Spring Boot示例分析讲解自动化装配机制核心注解
作者：麦神-mirson 发布时间：2022-07-26 15:56:14
1. 自动化装配介绍
Spring Boot针对mvc做了大量封装，简化开发者的使用，内部是如何管理资源配置，Bean配置，环境变量配置以及启动配置等？ 实质是SpringBoot做了大量的注解封装，比如@SpringBootApplication， 同时采用Spring 4框架的新特性@Conditional基于条件的Bean创建管理机制来实现；
实际的工作场景中是复杂多样的， 有些项目需要不同的组件， 比如REDIS、MONGODB作缓存； RABBITMQ、KAFKA作消息队列； 有些项目运行环境不同， 比如JDK7、JDK8不同版本，面对众多复杂的需求， 又要做到最大化支持， Spring Boot是如何管理实现的， 这就依赖Conditional功能，基于条件的自动化配置。
2. Spring Boot 自动化配置UML图解
SpringBootApplication是我们所常用熟知的注解， 它是一个组合注解， 依赖多个注解，共同实现Spring Boot应用功能， 以下为所有依赖的UML图解，我们围绕这些注解深入研究，看下具体的实现。
3. Spring Boot 自动化配置核心注解分析
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) })
@ConfigurationPropertiesScan
public @interface SpringBootApplication {
/**
* 需要排除的自动化配置， 根据类名进行排除， 比如MongoAutoConfiguration， JpaRepositoriesAutoConfiguration等
*/
@AliasFor(annotation = EnableAutoConfiguration.class)
Class<?>[] exclude() default {};
/**
* 需要排除的自动化配置， 根据名称进行排除
*/
@AliasFor(annotation = EnableAutoConfiguration.class)
String[] excludeName() default {};
/**
* 指定需要扫描的包路径，参数填写包名
*/
@AliasFor(annotation = ComponentScan.class, attribute = "basePackages")
String[] scanBasePackages() default {};
/**
* 指定需要扫描的包路径
*/
@AliasFor(annotation = ComponentScan.class, attribute = "basePackageClasses")
Class<?>[] scanBasePackageClasses() default {};
/**
* Bean方法的 * 配置， 如果没有采用工厂方法， 可以标记为false， 采用cglib代理。
*/
@AliasFor(annotation = Configuration.class)
boolean proxyBeanMethods() default true;
}
3.1 @Inherited
java.lang.annotation.@Inherited 注解，从包名可以看出为JDK自带注解， 作用是让子类能够继承父类中引用Inherited的注解， 但需注意的是， 该注解作用范围只在类声明中有效； 如果是接口与接口的继承， 类与接口的继承， 是不会生效。
3.2 @SpringBootConfiguration
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Configuration(proxyBeanMethods = false)
public @interface SpringBootConfiguration {
/**
* Bean方法的 * 配置
*/
@AliasFor(annotation = Configuration.class)
boolean proxyBeanMethods() default true;
}
这是配置型处理注解， 可以看到内部源码引用了@Configuration注解，
自身没有太多的实现， 那为什么还需要再包装？官方给出的解释是对Spring的@Configuration的扩展，
用于实现SpringBoot的自动化配置。proxyBeanMethods属性默认为true， 作用是对bean的方法是否开启代理方式调用， 默认为true, 如果没有采用工厂方法，可以设为false， 通过cglib作 * 。
3.3 @EnableAutoConfiguration
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {
// 设置注解支持重载的标识
String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";
/**
* 排除自动化配置的组件， 如MongoAutoConfiguration， JpaRepositoriesAutoConfiguration等
*/
Class<?>[] exclude() default {};
/**
* 排除自动化配置的组件， 根据名称设置
*/
String[] excludeName() default {};
}
用于管理开启Spring Boot的各种自动化配置注解， 如datasource, mongodb, redis等，也是spring-boot-autoconfigure工程的核心注解。
AutoConfigurationPackage
它的主要作用是扫描主程序同级及下级的包路径所有Bean与组件注册到Spring Ioc容器中。
Import
它可以把没有声明配置的类注册到Spring Ioc容器中管理引用。 导入的AutoConfigurationImportSelector类实现BeanClassLoaderAware、ResourceLoaderAware、EnvironmentAware等接口， 管理类装载器， 资源装载器及环境配置等， 是一个负责处理自动化配置导入的选择管理器。在下面【@AutoConfigurationImportSelector剖析】进行详解。
3.4 @ComponentScan
这是我们在Spring下面常用的一个注解，它可以扫描Spring定义的注解， 如@Componment, @Service等， 常用的属性有basePackages扫描路径，includeFilters包含路径过滤器， excludeFilters排除路径过滤器，lazyInit是否懒加载等，能够非常灵活的扫描管理需要注册组件。
3.5 @ConfigurationPropertiesScan
作用是扫描指定包及子包路径下面的ConfigurationProperties注解，管理工程配置属性信息。主要属性为basePackages扫描路径， 支持多个路径，数组形式；basePackageClasses属性也可以具体到包下面的类，
支持多个配置。
3.6 @AutoConfigurationImportSelector
AutoConfigurationImportSelector 实现 DeferredImportSelector、BeanClassLoaderAware、ResourceLoaderAware、BeanFactoryAware、EnvironmentAware、Ordered 接口， 为自动化配置的核心处理类， 主要负责自动化配置规则的一系列处理逻辑：
/**
* {@link DeferredImportSelector} to handle {@link EnableAutoConfiguration
* auto-configuration}. This class can also be subclassed if a custom variant of
* {@link EnableAutoConfiguration @EnableAutoConfiguration} is needed.
