SpringBoot自动装配机制源码剖析【图文说明】
前言
SpringBoot主启动类被@SpringBootApplication所修饰，点击进去该注解，出现上图，会发现其为组合注解，本章节将会基于注解进行解释其自动装配在源码层面是怎么实现的，完整的注解调用链路如下图所示：
1.元注解
@Target注解
- 注解的作用目标
- @Target(ElementType.TYPE) //接口、类、枚举、注解
- @Target(ElementType.FIELD) //字段、枚举的常量
- @Target(ElementType.METHOD) //方法
- @Target(ElementType.PARAMETER) //方法参数
- @Target(ElementType.CONSTRUCTOR) //构造函数
- @Target(ElementType.LOCAL_VARIABLE) //局部变量
- @Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE) //注解
- @Target(ElementType.PACKAGE) //包
@Retention注解
- 修饰注解，是注解的注解，称为元注解
- SOURCE, // 编译器处理完Annotation后不存储在class中
- CLASS, // 编译器把Annotation存储在class中，这是默认值
- RUNTIME // 编译器把Annotation存储在class中，可以由虚拟机读取,反射需要
@Documented注解
- 这个Annotation可以被写入javadoc
上述三个元注解也是实现自定义注解的基础，不是很清楚的可以先看这篇：自定义注解
@Inherited 注解
- 作用先看这篇：@Inherited作用，简而言之：
@SpringBootApplication注解被@Inherited修饰，则SpringBoot主启动类也就具备了@SpringBootApplication注解的：
@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan
2.@ComponentScan注解
这个注解原来在SpringFramework中比较常见，而且其出现位置为配置文件：spring配置文件的applicationContext.xml或者springmvc的配置文件中，用来标识：扫描的包路径，这样就可以将我们定义的注解扫描进去。
在SpringBoot中，其关键作用是：默认扫描当前配置类所在包及子包下的所有组件， exclude 属性会将主启动类、自动配置类屏蔽掉
2.1 TypeExcludeFilter注解
其核心代码简单PO出，依赖BeanFactory，这个BeanFactory就是SpringFramework接口体系中的顶层，定义了基本的方法，如：getBean，containsBean，isSingleton，getType，isTypeMatch等。如下图(体系要比这个更丰富，推荐大家自己在Idea中生成查看，看SpringBoot源码的前提，建议先看Spring源码)：
TypeExcludeFilter核心方法为match()，其关键作用在于：拓展组件的过滤，提供一种扩展机制，能让我们向IOC容器中注册一些自定义的组件过滤器，以在包扫描的过程中过滤它们。会从 BeanFactory 中获取所有类型为 TypeExcludeFilter 的组件，去执行自定义的过滤方法。
2.2 AutoConfigurationExcludeFilter注解
其核心方法和TypeExcludeFilter一样，match()方法，但是实现有所区别，AutoConfigurationExcludeFilter的核心是：判断是否是一个配置类，且同时是否是一个自动配置的配置类
2.3 问题：SpringBoot怎么过滤不需要的组件
【面试题】：Spring IOC容器在boot中也是存在的对吧，那有一些Bean我不想在启动时就注入IOC容器，这种情况有遇到过吗？
【个人理解】：目前还没遇到，不过要是实现的话，在启动类上加上@ComponentScan注解，在value中写上指定的：*.class是可以实现的【参见2.4小结】，或继承TypeExcludeFilter ，重写match方法，如默认会加载com.test.TestService这个bean，则重写的方法中，
public class MyTypeExcludeFilter extends TypeExcludeFilter {
@Override
public boolean match(MetadataReader metadataReader, MetadataReaderFactory metadataReaderFactory)
throws IOException {
if("com.test.TestService".equals(metadataReader.getClassMetadata().getClassName())){
return false;
}
return true;
}
}或直接在boot配置文件中添加，其是支持的【但是我没细究如何配置，这个百度下应该就有】，如下：
2.4 小结
上述之后我们都能知道两个Exclude都有match方法，但是匹配什么？过滤什么？至少我在第一次看的时候还是很懵的，目前我的认知总结如下，可能不是很准确，提供出来给大家参考一下：
@ComponentScan注解会扫描Bean完成IOC注入，但是有一部分我们是不需要注入进IOC容器的，那么这种场景下我们就可以借助于我们这一小章节的注解进行实现，其实现方法就是：
import org.springframework.context.annotation.FilterType; import org.springframework.context.annotation.ComponentScan; @ComponentScan(excludeFilters = {@ComponentScan.Filter(type = FilterType.ASSIGNABLE_TYPE, classes = {TestBean.class})})
