詳解Spring注解@Autowired的實(shí)現(xiàn)原理和使用方法

更新時(shí)間：2023年07月19日 11:59:27 作者：JAVA旭陽

在使用Spring開發(fā)的時(shí)候，配置的方式主要有兩種，一種是xml的方式，另外一種是 java config的方式，在使用的過程中，我們使用最多的注解應(yīng)該就是@Autowired注解了，所以本文就給大家講講@Autowired注解是如何使用和實(shí)現(xiàn)的,需要的朋友可以參考下

如何使用@Autowired注解？

將@Autowired注解應(yīng)用于構(gòu)造函數(shù)，如以下示例所示：

@Component
public class BeanConfig{
    @Autowired
    private BeanConfig beanConfig;
    @Autowired
    public BeanConfig(BeanConfig beanConfig) {
        this.beanConfig = beanConfig;
    }
}

直接應(yīng)用于字段是我們使用最多的方式，但是從代碼層面使用構(gòu)造函數(shù)注入會(huì)更好。因?yàn)闃?gòu)造器注入的方式，能夠保證注入的依賴不可變，并確保需要的依賴不為空。此外，構(gòu)造器注入的依賴總是能夠在返回客戶端（組件）代碼的時(shí)候保證完全初始化的狀態(tài)。

此外，還有以下幾種不太常用的方法，見下面的代碼：

 @Autowired
 private List<BeanConfig> beanConfigList;
 @Autowired
 private Set<BeanConfig> beanConfigSet;
 @Autowired
 private Map<String, BeanConfig> beanConfigMap;

雖然我們經(jīng)常使用這個(gè)注解，但是我們真的了解它的作用嗎？

首先從它的作用域來看，其實(shí)這個(gè)注解是屬于容器配置的Spring注解，其他屬于容器配置注解：@Required, @Primary, @Qualifier等。

其次，我們可以直接看字面意思，autowire，這個(gè)詞的意思就是自動(dòng)裝配的意思。

自動(dòng)裝配是什么意思？這個(gè)詞的本意是指在一些行業(yè)中用機(jī)器代替人自動(dòng)完成一些需要裝配的任務(wù)。在Spring的世界里，自動(dòng)組裝是指使用我們需要這個(gè)bean的class自動(dòng)組裝Spring容器中的bean。

所以這個(gè)注解作用的就是自動(dòng)將Spring容器中的bean和我們需要這個(gè)bean一起使用的類組裝起來。

接下來，讓我們看看這個(gè)注解背后工作的原理。

如何實(shí)現(xiàn)@Autowired 注解？

Java注解實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)是反射。讓我們通過一些例子和自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)注解來了解它的工作原理。

我們拿到target之后就可以用反射給他實(shí)現(xiàn)一個(gè)邏輯，這種邏輯在這些方法本身的邏輯之外，這讓我們想起proxy、aop等知識(shí)，我們相當(dāng)于為這些方法做了一個(gè)邏輯增強(qiáng)。

其實(shí)注解的實(shí)現(xiàn)主要邏輯大概就是這個(gè)思路。總結(jié)一下一般步驟如下：

使用反射機(jī)制獲取類的Class對(duì)象。
通過這個(gè)類對(duì)象，可以得到它的每一個(gè)方法方法，或者字段等。
Method、Field等類提供了類似getAnnotation的方法來獲取某個(gè)字段的所有注解。
拿到注解后，我們可以判斷該注解是否是我們要實(shí)現(xiàn)的注解，如果是，則實(shí)現(xiàn)注解邏輯。

下面我們來實(shí)現(xiàn)這個(gè)邏輯，代碼如下：

public void postProcessProperties() throws Exception {
    Class<BeanConfig> beanConfigClass = BeanConfig.class;
	BeanConfig instance = beanConfigClass.newInstance();
	Field[] fields = beanConfigClass.getDeclaredFields();
	for (Field field : fields) {
    	// getAnnotation,判斷是否有Autowired 
    	Autowired autowired = field.getDeclaredAnnotation(Autowired.class);
    	if (autowired != null) {
        	String fileName = field.getName();
        	Class<?> declaringClass = field.getDeclaringClass();
        	Object bean = new Object();
        	field.setAccessible(true);
        	field.set(bean, instance);
    	}
	}
}

從上面的實(shí)現(xiàn)邏輯不難發(fā)現(xiàn)，借助Java反射，我們可以直接獲取一個(gè)類中的所有方法，然后獲取方法上的注解。當(dāng)然，我們也可以獲取字段上的注解。在反射的幫助下，我們幾乎可以得到屬于一個(gè)類的任何東西。這樣，我們自己簡(jiǎn)單做了一個(gè)實(shí)現(xiàn)。

知道了上面的知識(shí)，我們就不難想到，上面的注解雖然簡(jiǎn)單，但是@Autowired和他最大的區(qū)別應(yīng)該只是注解的實(shí)現(xiàn)邏輯，其他的如使用反射獲取注解等步驟應(yīng)該是相同的。

接下來我們看在Spring中，@Autowired是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

Spring中源碼解析

我們來看@Autowired在Spring源碼中是如何定義注解的，如下：

package org.springframework.beans.factory.annotation;
import java.lang.annotation.Documented;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;
@Target({ElementType.CONSTRUCTOR, ElementType.METHOD, ElementType.PARAMETER, ElementType.FIELD, ElementType.ANNOTATION_TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface Autowired {
    boolean required() default true;
}

閱讀代碼可以看出，@Autowired注解可以應(yīng)用于五類構(gòu)造方法，普通方法、參數(shù)、字段、注解，其保留策略是在運(yùn)行時(shí)。

