Spring @Autowired 注解自动注入流程是怎么样？

面试中碰到面试官问：”Spring 注解是若是工做的？“，当前我一惊，完了这不触及到个人知识误区了吗？，还好我机智，灵机一动回了句：Spring 注解的工做流程倒尚未看到，可是我知道@Autowired注解的工做流程，后面不用说了一顿巴拉，面试官都连连点头。

面试中要活用转移话题，要避免回答 ”不知道“，要引导面试官掉入你擅长的技术，而后才有机会教他做人。

@Autowired 相关的类

@Autowired 注解的主要功能就是完成自动注入，使用也很是简单（Spring都安排好了），可是要想知道 @Autowired 注解的内部现实，就须要看一下Spring源码了。接下来一步步的解剖 @Autowired 的实现原理，首先理一下与 @Autowired 注解相关的类，而后一步步的跟踪源码，直到理解 @Autowired 的原理。

AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 类

AutowiredAnnotationBeanPostProcessor是实现 @Autowired 功能的主要类，它有一些方法是会用解析 @Autowired 注解并实现自动注入的功能，下面是它的继承图：

从上图能够发现 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 最上层是 BeanPostProcessor 是一个后处理器，固然除了后处理器外中间还有InstantiationAwareBeanPostProcessor和MergedBeanDefinitionPostProcessor：

InstantiationAwareBeanPostProcessor 接口

postProcessBeforeInstantiation方法

在Bean实例化以前调用，能够返回一个Bean实例，默认返回null。

@Nullabledefault Object postProcessBeforeInstantiation(Class<?> beanClass, String 
beanName) throws BeansException {      return null;}

postProcessAfterInstantiation方法

在Bean建立完成后，设置属性以前调用。

default boolean postProcessAfterInstantiation(Object bean, String 
beanName) throws BeansException {      return true;}

postProcessProperties方法

@Nullable default PropertyValues postProcessProperties(PropertyValues pvs, Object 
bean, String beanName)            throws BeansException {      return null;}

Bean建立完后，设置属性以前调用

先记住 InstantiationAwareBeanPostProcessor 接口，后面会跟踪调用它的地方，就很容易理解了。

MergedBeanDefinitionPostProcessor

MergedBeanDefinitionPostProcessor 也是一个继承 BeanPostProcessor 接口的后处理器，它的主要做用就是能够处理操做BeanDefinition对象，因为Bean的实例化是经过 BeanDefinition 的， 经过操做BeanDefinition ，这样能够使Bean的实例化时发生一些变化。

MergedBeanDefinitionPostProcessor 只有两个方法

postProcessMergedBeanDefinition方法

void postProcessMergedBeanDefinition(RootBeanDefinition beanDefinition, 
Class<?> beanType, String beanName);

Bean的BeanDefinition 被合并后调用此方法。

resetBeanDefinition

default void resetBeanDefinition(String beanName) {}

当一个BeanDefinition被重置后调用 。

AutowireCapableBeanFactory 接口

AutowireCapableBeanFactory继承自BeanFactory，除了提供基础的Bean操做外，从接口的名字就能够推断出的它还有自动注入的能力。AutowireCapableBeanFactory 提供四种注入模型：

• AUTOWIRE_NO： 没有显示的定义注入模型
• AUTOWIRE_BY_NAME： 经过Bean名称注入
• AUTOWIRE_BY_TYPE： 经过Bean的类型注入
• AUTOWIRE_CONSTRUCTOR：经过Bean的构造方法注入

AutowireCapableBeanFactory 接口有很多方法，但大部分都是跟自动注入的相关。@Autowired 的主要功能就是在Bean实例化后，为其设置属性，因此在 AutowireCapableBeanFactory 接口有一个 createBean方法，用于建立Bean并设置Bean的属性：

<T> T createBean(Class<T> beanClass) throws BeansException;

createBean方法，它的调用时机是建立Bean的时候，稍后会说到它的调用时机。

AbstractAutowireCapableBeanFactory

AbstractAutowireCapableBeanFactory 继承 AbstractBeanFactory并实现了AutowireCapableBeanFactory接口，因此它也实现了AutowireCapableBeanFactory中的createBean方法。

public <T> T createBean(Class<T> beanClass) throws BeansException {     

// Use prototype bean definition, to avoid registering bean as dependent bean.      

