面试中碰到面试官问：”Spring 注解是如果工作的？“，当前我一惊，完了这不触及到我的知识误区了吗？，还好我机智，灵机一动回了句：Spring 注解的工作流程倒还没有看到，但是我知道@Autowired注解的工作流程，后面不用说了一顿巴拉，面试官都连连点头。
面试中要活用转移话题，要避免回答 ”不知道“，要引导面试官掉入你擅长的技术，然后才有机会教他作人。
@Autowired 相关的类
@Autowired 注解的主要功能就是完成自动注入，使用也非常简单（Spring都安排好了），但是要想知道 @Autowired 注解的内部现实，就需要看一下Spring源码了。接下来一步步的解剖 @Autowired 的实现原理，首先理一下与 @Autowired 注解相关的类，然后一步步的跟踪源码，直到理解 @Autowired 的原理。
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 类
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor是实现 @Autowired 功能的主要类，它有一些方法是会用解析 @Autowired 注解并实现自动注入的功能，下面是它的继承图：
从上图可以发现 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 最上层是 BeanPostProcessor 是一个后处理器，当然除了后处理器外中间还有InstantiationAwareBeanPostProcessor和MergedBeanDefinitionPostProcessor：
InstantiationAwareBeanPostProcessor 接口
postProcessBeforeInstantiation方法
在Bean实例化之前调用，可以返回一个Bean实例，默认返回null。
@Nullabledefault Object postProcessBeforeInstantiation(Class<?> beanClass, String
beanName) throws BeansException { return null;}
postProcessAfterInstantiation方法
在Bean创建完成后，设置属性之前调用。
default boolean postProcessAfterInstantiation(Object bean, String
beanName) throws BeansException { return true;}
postProcessProperties方法
@Nullable default PropertyValues postProcessProperties(PropertyValues pvs, Object
bean, String beanName) throws BeansException { return null;}
Bean创建完后，设置属性之前调用
先记住 InstantiationAwareBeanPostProcessor 接口，后面会跟踪调用它的地方，就很容易理解了。
MergedBeanDefinitionPostProcessor
MergedBeanDefinitionPostProcessor 也是一个继承 BeanPostProcessor 接口的后处理器，它的主要作用就是可以处理操作BeanDefinition对象，由于Bean的实例化是通过 BeanDefinition 的， 通过操作BeanDefinition ，这样可以使Bean的实例化时发生一些变化。
MergedBeanDefinitionPostProcessor 只有两个方法
postProcessMergedBeanDefinition方法
void postProcessMergedBeanDefinition(RootBeanDefinition beanDefinition,
Class<?> beanType, String beanName);
Bean的BeanDefinition 被合并后调用此方法。
resetBeanDefinition
default void resetBeanDefinition(String beanName) {}
当一个BeanDefinition被重置后调用 。
AutowireCapableBeanFactory 接口
AutowireCapableBeanFactory继承自BeanFactory，除了提供基础的Bean操作外，从接口的名字就可以推断出的它还有自动注入的能力。AutowireCapableBeanFactory 提供四种注入模型：
- AUTOWIRE_NO： 没有显示的定义注入模型
- AUTOWIRE_BY_NAME： 通过Bean名称注入
- AUTOWIRE_BY_TYPE： 通过Bean的类型注入
- AUTOWIRE_CONSTRUCTOR：通过Bean的构造方法注入
AutowireCapableBeanFactory 接口有不少方法，但大部分都是跟自动注入的相关。@Autowired 的主要功能就是在Bean实例化后，为其设置属性，所以在 AutowireCapableBeanFactory 接口有一个createBean方法，用于创建Bean并设置Bean的属性：
<T> T createBean(Class<T> beanClass) throws BeansException;
createBean方法，它的调用时机是创建Bean的时候，稍后会说到它的调用时机。
AbstractAutowireCapableBeanFactory
AbstractAutowireCapableBeanFactory 继承 AbstractBeanFactory并实现了AutowireCapableBeanFactory接口，所以它也实现了AutowireCapableBeanFactory中的createBean方法。
public <T> T createBean(Class<T> beanClass) throws BeansException {
// Use prototype bean definition, to avoid registering bean as dependent bean.
