Spring 源码（九）@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

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

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：

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()) {
        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。