深入分析@Bean源码

一、源码时序图

本节，就以源码时序图的方式，直观的感受下@Bean注解在Spring源码层面的执行流程。@Bean注解在Spring源码层面的执行流程如图所示：

由图可以看出，@Bean注解在Spring源码层面的执行流程会涉及到BeanTest类、AnnotationConfigApplicationContext类、AbstractApplicationContext类、PostProcessorRegistrationDelegate类、ConfigurationClassPostProcessor类、ConfigurationClassParser类、ConfigurationClassBeanDefinitionReader类和DefaultListableBeanFactory类。具体的源码执行细节参见源码解析部分。

二、源码解析

@Bean注解在Spring源码层面的执行流程，结合源码执行的时序图，会理解的更加深刻。

1. 运行案例程序启动类

在BeanTest类的main()方法中调用了AnnotationConfigApplicationContext类的构造方法，并传入了ComponentScanConfig类的Class对象来创建IOC容器。接下来，会进入AnnotationConfigApplicationContext类的构造方法。

2. 解析AnnotationConfigApplicationContext类的AnnotationConfigApplicationContext(Class… componentClasses)构造方法

public AnnotationConfigApplicationContext(Class<?>... componentClasses) {
    this();
    register(componentClasses);
    refresh();
}

可以看到，在上述构造方法中，调用了refresh()方法来刷新IOC容器。

3. 解析AbstractApplicationContext类的refresh()方法

@Override
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
        //############省略其他代码##############
        try {
            //############省略其他代码##############
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
           //############省略其他代码##############
        }catch (BeansException ex) {
            //############省略其他代码##############
        }finally {
            //############省略其他代码##############
        }
    }
}

refresh()方法是Spring中一个非常重要的方法，很多重要的功能和特性都是通过refresh()方法进行注入的。可以看到，在refresh()方法中，调用了invokeBeanFactoryPostProcessors()方法。

4. 解析AbstractApplicationContext类的invokeBeanFactoryPostProcessors(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory)方法

protected void invokeBeanFactoryPostProcessors(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
    PostProcessorRegistrationDelegate.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory, getBeanFactoryPostProcessors());
    if (!NativeDetector.inNativeImage() && beanFactory.getTempClassLoader() == null && beanFactory.containsBean(LOAD_TIME_WEAVER_BEAN_NAME)) {
        beanFactory.addBeanPostProcessor(new LoadTimeWeaverAwareProcessor(beanFactory));
        beanFactory.setTempClassLoader(new ContextTypeMatchClassLoader(beanFactory.getBeanClassLoader()));
    }
}

可以看到，在AbstractApplicationContext类的invokeBeanFactoryPostProcessors()方法中调用了PostProcessorRegistrationDelegate类的invokeBeanFactoryPostProcessors()方法。

5. 解析PostProcessorRegistrationDelegate类的invokeBeanFactoryPostProcessors(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory, ListbeanFactoryPostProcessors)方法

由于方法的源码比较长，这里，只关注当前最核心的逻辑，如下所示：

public static void invokeBeanFactoryPostProcessors(
    ConfigurableListableBeanFactory beanFactory, List<BeanFactoryPostProcessor> beanFactoryPostProcessors) {

    //############省略其他代码##############
    List<BeanDefinitionRegistryPostProcessor> currentRegistryProcessors = new ArrayList<>();

    // First, invoke the BeanDefinitionRegistryPostProcessors that implement PriorityOrdered.
    String[] postProcessorNames =
        beanFactory.getBeanNamesForType(BeanDefinitionRegistryPostProcessor.class, true, false);
    for (String ppName : postProcessorNames) {
        if (beanFactory.isTypeMatch(ppName, PriorityOrdered.class)) {
            currentRegistryProcessors.add(beanFactory.getBean(ppName, BeanDefinitionRegistryPostProcessor.class));
            processedBeans.add(ppName);
        }
    }
    sortPostProcessors(currentRegistryProcessors, beanFactory);
    registryProcessors.addAll(currentRegistryProcessors);
    invokeBeanDefinitionRegistryPostProcessors(currentRegistryProcessors, registry, beanFactory.getApplicationStartup());
    currentRegistryProcessors.clear();

