从 @SpringBootApplication 入手,理解 Spring 注解驱动编程

前言

几乎所有的 Spring Boot 应用都会在启动类上添加 @SpringBootApplication ,可以说它是 Spring Boot 应用最核心的注解了。Spring Boot 基于 Spring Framework , @SpringBootApplication 也不例外,这篇希望在理解 @SpringBootApplication 的基础上将Spring注解的内容进行串联,以便达到融会贯通的效果。

理解 @SpringBootApplication 语义

即便初学者不理解 @SpringBootApplication ,通常来说也会把这个注解添加到启动类,然后将启动类放在根包下面。

@SpringBootApplication
public class SpringBootDemoApplication {

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

}

可以说上面的代码,就是 Spring Boot 应用的一个模板,所有的 Spring Boot 应用都有类似的代码。

关于 @SpringBootApplication 的注解语义,Spring 官网在 “ 3.6 Using the @SpringBootApplication Annotation ” 描述如下:

许多 Spring Boot 开发者喜欢在他们的应用中使用自动装配、组件扫描以及在配置类上定义额外的配置。单个 @SpringBootApplication 注解已经用来启动这三个特性,即:

EnableAutoConfiguration:启用 Spring Boot 自动装配机制。

@ComponentScan:启用应用中包下面的 @Component 扫描功能。

@Configuration:允许在上下文中注册 bean 或导入额外的配置类。

也就是说 @SpringBootApplication 相当于三个注解的组合,我们来看下这个注解的定义。

/**
 * @since 1.4.0
 */
@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 {
    ...省略属性
}

可以看到 @SpringBootApplication 被 @EnableAutoConfiguration 、 @ComponentScan 及 @SpringBootConfiguration 同时标注。

那么官网描述的 @Configuration 在哪呢?根据直觉我们看下 @SpringBootConfiguration 。

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Configuration
public @interface SpringBootConfiguration {
    ... 省略属性
}

可以看到 @SpringBootConfiguration 被 @Configuration 标注,因此 Spring 官网提到 @Configuration 注解。

不过 @SpringBootApplication 中的 @ComponentScan 注解并没有使用默认的属性配置,而是指定了 excludeFilters 属性值用来过滤扫描的组件, TypeExcludeFilter 根据用户自定义的 TypeExcludeFilter bean 过滤组件, AutoConfigurationExcludeFilter 用于跳过自动装配的配置类。

事实上, @SpringBootApplication 这个注解也不是在最初的版本就有的,而是在 Spring Boot 1.4 版本添加到 Spring Boot 框架中的,在此之前只能使用组合 @SpringBootApplication 注解的三个注解,它们的语义是保持一致的,如下所示。

@Configuration
@ComponentScan
@EnableAutoConfiguration
//@SpringBootApplication
public class SpringBootDemoApplication {

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

}

由于 @Configuration 、 @ComponentScan 、 @EnableAutoConfiguration 这三个注解使用较为频繁 Spring 官方才将其组合到一个注解中。

Spring 注解编程模型

注解作为元数据,只有被读取到才能发挥其作用,那么 Spring Boot 如何读取 @SpringBootApplication 注解的呢?

将 @SpringBootApplication 注解标注的 class 传入 SpringApplication.run 方法的参数后,Spring Boot 便会将这个 class 注册为 bean,之后 Spring 便会对这个 bean 进一步的处理,例如根据 @ComponentScan 进行组件扫描,根据 @EnableAutoConfiguration 进行自动装配。

这也意味着不必一定要把 @SpringBootApplication 添加到启动类,假如我们想把 @SpringBootApplication 添加到其他配置类,我们可以如下更改。

public class Config {
}

public class SpringBootDemoApplication {

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

}

事实上, @SpringBootApplication 只是将多个注解标注到自身,Spring Boot 也没有对这个注解做额外的处理,我们甚至可以自定义一个注解替代 @SpringBootApplication ,示例如下。

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@Configuration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan
public @interface CustomSpringBootApplication {
}

@CustomSpringBootApplication
public class SpringBootDemoApplication {

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

}

上述我们自定义的 @CustomSpringBootApplication 注解可以达到类似 @SpringBootApplication 注解的效果,这得益于 Spring 的注解编程模型,其中一些概念如下。

  1. 注解与元注解

标注在注解上的注解称为元注解,例如 @ComponentScan 注解标注在了 @SpringBootApplication 注解上, @ComponentScan 是 @SpringBootApplication 注解的元注解,同时称 @SpringBootApplication 被 @ComponentScan 注解元标注。