这种方式是官方给的一个参考方式，但是我们也可以清楚的看到弊端：仅适用于少量的，如果需要规避的扫描类很多，这个classes将会变的非常冗杂，当然也有很多解决方案，如继承TypeExcludeFilter ，重写match方法，更多方式自行百度下就行。
关于@AutoConfigurationExcludeFilter，能搜到的资料很少，区别就在于多了一部分AutoConfiguration，所以我目前的认知是：二者都能用来处理组件过滤，但是是TypeFilter接口的两种实现，一种主要服务于主启动类组件，一种服务于自动配置的组件，二者结合实现一个完整的组件过滤。
上图的BeanFactoryAware，BeanClassLoaderAware在Spring IOC容器中比较常见，也是Spring的Bean生命周期中会遇到的组件，这里就不再赘述，有需要的百度学习下即可，贴个简单的IOC接口体系(实际要更丰富)。
3.@SpringBootConfiguration注解
官方给的解释也是：@SpringBootConfiguration 是对 @Configuration注解(这个我们可能就比较熟悉了，不了解的参考：@Configuration)的一种封装，在上图我们也可看出，其核心作用是：标注在配置类上，且是主启动类(如果@Configuration标注就不必强调是主启动类)，基于这个注解，其所在的包路径位置获取之后EnableAutoConfiguration(第4节详细论述)注解扫描的依据，进而扫描出配置文件。
这里也说明了为什么SpringBoot的主启动类，我们是放在包的最外层，因为只有这样，我们的basePackage才能够获取到全部组件。
4.@EnableAutoConfiguration注解
我们简单了解下SpringFramework的装配吧：
其中：@Repository，@Service，@Controller为Component的衍生注解，后面配置实现可以参考这里：链接
【SpringFramework总结】
基于以上三种任意一种方式(我们常用的还是第一种注解模式)，就可以实现对应的装配机制，所谓的装配就是告诉我们的Spring我们要用哪些Bean，顶层的BeanFactory的子类ApplicationContext帮我们实现底层细节【IOC接口体系2.3小结有简略版】，IOC容器帮我们完成Bean的注入实现，其缓存机制帮我们规避循环依赖，以实现一个装配体系。
【SpringBoot自动装配开始】
这里我觉得还是直接拷贝其官方解释更好，也顺便翻译一下(个人理解可能会有偏差)
Enable auto-configuration of the Spring Application Context, attempting to guess and
configure beans that you are likely to need. Auto-configuration classes are usually
applied based on your classpath and what beans you have defined. For example, if you
have {@code tomcat-embedded.jar} on your classpath you are likely to want a
{@link TomcatServletWebServerFactory} (unless you have defined your own
{@link ServletWebServerFactory} bean).
-- Spring的自动配置上下文，会大致预估你需要使用的Bean，其依据就是项目中classpath中的jar、配置文件+我们自己定义的Bean(借助于上面SpringFramework的方式之一)，举例：比如引入了tomcat-embedded.jar，那么自动配置认为你大概率会使用TomcatServletWebServerFactory，于是就帮你初始化，除非你自己定义了一个自定义Bean:ServletWebServerFactory,即：自定义的优先级>系统默认配置，同级覆盖
When using {@link SpringBootApplication @SpringBootApplication}, the auto-configuration
of the context is automatically enabled and adding this annotation has therefore no
additional effect.
-- 当使用@SpringBootApplication注解时，自动配置注解再加到主启动类上不会有什么用，也是因为@SpringBootApplication注解是组合注解，其内部已经包含了自动配置的注解
Auto-configuration tries to be as intelligent as possible and will back-away as you
define more of your own configuration. You can always manually {@link #exclude()} any
configuration that you never want to apply (use {@link #excludeName()} if you don't
have access to them). You can also exclude them via the
{@code spring.autoconfigure.exclude} property. Auto-configuration is always applied
after user-defined beans have been registered.