    // Next, invoke the BeanDefinitionRegistryPostProcessors that implement Ordered.
    postProcessorNames = beanFactory.getBeanNamesForType(BeanDefinitionRegistryPostProcessor.class, true, false);
    for (String ppName : postProcessorNames) {
        if (!processedBeans.contains(ppName) && beanFactory.isTypeMatch(ppName, Ordered.class)) {
            currentRegistryProcessors.add(beanFactory.getBean(ppName, BeanDefinitionRegistryPostProcessor.class));
            processedBeans.add(ppName);
        }
    }
    sortPostProcessors(currentRegistryProcessors, beanFactory);
    registryProcessors.addAll(currentRegistryProcessors);
    invokeBeanDefinitionRegistryPostProcessors(currentRegistryProcessors, registry, beanFactory.getApplicationStartup());
    currentRegistryProcessors.clear();

    // Finally, invoke all other BeanDefinitionRegistryPostProcessors until no further ones appear.
    boolean reiterate = true;
    while (reiterate) {
        reiterate = false;
        postProcessorNames = beanFactory.getBeanNamesForType(BeanDefinitionRegistryPostProcessor.class, true, false);
        for (String ppName : postProcessorNames) {
            if (!processedBeans.contains(ppName)) {
                currentRegistryProcessors.add(beanFactory.getBean(ppName, BeanDefinitionRegistryPostProcessor.class));
                processedBeans.add(ppName);
                reiterate = true;
            }
        }
        sortPostProcessors(currentRegistryProcessors, beanFactory);
        registryProcessors.addAll(currentRegistryProcessors);
        invokeBeanDefinitionRegistryPostProcessors(currentRegistryProcessors, registry, beanFactory.getApplicationStartup());
        currentRegistryProcessors.clear();
    }
    //############省略其他代码##############
}

可以看到，在PostProcessorRegistrationDelegate类的invokeBeanFactoryPostProcessors(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory, ListbeanFactoryPostProcessors)方法中，BeanDefinitionRegistryPostProcessor的实现类在执行逻辑上会有先后顺序，并且最终都会调用invokeBeanDefinitionRegistryPostProcessors()方法。

6. 解析PostProcessorRegistrationDelegate类的invokeBeanDefinitionRegistryPostProcessors(Collection postProcessors, BeanDefinitionRegistry registry, ApplicationStartup applicationStartup)方法

private static void invokeBeanDefinitionRegistryPostProcessors(
    Collection<? extends BeanDefinitionRegistryPostProcessor> postProcessors, BeanDefinitionRegistry registry, ApplicationStartup applicationStartup) {

    for (BeanDefinitionRegistryPostProcessor postProcessor : postProcessors) {
        StartupStep postProcessBeanDefRegistry = applicationStartup.start("spring.context.beandef-registry.post-process")
            .tag("postProcessor", postProcessor::toString);
        postProcessor.postProcessBeanDefinitionRegistry(registry);
        postProcessBeanDefRegistry.end();
    }
}

可以看到，在invokeBeanDefinitionRegistryPostProcessors()方法中，会循环遍历postProcessors集合中的每个元素，调用postProcessBeanDefinitionRegistry()方法注册Bean的定义信息。

7. 解析ConfigurationClassPostProcessor类的postProcessBeanDefinitionRegistry(BeanDefinitionRegistry registry)方法

@Override
public void postProcessBeanDefinitionRegistry(BeanDefinitionRegistry registry) {
 //##########省略其他代码###################
    processConfigBeanDefinitions(registry);
}

可以看到，在postProcessBeanDefinitionRegistry()方法中，会调用processConfigBeanDefinitions()方法。

8. 解析ConfigurationClassPostProcessor类的processConfigBeanDefinitions(BeanDefinitionRegistry registry)方法

这里，重点关注方法中的如下逻辑：

public void processConfigBeanDefinitions(BeanDefinitionRegistry registry) {
    //############省略其他代码#################
    // Parse each @Configuration class
    ConfigurationClassParser parser = new ConfigurationClassParser(
        this.metadataReaderFactory, this.problemReporter, this.environment,
        this.resourceLoader, this.componentScanBeanNameGenerator, registry);
    