RootBeanDefinition bd = new RootBeanDefinition(beanClass);      
bd.setScope(SCOPE_PROTOTYPE);     

bd.allowCaching = ClassUtils.isCacheSafe(beanClass, getBeanClassLoader());      

return (T) createBean(beanClass.getName(), bd, null);}

Bean建立的生命周期

经过了解Bean建立的生命周期，才能够将上面与 @Autowired 相关的类串起来，首先这里不会过多的介绍Bean的建立细节，只关注自动注入相关的代码。

Bean的建立过程

Spring中默认的Bean都是懒加载的，因此一个Bean的建立会从调用getBean方法开始，若是不考虑缓存、上层容器的状况，Bean的建立会通过如下方法：

• getBean：BeanFactory的方法，获取Bean实例
• doGetBean：获取Bean的实例，获取顺序依次为：单例池、父容器，若是从以上2种途径都没获取到Bean实例就会建立新的
• createBean：建立 Bean，这里的createBean，跟上面介绍的是一回事
• doCreateBean：建立Bean实例
• populateBean：设置Bean属性

以上流程中的getBean和doGetBean很少做说明了， 重点关注createBean前面提到AbstractAutowireCapableBeanFactory.createBean方法，因此说你在调用getBean方法获取Bean的实例时，若是这个Bean实例尚未被建立，那么createBean就会被调用。

经过简单的说明Bean建立的生命周期，就能找到 @Autowired 注解实现的入口，接下来再继续跟踪createBean方法。

收集注入元信息

收集注入元信息的步骤的，其实就是调用AutowiredAnnotationBeanPostProcessor类方法来实现的。

Bean 建立以前

如下是createBean方法，在Bean建立以前调用postProcessBeforeInstantiation的地方。为是阅读方便省略了一些代码，大体的流程就是：

• 首先调用 resolveBeforeInstantiation 方法，执行 InstantiationAwareBeanPostProcessor.postProcessBeforeInstantiation方法
• 若是postProcessBeforeInstantiation返回Bean实例那么直接返回这个实例，若是返回nul 继续调用doCreateBean

@Override
protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
      throws BeanCreationException {
 
   ...

   try {
      // Give BeanPostProcessors a chance to return a proxy instead of the target bean instance.
      Object bean = resolveBeforeInstantiation(beanName, mbdToUse);
      if (bean != null) {
         return bean;
      }
   }
   catch (Throwable ex) {
        ...
   }
   
     ...
    Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
    ...
   
   ...
 }
   
 @Nullable
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) {
               bean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(bean, beanName);
            }
         }
      }
      mbd.beforeInstantiationResolved = (bean != null);
   }
   return bean;
}

这里 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 的 postProcessBeforeInstantiation 的方法会被调用，因为AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 并无重写这个方法，因此什么都不作。

操做 BeanDefinition

上面说过 postProcessBeforeInstantiation 方法返回 null 的话会继续执行doCreateBean方法：

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
      throws BeanCreationException {


   // Allow post-processors to modify the merged bean definition.
   synchronized (mbd.postProcessingLock) {
      if (!mbd.postProcessed) {
         try {
            applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(mbd, beanType, beanName);
         }
         catch (Throwable ex) {
            throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
                  "Post-processing of merged bean definition failed", ex);
         }
         mbd.postProcessed = true;
      }
   }

  ...
 populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
 ...

在 doCreateBean 方法中，会调用调用applyMergedBeanDefinitionPostProcessors方法：

protected void applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(RootBeanDefinition mbd, Class<?> beanType, String beanName) {
   for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
      if (bp instanceof MergedBeanDefinitionPostProcessor) {
         MergedBeanDefinitionPostProcessor bdp = (MergedBeanDefinitionPostProcessor) bp;
         bdp.postProcessMergedBeanDefinition(mbd, beanType, beanName);
      }
   }

MergedBeanDefinitionPostProcessor接口上面提到到的，AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 实现了这个接口因此直接进入到 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 中的 postProcessMergedBeanDefinition方法：

@Override
public void postProcessMergedBeanDefinition(RootBeanDefinition beanDefinition, Class<?> beanType, String beanName) {
   InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, beanType, null);
   metadata.checkConfigMembers(beanDefinition);
}

查找注入元数据

接着继续进入到findAutowiringMetadata，findAutowiringMetadata 会调用buildAutowiringMetadata方法建立注入元数据，而后将元数据缓存到injectionMetadataCache属性中：

private InjectionMetadata findAutowiringMetadata(String beanName, Class<?> clazz, @Nullable PropertyValues pvs) {
   // Fall back to class name as cache key, for backwards compatibility with custom callers.
   String cacheKey = (StringUtils.hasLength(beanName) ? beanName : clazz.getName());
   // Quick check on the concurrent map first, with minimal locking.
   InjectionMetadata metadata = this.injectionMetadataCache.get(cacheKey);
   if (InjectionMetadata.needsRefresh(metadata, clazz)) {
      synchronized (this.injectionMetadataCache) {
         metadata = this.injectionMetadataCache.get(cacheKey);
         if (InjectionMetadata.needsRefresh(metadata, clazz)) {
            ...
            metadata = buildAutowiringMetadata(clazz);
            this.injectionMetadataCache.put(cacheKey, metadata);
         }
      }
   }
   return metadata;
}

