Spring MVC 解读——@Autowired 依赖注入原理

Spring MVC 解读——@Autowired

一、@Autowired

作为一个Spring开发者对@Autowired注解必定是非常了解了, 顾名思义自动装配，应该是Spring会自动将我们标记为@Autowired的元素装配好，与其猜测不如看看它的定义：

@Target({ElementType.CONSTRUCTOR, ElementType.FIELD, ElementType.METHOD,
                         ElementType.ANNOTATION_TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface Autowired {
    boolean required() default true;
}

很明显这个注解可以用到构造器，变量域，方法，注解类型上。文档上这样描述：将一个构造器，变量域，setter方法，config方法标记为被Spring DI 工具自动装配。换句话说，我们视图从bean 工厂中获取一个bean时，Spring会自动为我们装配该bean中标记为@Autowired的元素，而无需我们手动完成。这些相信大家都明白，但问题是，Spring是怎样做到的？在Spring MVC中怎样做到的？什么时候进行的自动装配？下面我们就来探究下这些问题。

二、BeanPostProcessor

在@Autowired的定义中有下面一段话：

Note that actual injection is performed through a BeanPostProcessor 
which in turn means that you cannot use @Autowired to inject references into BeanPostProcessor
or BeanFactoryPostProcessor types. 
Please consult the javadoc for the AutowiredAnnotationBeanPostProcessor class 
(which, by default, checks for the presence of this annotation).

意思是：实际的注入装配动作是由BeanPostProcessor执行的，翻过来说你不能将@Autowired注解用于BeanPostProcessor或BeanFactoryPostProcessor类型上。请查看AutowiredAnnotationBeanPostProcessor文档（默认情况下，被用来检查@Autowired注解）。

文档说的很清楚了，BeanPostProcessor来执行自动装配，并且默认情况下使用AutowiredAnnotationBeanPostProcessor实现类完成。那我们不妨看一下他们的定义：

public interface BeanPostProcessor {
    Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;
    Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;
}

BeanPostProcessor就一个回调接口，定义了两个方法声明，一个是实例化前被调用，一个是实例化后被调用，没啥好看的，我们直接看看它的实现类AutowiredAnnotationBeanPostProcessor：

BeanPostProcessor implementation that autowires annotated fields, setter methods and arbitrary 
config methods. Such members to be injected are detected through a Java 5 annotation: 
by default, Spring's @Autowired and @Value annotations.Also supports JSR-330's @Inject 
annotation, if available, as a direct alternative to Spring's own @Autowired.

Note: A default AutowiredAnnotationBeanPostProcessor will be registered by 
the "context:annotation-config" and "context:component-scan" XML tags.

NOTE: Annotation injection will be performed before XML 
injection; thus the latter configuration will override the former for properties 
wired through both approaches.

上面是AutowiredAnnotationBeanPostProcessor类的描述文档摘要，大致意思是：这是BeanPostProcessor接口的一个实现，用来自动装配注解的变量域，setter方法和任意的config方法。这些被注入的元素是通过检测Java 5的注解完成的：默认情况下是@Autowired和@Value注解。同样也支持JSR-330的@Inject注解。并且，和XML标签可以默认注册AutowiredAnnotationBeanPostProcessor到bean工厂中。最后，注解注入会在XML注入之前执行；因此后面的配置会覆盖前面已经装配好的元素。

是不是很清楚了？Spring的文档总是这么详细，要么说是教科书呢，废话不多说，我们才刚进正题呢，既然我们清楚了是AutowiredAnnotationBeanPostProcessor实例执行了自动装配，那么它做了什么呢？

三、磨刀砍柴

在正式查看源码前，我先大致的讲一下整个装配的过程，以便后面理解起来轻松些。其实整体思路还是很简单的，我们举个简单的例子：

//==================================Controller
@Controller
public class SimpleController {
    @Autowired
    private SimpleService simpleService;
}
//==================================Service
@Service("simpleService")
public class SimpleServiceImpl implements SimpleService {
    @Autowired
    private SimpleDao simpleDao;
}
//===================================Repository
@Repository("simpleDao")
public class SimpleDaoImpl implements SimpleDao {
}

1）在某一时刻Spring调用了 Bean工厂 的 getBean(beanName) 方法。beanName可能是simpleController，或者simpleService，simpleDao，顺序没关系（因为后面会有依赖关系的处理）。我们假设simpleController吧。

2）getBean方法首先会调用Bean工厂中定义的getSingleton(beanName)方法，来判断是否存在该名字的bean单例，若果存在则返回，方法调用结束。

3）否则，Spring会检查是否存在父工厂，如果有则返回，方法调用结束。

4）否则，Spring 会检查该bean 定义（BeanDefinition实例，用来描述Bean结构，上篇文章讲到过，component-scan 扫描后，就是将beanDefinition实例放入Bean工厂，此时Bean还没有被实例化。）是否有依赖关系，如果有，执行1）步，获取依赖的bean实例。

5）否则，Spring会尝试创建这个bean实例，创建实例前，Spring会检查确定调用的构造器，并实例化该Bean。

6）实例化完成后，Spring会调用Bean工厂的populateBean方法来填充bean实例的属性，也就是我们前面提到的自动转配了。populateBean方法便是调用了BeanPostProcessor实例来完成属性元素的自动装配工作。