    Set<BeanDefinitionHolder> candidates = new LinkedHashSet<>(configCandidates);
    Set<ConfigurationClass> alreadyParsed = new HashSet<>(configCandidates.size());
    do {
        StartupStep processConfig = this.applicationStartup.start("spring.context.config-classes.parse");
        parser.parse(candidates);
        parser.validate();
        //############省略其他代码#################
        this.reader.loadBeanDefinitions(configClasses);
        alreadyParsed.addAll(configClasses);
        processConfig.tag("classCount", () -> String.valueOf(configClasses.size())).end();
        //############省略其他代码#################
    }
    while (!candidates.isEmpty());
    //############省略其他代码#################
}

可以看到，在processConfigBeanDefinitions()方法中，创建了一个ConfigurationClassParser类型的对象parser，并且调用了parser的parse()方法来解析类的配置信息。

9. 解析ConfigurationClassParser类的parse(SetconfigCandidates)方法

public void parse(Set<BeanDefinitionHolder> configCandidates) {
    for (BeanDefinitionHolder holder : configCandidates) {
        BeanDefinition bd = holder.getBeanDefinition();
        try {
            if (bd instanceof AnnotatedBeanDefinition) {
                parse(((AnnotatedBeanDefinition) bd).getMetadata(), holder.getBeanName());
            }
            else if (bd instanceof AbstractBeanDefinition && ((AbstractBeanDefinition) bd).hasBeanClass()) {
                parse(((AbstractBeanDefinition) bd).getBeanClass(), holder.getBeanName());
            }
            else {
                parse(bd.getBeanClassName(), holder.getBeanName());
            }
        }
        catch (BeanDefinitionStoreException ex) {
            throw ex;
        }
        catch (Throwable ex) {
            throw new BeanDefinitionStoreException(
                "Failed to parse configuration class [" + bd.getBeanClassName() + "]", ex);
        }
    }
    this.deferredImportSelectorHandler.process();
}

可以看到，在ConfigurationClassParser类的parse(SetconfigCandidates)方法中，调用了类中的另一个parse()方法。

10. 解析ConfigurationClassParser类的parse(AnnotationMetadata metadata, String beanName)方法

protected final void parse(AnnotationMetadata metadata, String beanName) throws IOException {
    processConfigurationClass(new ConfigurationClass(metadata, beanName), DEFAULT_EXCLUSION_FILTER);
}

可以看到，上述parse()方法的实现比较简单，直接调用了processConfigurationClass()方法。

11. 解析ConfigurationClassParser类的processConfigurationClass(ConfigurationClass configClass, Predicatefilter)方法

protected void processConfigurationClass(ConfigurationClass configClass, Predicate<String> filter) throws IOException {
    //###############省略其他代码####################
    SourceClass sourceClass = asSourceClass(configClass, filter);
    do {
        sourceClass = doProcessConfigurationClass(configClass, sourceClass, filter);
    }
    while (sourceClass != null);
    this.configurationClasses.put(configClass, configClass);
}

可以看到，在processConfigurationClass()方法中，会通过do-while()循环获取配置类和其父类的注解信息，SourceClass类中会封装配置类上注解的详细信息。在在processConfigurationClass()方法中，调用了doProcessConfigurationClass()方法。

12. 解析ConfigurationClassParser类的doProcessConfigurationClass(ConfigurationClass configClass, SourceClass sourceClass, Predicatefilter)方法

protected final SourceClass doProcessConfigurationClass(
    ConfigurationClass configClass, SourceClass sourceClass, Predicate<String> filter)
    throws IOException {
    //##################省略其他代码##################
    // Process individual @Bean methods
    Set<MethodMetadata> beanMethods = retrieveBeanMethodMetadata(sourceClass);
    for (MethodMetadata methodMetadata : beanMethods) {
        configClass.addBeanMethod(new BeanMethod(methodMetadata, configClass));
    }
    //##################省略其他代码##################
    // No superclass -> processing is complete
    return null;
}