*
* @author Phillip Webb
* @author Andy Wilkinson
* @author Stephane Nicoll
* @author Madhura Bhave
* @since 1.3.0
* @see EnableAutoConfiguration
*/
public class AutoConfigurationImportSelector implements DeferredImportSelector, BeanClassLoaderAware,
ResourceLoaderAware, BeanFactoryAware, EnvironmentAware, Ordered {
...
}
}
讲解几个技术点：
getCandidateConfigurations方法
protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(),
getBeanClassLoader());
Assert.notEmpty(configurations, "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories. If you "
+ "are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
return configurations;
}
该方法是获取所有Spring Boot声明定义的自动化配置类。
看下具体有哪些信息：
这些实际是配置在Spring-boot-autoconfigure工程下的META-INF/spring.factories文件中:
看到这里， 我们应该可以明白，为什么AOP，RABBIT，DATASOURCE, REIDS等组件SPRING BOOT都能帮我们快速配置实现，其实它内部遵循SPI机制， 已经把自动化配置做好了封装。
AutoConfigurationGroup类
它是AutoConfigurationImportSelector的内部类，实现了DeferredImportSelector.Group、BeanClassLoaderAware、BeanFactoryAware、ResourceLoaderAware接口，是一个重要的核心类。主要作用是负责自动化配置条目信息的记录， 排序，元数据处理等。它通过getImportGroup方法获取返回，该方法实现DeferredImportSelector的接口。
private static class AutoConfigurationGroup
implements DeferredImportSelector.Group, BeanClassLoaderAware, BeanFactoryAware, ResourceLoaderAware {
// 记录注解的元数据
private final Map<String, AnnotationMetadata> entries = new LinkedHashMap<>();
// 记录自动化配置条目，放入集合
private final List<AutoConfigurationEntry> autoConfigurationEntries = new ArrayList<>();
// 设置bean的类加载器
private ClassLoader beanClassLoader;
// 设置bean工厂信息
private BeanFactory beanFactory;
// 设置资源加载器信息
private ResourceLoader resourceLoader;
// 设置自动化配置的元数据记录
private AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata;
...
}
属性主要定义了一些自动化配置类目信息、BEAN工厂、类和资源加载器信息。entries条目有22条， 具体内容如下：
里面是主要的自动化配置类的元数据信息，autoConfigurationEntries属性就是具体的自动化配置条目。这些主要自动化类配置是Spring boot帮助我们实现mvc的核心功能，如请求分发，文件上传，参数验证，编码转换等功能。还有一部分是定制条件自动化配置类，
autoConfigurationMetadata元数据内容较多， 包含各种组件， 根据环境配置和版本不同， 这里可以看到共有705个：
由于Spring Boot支持众多插件，功能丰富， 数量较多； 这里存在些疑问， 这里面的元数据和上面的entries条目都是AutoConfiguration自动化配置类， 那有什么区别？ 其实这里面的， 都是基于条件的自动化配置。
我们就拿KafkaAutoConfiguration来看：
可以看到注解ConditionalOnClass，意思是KafkaAutoConfiguration生效的前提是基于KafkaTemplate类的初始化成功，这就是定制条件，也就是基于条件的自动化配置类，虽然有七百多个，但其实是根据工程实际用到的组件，才会触发加载对应的配置。 有关Conditional基于条件的自动化配置实现原理， 在下面我们再作深入研究。
继续看AutoConfigurationImportSelector内部类的selectImports方法：
@Override
public Iterable<Entry> selectImports() {
if (this.autoConfigurationEntries.isEmpty()) {
return Collections.emptyList();
}
// 将所有自动化条目根据配置的Exclusion条件作过滤， 并转换为SET集合
Set<String> allExclusions = this.autoConfigurationEntries.stream()
.map(AutoConfigurationEntry::getExclusions).flatMap(Collection::stream).collect(Collectors.toSet());
// SET集合， 记录所有需要处理的自动化配置
Set<String> processedConfigurations = this.autoConfigurationEntries.stream()
.map(AutoConfigurationEntry::getConfigurations).flatMap(Collection::stream)
.collect(Collectors.toCollection(LinkedHashSet::new));
// 两个SET， 做交集过滤， 排除不需要的配置
processedConfigurations.removeAll(allExclusions);
// 最后进行排序处理
return sortAutoConfigurations(processedConfigurations, getAutoConfigurationMetadata()).stream()
.map((importClassName) -> new Entry(this.entries.get(importClassName), importClassName))