7）在元素装配过程中，Spring会检查被装配的属性是否存在自动装配的其他属性，然后递归调用getBean方法，直到所有@Autowired的元素都被装配完成。如在装配simpleController中的simpleService属性时，发现SimpleServiceImpl实例中存在@Autowired属性simpleDao，然后调用getBean（simpleDao）方法，同样会执行1）-7）整个过程。所以可以看成一个递归过程。

8）装配完成后，Bean工厂会将所有的bean实例都添加到工厂中来。

注：我们知道Spring MVC是多线程单实例的MVC框架，就是说，对于同一个Controller，只会生成一个实例来处理所有的请求，因此bean实例只会实例化一次，并被存放在工厂中，以供其他请求使用。

好了，大致了解整个流程后我们看一下Spring的具体行为吧。

四、Bean 工厂

前面多次提到了Bean工厂，但一直没有说它到底是个什么，这里我们就彻底弄清楚吧，省的云里雾里，这样我们后面讲到Bean工厂就不会晕了。看过上一篇博客（[](http://my.oschina.net/HeliosFly/blog/203149)）的朋友可能记得DefaultListableBeanFactory这个类，当时是它保存了扫描到的组件--Bean Definition实例。那他是否是我们所说的Bean工厂呢？是否保存了Bean实例呢？答案是：对。

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我们可以看到DefaultLiableBeanFactory继承自DefaultSingletonBeanRegistry，AbstractBeanFactory，AbstractAutowireCapableBeanFactory。下面就列出了一下相关的Bean工厂中的属性和方法：

//==========================================================================================
//==============================DefaultListableBeanFactory================================
//==========================================================================================
//beanName-beanDefinition 的映射表
private final Map beanDefinitionMap = 
                                            new ConcurrentHashMap(64);
//beanName 列表
private final List beanDefinitionNames = new ArrayList();
//==========================================================================================
//=============================AbstractBeanFactory=================================
//==========================================================================================
//注册了所有的BeanPostProcessor实例，包括前面提到的用来处理@Autowired注解的
//AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 
private final List beanPostProcessors = new ArrayList();
//可能存在的父亲Bean工厂
private BeanFactory parentBeanFactory;
//==========================================================================================
//==============================DefaultSingletonBeanRegistry================================
//==========================================================================================
//beanName--bean单例的映射表
private final Map singletonObjects = new ConcurrentHashMap(64);
//注册过的beanName集合
private final Set registeredSingletons = new LinkedHashSet(64);
//beanName与该bean所依赖的Beans集合的映射表，如simpleDao依赖与simpleService，如果还有其他
service使用该Dao，如simpleService2那么是simpleDao->[simpleService,simpleService2]
private final Map> dependentBeanMap 
                                            = new ConcurrentHashMap>(64);
//恰好与上面相反，beanName与该bean所包含的beans的集合映射表，如simpleController->[simpleService]
private final Map> dependenciesForBeanMap 
                                            = new ConcurrentHashMap>(64);

可以看到Bean工厂中即存有bean definition的映射表，也存有bean name的别表，以及bean实例的映射表，还有依赖关系图。理解了这个对下面的实例化以及装配过程会有很大帮助。

五，实例化与装配

下面我们就从头到尾看一下整个的实例化和装配过程：

public Object getBean(String name) throws BeansException {
    return doGetBean(name, null, null, false);
}

@SuppressWarnings("unchecked")
protected  T doGetBean(final String name, final Class requiredType, 
                          final Object[] args, boolean typeCheckOnly)throws BeansException {
        //去掉工厂bean的前缀或者将别名转化为规范名
        final String beanName = transformedBeanName(name);
        Object bean;
        // 检查是否有已经注册的bean实例
        Object sharedInstance = getSingleton(beanName);
        if (sharedInstance != null && args == null) {
            //如果是工厂bean，获取工厂bean创建的bean
            bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, null);
        }
        else {
            //判断是否有父工厂，并且其中是否存在该bean实例？
            BeanFactory parentBeanFactory = getParentBeanFactory();
            if (parentBeanFactory != null && !containsBeanDefinition(beanName)) {
                String nameToLookup = originalBeanName(name);
                if (args != null) {
                    return (T) parentBeanFactory.getBean(nameToLookup, args);
                }
                else {
                    return parentBeanFactory.getBean(nameToLookup, requiredType);
                }
            }
            if (!typeCheckOnly) {
                markBeanAsCreated(beanName);//将该beanName标记为已经实例化
            }
            //获取该beanName对应的BeanDefinition实例，从上面说到的beanDefinitionMap表中查找
            final RootBeanDefinition mbd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
            checkMergedBeanDefinition(mbd, beanName, args);
            //判断是否有依赖bean
            String[] dependsOn = mbd.getDependsOn();
            if (dependsOn != null) {
                for (String dependsOnBean : dependsOn) {
                    getBean(dependsOnBean);//如果有依赖bean，递归调用getBean方法
                    registerDependentBean(dependsOnBean, beanName);//将依赖关系保存到 上面提到的
                    //dependBeanMap和dependencyForBeanMap中。
                }
            }
            // 真正的开始床架bean实例了。激动吧
            if (mbd.isSingleton()) {//beanDefinition中指定该实例为单例
                //去工厂中获取单例，如果没有创建一个，然后添加到工厂中，否则直接返回
                sharedInstance = getSingleton(beanName, new ObjectFactory