RootBeanDefinition bd = new RootBeanDefinition(beanClass);
bd.setScope(SCOPE_PROTOTYPE);
bd.allowCaching = ClassUtils.isCacheSafe(beanClass, getBeanClassLoader());
return (T) createBean(beanClass.getName(), bd, null);}
Bean创建的生命周期
通过了解Bean创建的生命周期，才可以将上面与 @Autowired 相关的类串起来，首先这里不会过多的介绍Bean的创建细节，只关注自动注入相关的代码。
Bean的创建过程
Spring中默认的Bean都是懒加载的，所以一个Bean的创建会从调用getBean方法开始，如果不考虑缓存、上层容器的情况，Bean的创建会经过以下方法：
- getBean：BeanFactory的方法，获取Bean实例
- doGetBean：获取Bean的实例，获取顺序依次为：单例池、父容器，如果从以上2种途径都没获取到Bean实例就会创建新的
- createBean：创建 Bean，这里的createBean，跟上面介绍的是一回事
- doCreateBean：创建Bean实例
- populateBean：设置Bean属性
以上流程中的getBean和doGetBean不多作说明了， 重点关注createBean前面提到AbstractAutowireCapableBeanFactory.createBean方法，所以说你在调用getBean方法获取Bean的实例时，如果这个Bean实例还没有被创建，那么createBean就会被调用。
通过简单的说明Bean创建的生命周期，就能找到 @Autowired 注解实现的入口，接下来再继续跟踪createBean方法。
收集注入元信息
收集注入元信息的步骤的，其实就是调用AutowiredAnnotationBeanPostProcessor类方法来实现的。
Bean 创建之前
以下是createBean方法，在Bean创建之前调用postProcessBeforeInstantiation的地方。为是阅读方便省略了一些代码，大致的流程就是：
- 首先调用 resolveBeforeInstantiation 方法，执行 InstantiationAwareBeanPostProcessor.postProcessBeforeInstantiation方法
- 如果postProcessBeforeInstantiation返回Bean实例那么直接返回这个实例，如果返回nul 继续调用doCreateBean
@Override
protected Object createBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable Object[] args)
throws BeanCreationException {
...
try {
// Give BeanPostProcessors a chance to return a proxy instead of the target bean instance.
Object bean = resolveBeforeInstantiation(beanName, mbdToUse);
if (bean != null) {
return bean;
}
}
catch (Throwable ex) {
...
}
...
Object beanInstance = doCreateBean(beanName, mbdToUse, args);
...
...
}
@Nullable
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) {
bean = applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(bean, beanName);
}
}
}
mbd.beforeInstantiationResolved = (bean != null);
}
return bean;
}
这里 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 的 postProcessBeforeInstantiation 的方法会被调用，由于AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 并没有重写这个方法，所以什么都不做。
操作 BeanDefinition
上面说过 postProcessBeforeInstantiation 方法返回 null 的话会继续执行doCreateBean方法：
protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final @Nullable Object[] args)
throws BeanCreationException {
// Allow post-processors to modify the merged bean definition.
synchronized (mbd.postProcessingLock) {
if (!mbd.postProcessed) {
try {
applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(mbd, beanType, beanName);
}
catch (Throwable ex) {
throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName,
"Post-processing of merged bean definition failed", ex);
}
mbd.postProcessed = true;
}
}
...
populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
...
在 doCreateBean 方法中，会调用调用applyMergedBeanDefinitionPostProcessors方法：
protected void applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(RootBeanDefinition mbd, Class<?> beanType, String beanName) {
for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
if (bp instanceof MergedBeanDefinitionPostProcessor) {
MergedBeanDefinitionPostProcessor bdp = (MergedBeanDefinitionPostProcessor) bp;
bdp.postProcessMergedBeanDefinition(mbd, beanType, beanName);
}
}
MergedBeanDefinitionPostProcessor接口上面提到到的，AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 实现了这个接口所以直接进入到 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 中的 postProcessMergedBeanDefinition方法：
@Override
public void postProcessMergedBeanDefinition(RootBeanDefinition beanDefinition, Class<?> beanType, String beanName) {
InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, beanType, null);
metadata.checkConfigMembers(beanDefinition);
}
查找注入元数据
接着继续进入到findAutowiringMetadata，findAutowiringMetadata 会调用buildAutowiringMetadata方法创建注入元数据，然后将元数据缓存到injectionMetadataCache属性中：
private InjectionMetadata findAutowiringMetadata(String beanName, Class<?> clazz, @Nullable PropertyValues pvs) {
// Fall back to class name as cache key, for backwards compatibility with custom callers.
String cacheKey = (StringUtils.hasLength(beanName) ? beanName : clazz.getName());
// Quick check on the concurrent map first, with minimal locking.
InjectionMetadata metadata = this.injectionMetadataCache.get(cacheKey);
if (InjectionMetadata.needsRefresh(metadata, clazz)) {
synchronized (this.injectionMetadataCache) {
metadata = this.injectionMetadataCache.get(cacheKey);
if (InjectionMetadata.needsRefresh(metadata, clazz)) {
...