这里，只关注与@Bean注解相关的方法，可以看到，在doProcessConfigurationClass()方法中调用了retrieveBeanMethodMetadata()方法来解析sourceClass中有关@Bean注解的属性信息。

13. 解析ConfigurationClassParser类的retrieveBeanMethodMetadata(SourceClass sourceClass)方法

private Set<MethodMetadata> retrieveBeanMethodMetadata(SourceClass sourceClass) {
    AnnotationMetadata original = sourceClass.getMetadata();
    Set<MethodMetadata> beanMethods = original.getAnnotatedMethods(Bean.class.getName());
    if (beanMethods.size() > 1 && original instanceof StandardAnnotationMetadata) {
        try {
            AnnotationMetadata asm = this.metadataReaderFactory.getMetadataReader(original.getClassName()).getAnnotationMetadata();
            Set<MethodMetadata> asmMethods = asm.getAnnotatedMethods(Bean.class.getName());
            if (asmMethods.size() >= beanMethods.size()) {
                Set<MethodMetadata> selectedMethods = new LinkedHashSet<>(asmMethods.size());
                for (MethodMetadata asmMethod : asmMethods) {
                    for (MethodMetadata beanMethod : beanMethods) {
                        if (beanMethod.getMethodName().equals(asmMethod.getMethodName())) {
                            selectedMethods.add(beanMethod);
                            break;
                        }
                    }
                }
                if (selectedMethods.size() == beanMethods.size()) {
                    beanMethods = selectedMethods;
                }
            }
        }
        catch (IOException ex) {
            logger.debug("Failed to read class file via ASM for determining @Bean method order", ex);
        }
    }
    return beanMethods;
}

可以看到，在retrieveBeanMethodMetadata()方法中主要是解析@Bean注解，并且将解析到的方法元数据存入 Set集合中并返回。

14. 回到ConfigurationClassParser类的doProcessConfigurationClass(ConfigurationClass configClass, SourceClass sourceClass, Predicatefilter)方法。

这里，还是重点看下方法中与@Bean注解有关的代码片段，如下所示：

Set<MethodMetadata> beanMethods = retrieveBeanMethodMetadata(sourceClass);
for (MethodMetadata methodMetadata : beanMethods) {
    configClass.addBeanMethod(new BeanMethod(methodMetadata, configClass));
}

调用retrieveBeanMethodMetadata()方法获取到标注了@Bean注解的方法的元数据集合后，遍历方法的元数据集合，将方法的元数据methodMetadata和配置类configClass传入BeanMethod类的构造方法，创建BeanMethod对象，并调用configClass的addBeanMethod()方法传入创建的BeanMethod对象。

configClass的addBeanMethod()方法的源码详见：org.springframework.context.annotation.ConfigurationClass#addBeanMethod(BeanMethod method)，如下所示：

void addBeanMethod(BeanMethod method) {
    this.beanMethods.add(method);
}

可以看到，在addBeanMethod()方法中，调用了beanMethods的add()方法添加BeanMethod对象。

beanMethods的源码详见：org.springframework.context.annotation.ConfigurationClass#beanMethods，如下所示：

private final Set<BeanMethod> beanMethods = new LinkedHashSet<>();

可以看到，beanMethods是一个LinkedHashSet类型的集合。也就是说，在ConfigurationClassParser类的doProcessConfigurationClass(ConfigurationClass configClass, SourceClass sourceClass, Predicatefilter)方法中，会将解析出的标注了@Bean注解的元数据封装成BeanMethod对象，添加到一个LinkedHashSet类型的beanMethods集合中。

15. 回到ConfigurationClassPostProcessor类的processConfigBeanDefinitions(BeanDefinitionRegistry registry)方法

此时，重点关注下如下源码片段：

public void processConfigBeanDefinitions(BeanDefinitionRegistry registry) {
    //############省略其他代码#################
    do {
        //############省略其他代码#################
        this.reader.loadBeanDefinitions(configClasses);
        alreadyParsed.addAll(configClasses);
        processConfig.tag("classCount", () -> String.valueOf(configClasses.size())).end();
        //############省略其他代码#################
    }
    while (!candidates.isEmpty());
    //############省略其他代码#################
}