-- 自动化配置会尽可能地智能化，当你的配置和自动化配置一致时，自动化配置自动就会失效。即用户配置>自动化配置权限。对于你不需要自动化配置的，可以通过exclude进行手动排除(就像上面2.3小结我们举例的
@ComponentScan(excludeFilters = {@ComponentScan.Filter(type = FilterType.ASSIGNABLE_TYPE, classes = {TestBean.class})}))，当然你也可以在配置文件中进行排除：spring.autoconfigure.exclude。
最后说了下，自动化配置的永远在用户定义的Bean注册之后进行。
The package of the class that is annotated with {@code @EnableAutoConfiguration},
usually via {@code @SpringBootApplication}, has specific significance and is often used
as a 'default'. For example, it will be used when scanning for {@code @Entity} classes.
It is generally recommended that you place {@code @EnableAutoConfiguration} (if you're
not using {@code @SpringBootApplication}) in a root package so that all sub-packages
and classes can be searched.
-- 就是说@SpringBootApplication,@EnableAutoConfiguration标注的类是具备意义的，一般会被系统认作默认配置启动类，因此建议标注有 @SpringBootApplication注解的文件最好放在根包中，这样所有的子包才能被扫描到。
Auto-configuration classes are regular Spring {@link Configuration @Configuration}
beans. They are located using the {@link SpringFactoriesLoader} mechanism (keyed
against this class). Generally auto-configuration beans are
{@link Conditional @Conditional} beans (most often using
{@link ConditionalOnClass @ConditionalOnClass} and
{@link ConditionalOnMissingBean @ConditionalOnMissingBean} annotations).
-- 被@Configuration标注的Spring的Bean就被认为是一个配置类，等同于ApplicationContext.xml，采用SpringFactoriesLoader机制，自动装配Bean常用以下注解实现：@Conditional，@ConditionalOnClass，@ConditionalOnMissingBean其完整代码如下所示，可看到它也是一个组合注解，主要包括4个元注解+2个自定义注解，所以这两个注解应该就是帮我们实现自动化配置的核心所在了。
4.1 @AutoConfigurationPackage注解概述
这个注解看起来就比较简单了，没有特别的代码，也只有4个元注解+1个自定义注解，但是可以看到这个注解@Import和上面的@EnableAutoConfiguration内部的value还是不一样的，区别在4.2讲解。
- @EnableAutoConfiguration：AutoConfigurationImportSelector.class
- @AutoConfigurationPackage：AutoConfigurationPackages.Registrar.class
前面我们也有提到，主启动类必须放在所有自定义组件的包的最外层，以保证Spring能扫描到它们，就是@AutoConfigurationPackage发挥的作用，【作用小结】：保证Spring扫描到所有子包，完成资源的加载.
其实现原理如下4.1.1：
4.2 AutoConfigurationPackage实现原理
在4.1的图可看到，他引入了一个@Import注解，这个注解引入了AutoConfigurationPackages.Registrar
Register 实现了 ImportBeanDefinitionRegister 接口，通过它实现向IOC容器手动注册组件，在重写的 registerBeanDefinitions 方法中，调用外部类的 AutoConfigurationPackages 的 register 方法，其中传参为：new PackageImport(metadata).getPackageName()，而实例化PackageImport的有参构造方法：
PackageImport(AnnotationMetadata metadata) {
this.packageName = ClassUtils.getPackageName(metadata.getClassName());
}可看到是通过metadata的类名来获取所在的包名，所以需要明确下metadata是什么？怎么获取的？为什么通过这个就可以获取到对应根包路径？
/**
* Register bean definitions as necessary based on the given annotation metadata of
* the importing {@code @Configuration} class.
* Note that {@link BeanDefinitionRegistryPostProcessor} types may not be
* registered here, due to lifecycle constraints related to {@code @Configuration}
* class processing.
*
The default implementation is empty.