接下來我們看一Spring對(duì)這個(gè)注解的邏輯實(shí)現(xiàn)。

在Spring源碼中，@Autowired注解位于包中org.springframework.beans.factory.annotation。經(jīng)過分析不難發(fā)現(xiàn)，Spring對(duì)自動(dòng)裝配注解的實(shí)現(xiàn)邏輯位于類：AutowiredAnnotationBeanPostProcessor。

核心處理代碼如下：

private InjectionMetadata buildAutowiringMetadata(final Class<?> clazz) {
    LinkedList<InjectionMetadata.InjectedElement> elements = new LinkedList<>();
     // 需要處理的目標(biāo)類
    Class<?> targetClass = clazz; 
    do {
        final LinkedList<InjectionMetadata.InjectedElement> currElements = new LinkedList<>();
         // 通過反射獲取本類的所有字段，并遍歷每個(gè)字段
            // 通過方法findAutowiredAnnotation遍歷每個(gè)字段使用的注解
            // 如果用autowired修飾，返回autowired相關(guān)屬性
        ReflectionUtils.doWithLocalFields(targetClass, field -> {
            AnnotationAttributes ann = findAutowiredAnnotation(field);
             // 檢查靜態(tài)方法上是否使用了自動(dòng)裝配注解
            if (ann != null) {
                if (Modifier.isStatic(field.getModifiers())) {
                    if (logger.isWarnEnabled()) {
                        logger.warn("Autowired annotation is not supported on static fields: " + field);
                    }
                    return;
                }
                  // 判斷是否指定了required 
                boolean required = determineRequiredStatus(ann);
                currElements.add(new AutowiredFieldElement(field, required));
            }
        });
        //和上面的邏輯一樣，但是方法是通過反射來處理
        ReflectionUtils.doWithLocalMethods(targetClass, method -> {
            Method bridgedMethod = BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(method);
            if (!BridgeMethodResolver.isVisibilityBridgeMethodPair(method, bridgedMethod)) {
                return;
            }
            AnnotationAttributes ann = findAutowiredAnnotation(bridgedMethod);
            if (ann != null && method.equals(ClassUtils.getMostSpecificMethod(method, clazz))) {
                if (Modifier.isStatic(method.getModifiers())) {
                    if (logger.isWarnEnabled()) {
                        logger.warn("Autowired annotation is not supported on static methods: " + method);
                    }
                    return;
                }
                if (method.getParameterCount() == 0) {
                    if (logger.isWarnEnabled()) {
                        logger.warn("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));
            }
        });
         // @Autowired 修飾的注解可能不止一個(gè)
         // 所以都加入到currElements容器中一起處理
        elements.addAll(0, currElements);
        targetClass = targetClass.getSuperclass();
    }
        while (targetClass != null && targetClass != Object.class);
    return new InjectionMetadata(clazz, elements);
}

最后，此方法返回一個(gè)InjectionMetadata包含所有autowire注解的集合。

這個(gè)類由兩部分組成：

public InjectionMetadata(Class<?> targetClass, Collection<InjectedElement> elements) {
  this.targetClass = targetClass;
  this.injectedElements = elements;
}

一個(gè)是我們要處理的目標(biāo)類，一個(gè)是elements上面方法得到的集合。

有了目標(biāo)類和所有需要注入的元素，我們就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配的依賴注入邏輯。實(shí)現(xiàn)方法如下。

@Override
public PropertyValues postProcessPropertyValues(
  PropertyValues pvs, PropertyDescriptor[] pds, Object bean, String beanName) throws BeanCreationException {
  InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, bean.getClass(), pvs);
  try {
    metadata.inject(bean, beanName, pvs);
  }
  catch (BeanCreationException ex) {
    throw ex;
  }
  catch (Throwable ex) {
    throw new BeanCreationException(beanName, "Injection of autowired dependencies failed", ex);
  }
  return pvs;
}

它調(diào)用的inject方法就是定義在InjectionMetadata。

public void inject(Object target, @Nullable String beanName, @Nullable PropertyValues pvs) throws Throwable {
  Collection<InjectedElement> checkedElements = this.checkedElements;
  Collection<InjectedElement> elementsToIterate =
    (checkedElements != null ? checkedElements : this.injectedElements);
  if (!elementsToIterate.isEmpty()) {
   for (InjectedElement element : elementsToIterate) {
    if (logger.isTraceEnabled()) {
     logger.trace("Processing injected element of bean '" + beanName + "': " + element);
    }
    element.inject(target, beanName, pvs);
   }
  }
 }
/**
 * Either this or {@link #getResourceToInject} needs to be overridden.
 */
protected void inject(Object target, @Nullable String requestingBeanName, @Nullable PropertyValues pvs)
  throws Throwable {
 if (this.isField) {
  Field field = (Field) this.member;
  ReflectionUtils.makeAccessible(field);
  field.set(target, getResourceToInject(target, requestingBeanName));
 }
 else {
  if (checkPropertySkipping(pvs)) {
   return;
  }
  try {
   Method method = (Method) this.member;
   ReflectionUtils.makeAccessible(method);
   method.invoke(target, getResourceToInject(target, requestingBeanName));
  }
  catch (InvocationTargetException ex) {
   throw ex.getTargetException();
  }
 }
}

上面代碼中，方法的參數(shù)getResourceToInject是要注入的名稱，bean這個(gè)方法的作用是根據(jù)名稱獲取bean。

以上就是@Autowire注解實(shí)現(xiàn)邏輯的完整解析。

下面是spring容器實(shí)現(xiàn)@Autowired自動(dòng)注入的時(shí)序圖。