metadata = buildAutowiringMetadata(clazz);
this.injectionMetadataCache.put(cacheKey, metadata);
}
}
}
return metadata;
}
创建注入元数据
仔细查看buildAutowiringMetadata方法的实现，它会反射类的方法和属性，同时还会向上查找父类，然后生成InjectionMetadata。
private InjectionMetadata buildAutowiringMetadata(final Class<?> clazz) {
if (!AnnotationUtils.isCandidateClass(clazz, this.autowiredAnnotationTypes)) {
return InjectionMetadata.EMPTY;
}
List<InjectionMetadata.InjectedElement> elements = new ArrayList<>();
Class<?> targetClass = clazz;
do {
final List<InjectionMetadata.InjectedElement> currElements = new ArrayList<>();
ReflectionUtils.doWithLocalFields(targetClass, field -> {
MergedAnnotation<?> ann = findAutowiredAnnotation(field);
if (ann != null) {
if (Modifier.isStatic(field.getModifiers())) {
if (logger.isInfoEnabled()) {
logger.info("Autowired annotation is not supported on static fields: " + field);
}
return;
}
boolean required = determineRequiredStatus(ann);
currElements.add(new AutowiredFieldElement(field, required));
}
});
ReflectionUtils.doWithLocalMethods(targetClass, method -> {
Method bridgedMethod = BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(method);
if (!BridgeMethodResolver.isVisibilityBridgeMethodPair(method, bridgedMethod)) {
return;
}
MergedAnnotation<?> ann = findAutowiredAnnotation(bridgedMethod);
if (ann != null && method.equals(ClassUtils.getMostSpecificMethod(method, clazz))) {
if (Modifier.isStatic(method.getModifiers())) {
if (logger.isInfoEnabled()) {
logger.info("Autowired annotation is not supported on static methods: " + method);
}
return;
}
if (method.getParameterCount() == 0) {
if (logger.isInfoEnabled()) {
logger.info("Autowired annotation should only be used on methods with parameters: " +
method);
}
}
boolean required = determineRequiredStatus(ann);
PropertyDescriptor pd = BeanUtils.findPropertyForMethod(bridgedMethod, clazz);
currElements.add(new AutowiredMethodElement(method, required, pd));
}
});
elements.addAll(0, currElements);
targetClass = targetClass.getSuperclass();
}
while (targetClass != null && targetClass != Object.class);
return InjectionMetadata.forElements(elements, clazz);
}
小结
收集注入元数据过程，首先调用AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.postProcessMergedBeanDefinition方法，然后调用findAutowiringMetadata方法查找元数据，如果找到相应类的注入元数据 ，就会调用buildAutowiringMetadata方法创建InjectionMetadata，最后将新创建的注入元数据保存在injectionMetadataCache缓存起来。
设置Bean属性
收信完注入元数据后，Bean的属性还是没有注入的，还需要将执行属性注入。还是在doCreateBean方法中，收集完注入元数据后，紧接着会调用populateBean：
protected void populateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable BeanWrapper bw) {
boolean hasInstAwareBpps = hasInstantiationAwareBeanPostProcessors();
boolean needsDepCheck = (mbd.getDependencyCheck() != AbstractBeanDefinition.DEPENDENCY_CHECK_NONE);
PropertyDescriptor[] filteredPds = null;
if (hasInstAwareBpps) {
if (pvs == null) {
pvs = mbd.getPropertyValues();
}
for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
PropertyValues pvsToUse = ibp.postProcessProperties(pvs, bw.getWrappedInstance(), beanName);
if (pvsToUse == null) {
if (filteredPds == null) {
filteredPds = filterPropertyDescriptorsForDependencyCheck(bw, mbd.allowCaching);
}
pvsToUse = ibp.postProcessPropertyValues(pvs, filteredPds, bw.getWrappedInstance(), beanName);
if (pvsToUse == null) {
return;
}
}
pvs = pvsToUse;
}
}
}
}
可以看到在populateBean中会调用InstantiationAwareBeanPostProcessor.postProcessProperties方法，由于已经知道 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 是实现 InstantiationAwareBeanPostProcessor 的，所以可以直接查看实现方法：
@Override
public PropertyValues postProcessProperties(PropertyValues pvs, Object bean, String beanName) {
InjectionMetadata metadata = findResourceMetadata(beanName, bean.getClass(), pvs);
try {
metadata.inject(bean, beanName, pvs);
}
catch (Throwable ex) {
throw new BeanCreationException(beanName, "Injection of resource dependencies failed", ex);
}
return pvs;
}
postProcessProperties就很简单的，查找 InjectMetadata，然后调用 InjectMetadata.inject方法。到这里其实就已经知道@Autowire的实现机制了，接下来就是根据InjectionMetadata中的信息实现属性注入了。
如果需要深入研究的话，有兴趣的还可以继续往下看。
总结
本文大致讲解了 @Autowire 相关的类与实现的机制，@Autowire 注解的实现主要是理解AutowiredAnnotationBeanPostProcessor类，还有收集注入元数据、设置注入属性的调用时机。
通过查看AutowiredAnnotationBeanPostProcessor类源码，相信你也可以自定义注入功能。
最后
感谢大家看到这里，如果本文有什么不足之处，欢迎多多指教；如果你觉得对你有帮助，请给我点个赞。
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