.collect(Collectors.toList());
}
该方法是针对autoConfigurationEntries自动化配置条目做过滤，根据指定的排除规则处理；再根据设置的启动的优先级做排序整理。从代码中可以看到，先获取所有的allExclusions排除配置信息，再获取所有需要处理的processedConfigurations配置信息，然后做过滤处理，最后再调用sortAutoConfigurations方法，根据order顺序做排序整理。
AutoConfigurationImportSelector内部类的process方法：
@Override
public void process(AnnotationMetadata annotationMetadata, DeferredImportSelector deferredImportSelector) {
Assert.state(deferredImportSelector instanceof AutoConfigurationImportSelector,
() -> String.format("Only ％s implementations are supported, got ％s",
AutoConfigurationImportSelector.class.getSimpleName(),
deferredImportSelector.getClass().getName()));
// 获取自动化配置条目
AutoConfigurationEntry autoConfigurationEntry = ((AutoConfigurationImportSelector) deferredImportSelector)
.getAutoConfigurationEntry(getAutoConfigurationMetadata(), annotationMetadata);
// 记录获取的条目
this.autoConfigurationEntries.add(autoConfigurationEntry);
for (String importClassName : autoConfigurationEntry.getConfigurations()) {
// 放入成员变量entries中
this.entries.putIfAbsent(importClassName, annotationMetadata);
}
}
该方法是扫描获取autoConfigurationEntries自动化配置条目信息。
annotationMetadata参数：
为注解元数据，有也就是被@SpringBootApplication修饰的类信息，在这里就是我们的启动入口类信息。
deferredImportSelector参数：
通过@EnableAutoConfiguration注解定义的 @Import 的类，也就是AutoConfigurationImportSelector对象。根据配置，会加载指定的beanFactory、classLoader、resourceLoader和environment对象。
AutoConfigurationImportSelector内部类的getAutoConfigurationEntry方法：
protected AutoConfigurationEntry getAutoConfigurationEntry(AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata,
AnnotationMetadata annotationMetadata) {
// 1、判断是否开对应注解
if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
return EMPTY_ENTRY;
}
// 2、获取注解定义的属性
AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);
// 3、获取符合规则的Spring Boot 内置的自动化配置类， 并做去重处理
List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes);
configurations = removeDuplicates(configurations);
// 4、做排除规则匹配， 过滤处理
Set<String> exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);
checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
configurations.removeAll(exclusions);
configurations = filter(configurations, autoConfigurationMetadata);
// 5、触发自动导入处理完成事件
fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
return new AutoConfigurationEntry(configurations, exclusions);
}
该方法主要作用是获取Spring Boot 内置的自动化条目， 例AopAutoConfiguration等，该方法会调用上面讲解的getCandidateConfigurations方法。 主要步骤逻辑如下：
判断是否开启元注解扫描， 对应属性为spring.boot.enableautoconfiguration，默认情况下， 是开启自动配置。
获取定义的注解属性， 跟踪内部源码， 里面会返回exclude和excludeName等属性。
获取符合规则的Spring Boot 内置的自动化配置, 并做去重处理，也就是我们上面讲解的getCandidateConfigurations方法， 从中我们就可以理解其中的关联关系。
做排除规则检查与过滤处理， 根据上面第2个步骤获取的exclude等属性以及配置属性spring.autoconfigure.exclude做过滤处理。
触发自动导入完成事件， 该方法内部逻辑正常处理完成才会触发，会调用AutoConfigurationImportListener * 做通知处理。
3.7 @AutoConfigurationPackages
AutoConfigurationPackages是EnableAutoConfiguration上的另一个核心注解类， 官方解释为：
Indicates that the package containing the annotated class should be registered
意思是包含该注解的类，所在包下面的class， 都会注册到Spring Ioc容器中。对应源码：
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class)
public @interface AutoConfigurationPackage {
...