  1. 组合注解

被一个或多个注解标注的注解被称为组合注解,如 @SpringBootApplication 注解,组合注解的目的在于组合多个注解具备的功能。

例如 @SpringBootApplication 自动具备组件扫描、配置类、启动自动装配的功能。Spring 中的注解允许多层次 “继承”,例如 @Configuration 标注了 @SpringBootConfiguration , @SpringBootConfiguration 又标注了 @SpringBootApplication ,因此 @SpringBootApplication 标注的类成为一个配置类。

  1. 属性别名与属性重写

属性别名用于将一个属性指定为另一个属性的别名。使用 @AliasFor 注解进行标注。例如 Spring MVC 中的 @RequestMapping 注解。

@Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Mapping
public @interface RequestMapping {

 @AliasFor("path")
 String[] value() default {};

 @AliasFor("value")
 String[] path() default {};
}

path 和 value 属性上都标注了 @AliasFor 注解,它们互为对方的别名,使用时指定其中一个属性值即可,如果使用指定多个产生歧义则会报错。

由于注解不支持继承,用户无法直接指定元注解中的属性值,Spring 注解编程模型允许注解中的属性重写元注解中的属性。注解中的属性名称与元注解中的属性名称一致即可重写元注解属性,如果不一致还可以使用 @AliasFor 注解标注在注解属性上用来指定重写哪个元注解的哪个属性。例如对于 @SpringBootApplication 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 = ComponentScan.class, attribute = "basePackages")
 String[] scanBasePackages() default {};
 
}

@SpringBootApplication 注解的 scanBasePackages 属性就重写了元注解 @ComponentScan 的 basePackages 属性。

Spring 组件扫描
@SpringBootApplication 注解上标注了 @ComponentScan 注解,因此 @SpringBootApplication 可用于扫描组件,那么扫描组件的动作发生在什么时候呢?Spring 又是如何进行组件扫描的?

要理解 Spring 的组件扫描,还得看 Spring 的本质与历史。Spring 本质上只是一个管理 bean 的容器,并提供了依赖注入与依赖获取的能力,因此需要定义哪些 bean 交给 Spring 容器进行管理。

Spring 诞生初期,Java 注解还未诞生,Spring 采用业界广泛使用的 xml 作为配置文件。Spring 1.2 版本,第一个注解 @Transactiona l 诞生。到了 2.5 版本,Spring 才开始支持在 xml 配置 对类路径下进行扫描,并将标注了 @Component 的类注册为 bean。到了 Spring 3.0 版本, @Configuration 注解诞生,此时只能配合 @Import 、 @ImporResource 或者 @Bean 注解有限的配置一些 bean。直到 Spring 3.1 版本, @ComponentScan 注解才诞生,并提供了基于注解的 ApplicationContext 实现 AnnotationConfigApplicationContext 。

回到 Spring 对类路径下的组件扫描,流程大概如下,当使用 或直接使用基于注解的 ApplicationContext 对类路径扫描后,Spring 会查找符合条件的组件类,并将满足条件的这些类注册为 Spring bean,包括满足 @Conditional 及 @ComponentScan#excludeFilter 条件。然后使用 ConfigurationClassPostProcessor 在应用上下文的生命周期 bean 实例化前的阶段对配置类进一步的处理,配置类包括标注或元标注了 @Component 、 @ComponentScan 、 @Import 或 @ImportResource 注解的组件类,或存在 @Bean 注解的方法的组件类。

Spring Boot 将 @SpringBootApplication 标注的类注册为 bean 之后, ConfigurationClassPostProcessor 就会对这个类进一步处理了,当发现存在注解或元注解 @ComponentScan 就会进一步处理,扫描并注册 bean。

Spring Boot 自动装配
前文提到使用 @SpringBootApplication 注解后会自动开启自动装配功能,正是因为 @SpringBootApplication 被 @EnableAutoConfiguration 标注。

@EnableAutoConfiguration 使用了 Enable* 编程模型,主要利用 @Import 及 @Conditional 根据某些条件自动化装配一些 bean。

自动装配可以理解为当某些条件满足后 Spring 会自动注册一些 bean,而不需要手动进行配置。例如,当我们添加 spring-boot-starter-web 依赖后,Spring Boot 发现类路径下存在 Tomcat,就会自动注入一些 Web 相关的 bean,从而简化用户的配置。

如果 Spring Boot 未提供自动装配功能,我们则只能通过 @Enable* 编程模型手动的将某些功能模块的 bean 进行注册,Spring Boot 将一些与业务无关的 bean 的装配工作简化到 @EnableAutoConfiguration 注解后可谓是大大降低了 Spring Boot 的上手门槛。

作为 Spring Boot 核心特性的自动装配,我们这里先简单理解,下面会对其单独介绍。

总结
这篇我们在介绍 @SpringBootApplication 的基础上,介绍了有关这个注解更底层的一些内容,包括注解编程模型、组件扫描、自动装配。

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