* @param importingClassMetadata annotation metadata of the importing class
* @param registry current bean definition registry
*/
default void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata importingClassMetadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
}
4.2.1.metadata是什么及获取方式？
这个是官方提供的registerBeanDefinitions方法的释义，重点就在：
@param importingClassMetadata annotation metadata of the importing class，即：传参是导入类的原信息，实际就是被@Import标注的class信息，实际就是我们每个SpringBoot启动类的类信息【这里我们能知道，他通过Register类重写的registerBeanDefinitions方法获取被@Import标注的类信息，即SpringBoot启动类的类信息，而启动类我们都是放在根包下面的，所以大概知道个端倪了】
4.2.2.metadata能做什么？
拿到了metadata这个形参，具体做什么就是这个方法要做的了，所以我们再回头看下这个4.1.1中的register方法【】。
大致思路是：首先会判断当前IOC容器中，是否已经有这个AutoConfigurationPackages，其中的BEAN是这个类的静态变量：private static final String BEAN = AutoConfigurationPackages.class.getName();
如果已经有了，则将其添加到basePackage【这个我们前面也有提到，实际就是一个去重之后是String数组，存储根包及所有子包组件，包含系统默认组件+用户自定义组件】中
如果没有，会创建一个新的Bean【存放在一个ConcurrentHashMap中维护，初始化size=256】，在else逻辑第三行会发现调用了一样方法：addIndexedArgumentValue，不同之处在于这里的第二个参数是直接传入的packageNames，即直接将主启动类的包名添加到basePackage中.即该注解还会帮我们完成Bean的注册与缓存。
4.2.3.问题：basePackages去重？为什么if-else两套？
【面试题】：register方法能获取所有的basePackage你刚讲到了，但是他怎么做到去重的呢？为什么这里需要有if-else两套逻辑，而且两套逻辑里的packageNames一个是直接添加，一个是调用方法呢？
【个人理解】：去重就是借助于一个Set
private static String[] addBasePackages(ConstructorArgumentValues constructorArguments, String[] packageNames) {
String[] existing = (String[]) constructorArguments.getIndexedArgumentValue(0, String[].class).getValue();
Set merged = new LinkedHashSet<>();
// 添加现有全部
merged.addAll(Arrays.asList(existing));
// 添加此次
merged.addAll(Arrays.asList(packageNames));
// 返回全部
return StringUtils.toStringArray(merged);
} 之所以就if-else两套逻辑，也是和Spring的Bean的IOC工厂一样，Bean是有缓存的，Bean的创建是单例+缓存进行存储的，底层是借助于一个size=256的ConcurrentHashMap【可能会问你Map体系了，顺便转移话题深度】进行存储，可以规避一些性能损耗，也可以快速响应，第一次那就先创建再添加，第一次创建的肯定没有添加到basePackage中，之后可能就已经添加过了，就需要进行去重了。一句带过就是：首次创建的Bean不会存在packageNames重复问题，而已存在的Bean可能已经添加过，需要借助于Set
4.2.4.小结
结合以上，我们能知道SpringBoot的自动配置，重要的一环就是获取全部的basePackage，而获取的方式是借助于@AutoConfigurationPackage 注解所引入的AutoConfigurationPackages.Register，对应的就是AutoConfigurationPackages下面的Register方法，该方法重写的registerBeanDefinitions方法帮我们获取全部的basePackages，同时帮我们做Bean注入，缓存，packageNames去重处理，以保证获取的name均为唯一。
4.3 AutoConfigurationImportSelector[核心]
注意每一层调用关系不要混乱，4.1-4.2平级，4.1.1是4.1的调用，4.1主要作用是获取basePackage，4.1.1是它的实现细节。
下面是AutoConfigurationImportSelector的继承关系视图，可以看到他继承了一系列的Aware接口，这也就保证了Bean在被初始化之后，能够获取对应的Aware资源【Aware系列在Spring的Bean声明周期中有强烈存在感，不是很清楚的可以百度下】
4.3.1 @DeferredImportSelector
DeferredImportSelector继承自ImportSelector，DeferredImportSelector 的执行时机，是在 @Configuration 注解中的其他逻辑被处理完毕之后（包括对 @ImportResource、@Bean 这些注解的处理）再执行 ，即DeferredImportSelector 的执行时机比 ImportSelector 更晚。
4.3.2 实现原理[核心]
【步骤1】：判断系统配置项是否开启了自动配置，也就是 isEnabled 方法，该方法默认true，未开启直接结束。
protected boolean isEnabled(AnnotationMetadata metadata) {
if (getClass() == AutoConfigurationImportSelector.class) {
return getEnvironment().getProperty(EnableAutoConfiguration.ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY, Boolean.class, true);
}
return true;
}getProperty方法三个参数