}
Import注解， 导入AutoConfigurationPackages抽象类下面的内部静态类Registrar，研究Registrar实现原理：
Registrar实现 ImportBeanDefinitionRegistrar、DeterminableImports 接口，它负责存储从@AutoConfigurationPackage注解扫描到的信息。 源码如下：
static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {
// 注册BEAN的定义信息
@Override
public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());
}
// 决定是否导入注解中的配置内容
@Override
public Set<Object> determineImports(AnnotationMetadata metadata) {
return Collections.singleton(new PackageImport(metadata));
}
}
这里面主要涉及到PackageImport类， 它是AutoConfigurationPackages的内部私有静态类，主要是记录导入的 报名信息， 源码如下：
/**
* Wrapper for a package import.
*/
private static final class PackageImport {
private final String packageName;
// 构造方法， 记录注解内容
PackageImport(AnnotationMetadata metadata) {
this.packageName = ClassUtils.getPackageName(metadata.getClassName());
}
// 获取指定包名称
public String getPackageName() {
return this.packageName;
}
// 重载父类比较逻辑， 根据包名判断
@Override
public boolean equals(Object obj) {
if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) {
return false;
}
return this.packageName.equals(((PackageImport) obj).packageName);
}
// 重载hash标识， 以包名的HASH值为准
@Override
public int hashCode() {
return this.packageName.hashCode();
}
// 重载toString， 打印内容
@Override
public String toString() {
return "Package Import " + this.packageName;
}
}
内部断点跟踪的话， 可以看到它记录的是我们启动类所在的包名。这也就是为什么不需要指定扫描包路径， 也会加载启动类所在包下面的JavaConfig配置信息。
回到上面Registrar的registerBeanDefinitions方法， 内部调用的是register方法:
它是处理记录AutoConfigurationPackages扫描包信息，源码如下：
public static void register(BeanDefinitionRegistry registry, String... packageNames) {
// 判断是否包含BEAN定义信息， 如果包含， 更新packageNames信息
if (registry.containsBeanDefinition(BEAN)) {
BeanDefinition beanDefinition = registry.getBeanDefinition(BEAN);
ConstructorArgumentValues constructorArguments = beanDefinition.getConstructorArgumentValues();
constructorArguments.addIndexedArgumentValue(0, addBasePackages(constructorArguments, packageNames));
}
// 如果registry中不包含BEAN定义， 重新构造GenericBeanDefinition对象， 记录相关信息
else {
GenericBeanDefinition beanDefinition = new GenericBeanDefinition();
beanDefinition.setBeanClass(BasePackages.class);
beanDefinition.getConstructorArgumentValues().addIndexedArgumentValue(0, packageNames);
beanDefinition.setRole(BeanDefinition.ROLE_INFRASTRUCTURE);
registry.registerBeanDefinition(BEAN, beanDefinition);
}
}
先判断AutoConfigurationPackages注解， 记录对应的扫描包信息；如果不存在，则自行创建基于BasePackages的BEAN定义信息， 并进行注册。再看下addBasePackages方法：
private static String[] addBasePackages(ConstructorArgumentValues constructorArguments, String[] packageNames) {
// 获取已经存在的Bean定义信息
String[] existing = (String[]) constructorArguments.getIndexedArgumentValue(0, String[].class).getValue();
// 创建合并集合， 过滤重复的Bean定义
Set<String> merged = new LinkedHashSet<>();
// 根据Set特性， 自动合并去重
merged.addAll(Arrays.asList(existing));
merged.addAll(Arrays.asList(packageNames));
return StringUtils.toStringArray(merged);
}
获取已经存在的定义信息，再和packageNames合并， 过滤重复的扫描包。
自动化配置到此就不再对其他代码进行深入跟踪分析，Spring Boot整个框架代码还是较多， 大家可以按这种思路， 逐个层级去剖析，深入挖掘更多技术点。
4. 总结
我们研究了Spring Boot的自动化配置原理，逐层研究剖析，从@SpringBootApplication启动注解开始，到下面的@SpringBootConfiguration, @ConfigurationPropertiesScan, @ComponentScan以及核心@EnableAutoConfiguration。我们对@EnableAutoConfiguration下面的@AutoConfigurationPackage和@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)两个重要注解作了深入研究，从中可以看到Spring Boot针对自动化配置， 是分为两部分， 一部分是核心注解，来支撑服务的正常运行； 另一部分是非核心的各种自动化组件注解，做了大量封装，便于我们集成使用。
来源：https://blog.csdn.net/hxx688/article/details/125171319
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