可以看到，在processConfigBeanDefinitions()方法的do-while()循环中，调用了reader的loadBeanDefinitions()方法来加载Bean的定义信息。

16. 解析ConfigurationClassBeanDefinitionReader类的loadBeanDefinitions(SetconfigurationModel)方法

public void loadBeanDefinitions(Set<ConfigurationClass> configurationModel) {
    TrackedConditionEvaluator trackedConditionEvaluator = new TrackedConditionEvaluator();
    for (ConfigurationClass configClass : configurationModel) {
        loadBeanDefinitionsForConfigurationClass(configClass, trackedConditionEvaluator);
    }
}

可以看到，在loadBeanDefinitions()方法中，会循环遍历，传入的configurationModel集合，并调用loadBeanDefinitionsForConfigurationClass()方法处理遍历的每个元素。

17. 解析ConfigurationClassBeanDefinitionReader类的loadBeanDefinitionsForConfigurationClass(ConfigurationClass configClass, TrackedConditionEvaluator trackedConditionEvaluator)方法

private void loadBeanDefinitionsForConfigurationClass(
    ConfigurationClass configClass, TrackedConditionEvaluator trackedConditionEvaluator) {
    //###############省略其他代码################
    for (BeanMethod beanMethod : configClass.getBeanMethods()) {
        loadBeanDefinitionsForBeanMethod(beanMethod);
    }
 //###############省略其他代码################
}

可以看到，在loadBeanDefinitionsForConfigurationClass()方法中，会循环遍历通过configClass获取到的BeanMethod集合，并调用loadBeanDefinitionsForBeanMethod()方法处理遍历的每个BeanMethod对象。

18. 解析ConfigurationClassBeanDefinitionReader类的loadBeanDefinitionsForBeanMethod(BeanMethod beanMethod)方法

private void loadBeanDefinitionsForBeanMethod(BeanMethod beanMethod) {
    ConfigurationClass configClass = beanMethod.getConfigurationClass();
    MethodMetadata metadata = beanMethod.getMetadata();
    String methodName = metadata.getMethodName();
    if (this.conditionEvaluator.shouldSkip(metadata, ConfigurationPhase.REGISTER_BEAN)) {
        configClass.skippedBeanMethods.add(methodName);
        return;
    }
    if (configClass.skippedBeanMethods.contains(methodName)) {
        return;
    }
    AnnotationAttributes bean = AnnotationConfigUtils.attributesFor(metadata, Bean.class);
    Assert.state(bean != null, "No @Bean annotation attributes");
    List<String> names = new ArrayList<>(Arrays.asList(bean.getStringArray("name")));
    String beanName = (!names.isEmpty() ? names.remove(0) : methodName);
    for (String alias : names) {
        this.registry.registerAlias(beanName, alias);
    }
    if (isOverriddenByExistingDefinition(beanMethod, beanName)) {
        if (beanName.equals(beanMethod.getConfigurationClass().getBeanName())) {
            throw new BeanDefinitionStoreException(beanMethod.getConfigurationClass().getResource().getDescription(),
                                                   beanName, "Bean name derived from @Bean method '" + beanMethod.getMetadata().getMethodName() +
                                                   "' clashes with bean name for containing configuration class; please make those names unique!");
        }
        return;
    }

    ConfigurationClassBeanDefinition beanDef = new ConfigurationClassBeanDefinition(configClass, metadata, beanName);
    beanDef.setSource(this.sourceExtractor.extractSource(metadata, configClass.getResource()));

    if (metadata.isStatic()) {
        // static @Bean method
        if (configClass.getMetadata() instanceof StandardAnnotationMetadata sam) {
            beanDef.setBeanClass(sam.getIntrospectedClass());
        }
        else {
            beanDef.setBeanClassName(configClass.getMetadata().getClassName());
        }
        beanDef.setUniqueFactoryMethodName(methodName);
    }
    else {
        // instance @Bean method
        beanDef.setFactoryBeanName(configClass.getBeanName());
        beanDef.setUniqueFactoryMethodName(methodName);
    }