- 第一个：当前环境变量配置的key，会通过这个key查找配置文件配置的value
- 第二个：返回类型，转义成Boolean
- 第三个：默认值true
【步骤2】：获取元数据，入参path：META-INF/spring-autoconfigure-metadata.properties
static AutoConfigurationMetadata loadMetadata(ClassLoader classLoader, String path) {
try {
Enumeration urls = (classLoader != null) ? classLoader.getResources(path)
: ClassLoader.getSystemResources(path);
Properties properties = new Properties();
while (urls.hasMoreElements()) {
properties.putAll(PropertiesLoaderUtils.loadProperties(new UrlResource(urls.nextElement())));
}
return loadMetadata(properties);
}
catch (IOException ex) {
throw new IllegalArgumentException("Unable to load @ConditionalOnClass location [" + path + "]", ex);
}
} 可以看到在三目运算符中，用户配置>系统配置，AutoConfigurationMetadata是借助于属性文件实现的内部类进行返回的。
【步骤3】：核心是加载自动配置类，上来还是判断是否开启了自动配置，没则直接结束
protected AutoConfigurationEntry getAutoConfigurationEntry(AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata,
AnnotationMetadata annotationMetadata) {
if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
return EMPTY_ENTRY;
}
// 1.获取所有的attributes
AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);
// 2.SPI机制加载自动配置类configurations
List configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes);
// 3.步骤2结果去重
configurations = removeDuplicates(configurations);
// 4.基于1获取全部去重的Exclusion【过滤限制的配置项】
Set exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);
/**
* 5.检查是否有无效Exclusion，有则抛出IllegalStateException
* The following classes could not be excluded because they are not auto-configuration classes
* 不能排除下列类，因为它们不是自动配置类
*/
checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
// 6.清空configurations中的exclusions
configurations.removeAll(exclusions);
// 7.重新生成configurations，前面4.2的继承体系在这里发挥作用
configurations = filter(configurations, autoConfigurationMetadata);
fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
return new AutoConfigurationEntry(configurations, exclusions);
} 其中方法调用链路粗略绘制，如下所示：
关于SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames方法，这里还是需要说明一下，关键就在于这个方法，帮我们实现的全局自动配置
所以自动装配最后还是会回到配置文件，基于配置文件spring.factories的： org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\，去加载自动配置类的全限定类名，这个结果会是一个很长的字符串，如下：
之后装配到IOC容器中，之后的自动配置类就可以通过 ImportSelector 和 @Import 的机制被创建出，开始生效。
【SpringBoot自动装配结束】
4.3.3 自动装配做了什么
自动装配的最大好处，我觉得以下面这个例子说明应该就比较直观了。在传统的SSM框架中，我们使用Redis时候，需要在xml中定义Bean才可以使用，如：
用的时候就这样声明式调用：
@Autowired
public RedisTemplate redisTemplate;但是在SpringBoot框架中，我们引入jar包之后，只需要下面这样就可以直接使用，仔细看下你的SpringBoot项目是不是直接使用的，原因就在于自动化配置帮我们实现了。这应该就是最直观的感受了。
5.总结
@SpringBootApplication这个组合注解，主要分4个元注解+3个自定义注解：
@ComponentScan告诉去哪里扫描，如果遇到不想在启动初期加载进IOC容器的，主启动类组件通过TypeExcludeFilter，自动配置组件通过AutoConfigurationExcludeFilter进行过滤。
@SpringBootConfiguration标注主启动类，声明为一个配置类，为@EnableAutoConfiguration服务。
@EnableAutoConfiguration是自动化配置的核心，标识开启自动配置，是一个派生注解，其两个核心：@AutoConfigurationPackage帮助完成Bean注册，获取全部去重的packageNames；@AutoConfigurationImportSelector核心是借助于ImportSelector接口的selectImport方法实现，层层调用之后，最终会获取spring.factories文件下的配置信息，取到EnableAutoConfiguration指定的值，将这些值作为自动配置类导入到容器中，自动配置类就生效，帮我们进行自动配置工作。以前我们需要自己配置的东西，自动配置类都帮我们完成了。