顺序 @AutoConfigureOrder：参数是int类型的数值，数越小越先初始化。

@AutoConfigureAfter：参数是 Class 数组，在指定的配置类初始化后再加载。

@AutoConfigureBefore：参数同样是 Class 数组，在指定的配置类初始化前加载。
代码部分： 这部分就比较直接了，实例化了和 Web MVC 相关的Bean，如 HandlerAdapter、HandlerMapping、ViewResolver等。其中，出现了 DelegatingWebMvcConfiguration 类，这是@EnableWebMvc 所 @Import 导入的配置类。

可以看到，在Spring Boot 自动装配的类中，经过了一系列的 @Conditional 条件判断，然后实例化某个模块需要的Bean，且无需我们配置任何东西，当然，这都是默认实现，当这些不满足我们的要求时，我们还得手动操作。

3、总结

关于Spring boot自动装配的内容就告一段落，不难看出Spring Boot自动装配所依赖的注解驱动、@Enable模块驱动、条件装配等特性均来自 Spring Framework。而自动装配的配置类均来源于spring.factories文件中。核心则是基于“约定大于配置”理念，通俗的说，就是Spring boot为我们提供了一套默认的配置，只有当默认的配置不满足我们的需求时，我们再去修改默认配置。当然它也存在缺点就是组件的高度集成，使用的时候很难知道底层实现，加深了理解难度。

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