建立注入元数据

仔细查看buildAutowiringMetadata方法的实现，它会反射类的方法和属性，同时还会向上查找父类，而后生成InjectionMetadata。

private InjectionMetadata buildAutowiringMetadata(final Class<?> clazz) {
        if (!AnnotationUtils.isCandidateClass(clazz, this.autowiredAnnotationTypes)) {
            return InjectionMetadata.EMPTY;
        }

        List<InjectionMetadata.InjectedElement> elements = new ArrayList<>();
        Class<?> targetClass = clazz;

        do {
            final List<InjectionMetadata.InjectedElement> currElements = new ArrayList<>();

            ReflectionUtils.doWithLocalFields(targetClass, field -> {
                MergedAnnotation<?> ann = findAutowiredAnnotation(field);
                if (ann != null) {
                    if (Modifier.isStatic(field.getModifiers())) {
                        if (logger.isInfoEnabled()) {
                            logger.info("Autowired annotation is not supported on static fields: " + field);
                        }
                        return;
                    }
                    boolean required = determineRequiredStatus(ann);
                    currElements.add(new AutowiredFieldElement(field, required));
                }
            });

            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);
                    currElements.add(new AutowiredMethodElement(method, required, pd));
                }
            });

            elements.addAll(0, currElements);
            targetClass = targetClass.getSuperclass();
        }
        while (targetClass != null && targetClass != Object.class);

        return InjectionMetadata.forElements(elements, clazz);
    }

小结

收集注入元数据过程，首先调用AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.postProcessMergedBeanDefinition方法，而后调用findAutowiringMetadata方法查找元数据，若是找到相应类的注入元数据 ，就会调用buildAutowiringMetadata方法建立InjectionMetadata，最后将新建立的注入元数据保存在injectionMetadataCache缓存起来。

设置Bean属性

收信完注入元数据后，Bean的属性仍是没有注入的，还须要将执行属性注入。仍是在doCreateBean方法中，收集完注入元数据后，紧接着会调用populateBean：

protected void populateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable BeanWrapper bw) {
   
boolean hasInstAwareBpps = hasInstantiationAwareBeanPostProcessors();
boolean needsDepCheck = (mbd.getDependencyCheck() != AbstractBeanDefinition.DEPENDENCY_CHECK_NONE);

PropertyDescriptor[] filteredPds = null;
if (hasInstAwareBpps) {
   if (pvs == null) {
      pvs = mbd.getPropertyValues();
   }
   for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
      if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
         InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
         PropertyValues pvsToUse = ibp.postProcessProperties(pvs, bw.getWrappedInstance(), beanName);
         if (pvsToUse == null) {
            if (filteredPds == null) {
               filteredPds = filterPropertyDescriptorsForDependencyCheck(bw, mbd.allowCaching);
            }
            pvsToUse = ibp.postProcessPropertyValues(pvs, filteredPds, bw.getWrappedInstance(), beanName);
            if (pvsToUse == null) {
               return;
            }
         }
         pvs = pvsToUse;
      }
   }
   }
}

能够看到在populateBean中会调用InstantiationAwareBeanPostProcessor.postProcessProperties方法，因为已经知道 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 是实现 InstantiationAwareBeanPostProcessor 的，因此能够直接查看实现方法：

@Override
public PropertyValues postProcessProperties(PropertyValues pvs, Object bean, String beanName) {
   InjectionMetadata metadata = findResourceMetadata(beanName, bean.getClass(), pvs);
   try {
      metadata.inject(bean, beanName, pvs);
   }
   catch (Throwable ex) {
      throw new BeanCreationException(beanName, "Injection of resource dependencies failed", ex);
   }
   return pvs;
}

postProcessProperties就很简单的，查找 InjectMetadata，而后调用 InjectMetadata.inject方法。到这里其实就已经知道@Autowire的实现机制了，接下来就是根据InjectionMetadata中的信息实现属性注入了。

若是须要深刻研究的话，有兴趣的还能够继续往下看。

总结

本文大体讲解了 @Autowire 相关的类与实现的机制，@Autowire 注解的实现主要是理解AutowiredAnnotationBeanPostProcessor类，还有收集注入元数据、设置注入属性的调用时机。

经过查看AutowiredAnnotationBeanPostProcessor类源码，相信你也能够自定义注入功能。

本人知识水平有限，若有错误，谢谢你们指正。

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