    if (metadata instanceof StandardMethodMetadata sam) {
        beanDef.setResolvedFactoryMethod(sam.getIntrospectedMethod());
    }

    beanDef.setAutowireMode(AbstractBeanDefinition.AUTOWIRE_CONSTRUCTOR);
    AnnotationConfigUtils.processCommonDefinitionAnnotations(beanDef, metadata);

    boolean autowireCandidate = bean.getBoolean("autowireCandidate");
    if (!autowireCandidate) {
        beanDef.setAutowireCandidate(false);
    }

    String initMethodName = bean.getString("initMethod");
    if (StringUtils.hasText(initMethodName)) {
        beanDef.setInitMethodName(initMethodName);
    }

    String destroyMethodName = bean.getString("destroyMethod");
    beanDef.setDestroyMethodName(destroyMethodName);
    ScopedProxyMode proxyMode = ScopedProxyMode.NO;
    AnnotationAttributes attributes = AnnotationConfigUtils.attributesFor(metadata, Scope.class);
    if (attributes != null) {
        beanDef.setScope(attributes.getString("value"));
        proxyMode = attributes.getEnum("proxyMode");
        if (proxyMode == ScopedProxyMode.DEFAULT) {
            proxyMode = ScopedProxyMode.NO;
        }
    }
    BeanDefinition beanDefToRegister = beanDef;
    if (proxyMode != ScopedProxyMode.NO) {
        BeanDefinitionHolder proxyDef = ScopedProxyCreator.createScopedProxy(
            new BeanDefinitionHolder(beanDef, beanName), this.registry,
            proxyMode == ScopedProxyMode.TARGET_CLASS);
        beanDefToRegister = new ConfigurationClassBeanDefinition(
            (RootBeanDefinition) proxyDef.getBeanDefinition(), configClass, metadata, beanName);
    }

    if (logger.isTraceEnabled()) {
        logger.trace(String.format("Registering bean definition for @Bean method %s.%s()",
                                   configClass.getMetadata().getClassName(), beanName));
    }
    this.registry.registerBeanDefinition(beanName, beanDefToRegister);
}

可以看到，在loadBeanDefinitionsForBeanMethod()方法中解析了@Bean注解中的属性信息，并将解析出的信息封装到一个BeanDefinition对象中，最终会调用registry对象的registerBeanDefinition()方法将封装的BeanDefinition对象注册到IOC容器中。

19. 解析DefaultListableBeanFactory类的registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)方法

@Override
public void registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)
    throws BeanDefinitionStoreException {
 //##############省略其他代码#################
    BeanDefinition existingDefinition = this.beanDefinitionMap.get(beanName);
    if (existingDefinition != null) {
        //##############省略其他代码#################
        this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
    }
    else {
        //##############省略其他代码#################
        if (hasBeanCreationStarted()) {
            // Cannot modify startup-time collection elements anymore (for stable iteration)
            synchronized (this.beanDefinitionMap) {
                this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
                List<String> updatedDefinitions = new ArrayList<>(this.beanDefinitionNames.size() + 1);
                updatedDefinitions.addAll(this.beanDefinitionNames);
                updatedDefinitions.add(beanName);
                this.beanDefinitionNames = updatedDefinitions;
                removeManualSingletonName(beanName);
            }
        }
        else {
            // Still in startup registration phase
            this.beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
            this.beanDefinitionNames.add(beanName);
            removeManualSingletonName(beanName);
        }
        this.frozenBeanDefinitionNames = null;
    }
    if (existingDefinition != null || containsSingleton(beanName)) {
        resetBeanDefinition(beanName);
    }
    else if (isConfigurationFrozen()) {
        clearByTypeCache();
    }
}

可以看到，Spring会解析这些标注了@Bean注解的方法，将解析出的信息封装成BeanDefinition对象注册到beanDefinitionMap中。这一点和第1章中，注册ConfigurationClassPostProcessor类的Bean定义信息有点类似。

好了，至此，@Bean注解在Spring源码中的执行流程分析完毕。