Spring中的注解@Autowired實現過程

本篇內容介紹了“Spring中的注解@Autowired實現過程”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

前言

使用 Spring 開發時，進行配置主要有兩種方式，一是 xml 的方式，二是 Java config 的方式。Spring 技術自身也在不斷的發展和改變，從當前 Springboot 的火熱程度來看，Java config 的應用是越來越廣泛了，在使用 Java config 的過程當中，我們不可避免的會有各種各樣的注解打交道，其中，我們使用最多的注解應該就是 @Autowired 注解了。這個注解的功能就是為我們注入一個定義好的 bean。那么，這個注解除了我們常用的屬性注入方式之外還有哪些使用方式呢？它在代碼層面又是怎么實現的呢？這是本篇文章著重想討論的問題。

@Autowired 注解用法

在分析這個注解的實現原理之前，我們不妨先來回顧一下 @Autowired 注解的用法。

將 @Autowired 注解應用于構造函數，如以下示例所示

`public class MovieRecommender {`
 `private final CustomerPreferenceDao customerPreferenceDao;`
 `@Autowired`
 `public MovieRecommender(CustomerPreferenceDao customerPreferenceDao) {`
 `this.customerPreferenceDao = customerPreferenceDao;`
 `}`
 `// ...`
`}`

將 @Autowired 注釋應用于 setter 方法

`public class SimpleMovieLister {`
 `private MovieFinder movieFinder;`
 `@Autowired`
 `public void setMovieFinder(MovieFinder movieFinder) {`
 `this.movieFinder = movieFinder;`
 `}`
 `// ...`
`}`

將 @Autowired 注釋應用于具有任意名稱和多個參數的方法

`public class MovieRecommender {`
 `private MovieCatalog movieCatalog;`
 `private CustomerPreferenceDao customerPreferenceDao;`
 `@Autowired`
 `public void prepare(MovieCatalog movieCatalog,`
 `CustomerPreferenceDao customerPreferenceDao) {`
 `this.movieCatalog = movieCatalog;`
 `this.customerPreferenceDao = customerPreferenceDao;`
 `}`
 `// ...`
`}`

您也可以將 @Autowired 應用于字段，或者將其與構造函數混合，如以下示例所示

`public class MovieRecommender {`
 `private final CustomerPreferenceDao customerPreferenceDao;`
 `@Autowired`
 `private MovieCatalog movieCatalog;`
 `@Autowired`
 `public MovieRecommender(CustomerPreferenceDao customerPreferenceDao) {`
 `this.customerPreferenceDao = customerPreferenceDao;`
 `}`
 `// ...`
`}`

直接應用于字段是我們使用的最多的一種方式，但是使用構造方法注入從代碼層面卻是更加好的，具體原因我就不細說了，有不懂的可以留言區評論。除此之外，還有以下不太常見的幾種方式。

將 @Autowired 注釋添加到需要該類型數組的字段或方法，則 Spring 會從ApplicationContext 中搜尋符合指定類型的所有 bean，如以下示例所示：

`public class MovieRecommender {`
 `@Autowired`
 `private MovieCatalog[] movieCatalogs;`
 `// ...`
`}`

數組可以，我們可以馬上舉一反三，那容器也可以嗎，答案是肯定的，下面是 set 以及 map 的例子：

`public class MovieRecommender {`
 `private Set<MovieCatalog> movieCatalogs;`
 `private Map<String, MovieCatalog> movieCatalogs;`
 `@Autowired`
 `public void setMovieCatalogs(Set<MovieCatalog> movieCatalogs) {`
 `this.movieCatalogs = movieCatalogs;`
 `}`
 `@Autowired`
 `public void setMovieCatalogs(Map<String, MovieCatalog> movieCatalogs) {`
 `this.movieCatalogs = movieCatalogs;`
 `}`
 `// ...`
`}`

以上就是 @Autowired 注解的主要使用方式，經常使用 Spring 的話應該對其中常用的幾種不會感到陌生。

@Autowired 注解的作用到底是什么

@Autowired 這個注解我們經常在使用，現在，我想問的是，它的作用到底是什么呢?

首先，我們從所屬范圍來看，事實上這個注解是屬于 Spring 的容器配置的一個注解，與它同屬容器配置的注解還有：@Required, @Primary, @Qualifier 等等。因此 @Autowired 注解是一個用于容器(container)配置的注解。

其次，我們可以直接從字面意思來看，@autowired 注解來源于英文單詞 autowire，這個單詞的意思是自動裝配的意思。自動裝配又是什么意思？這個詞語本來的意思是指的一些工業上的用機器代替人口，自動將一些需要完成的組裝任務，或者別的一些任務完成。而在 Spring 的世界當中，自動裝配指的就是使用將 Spring 容器中的 bean 自動的和我們需要這個 bean 的類組裝在一起。

因此，筆者個人對這個注解的作用下的定義就是：將 Spring 容器中的 bean 自動的和我們需要這個 bean 的類組裝在一起協同使用。

接下來，我們就來看一下這個注解背后到底做了些什么工作。

@Autowired 注解是如何實現的

事實上，要回答這個問題必須先弄明白的是 Java 是如何支持注解這樣一個功能的。

Java 的注解實現的核心技術是反射，讓我們通過一些例子以及自己實現一個注解來理解它工作的原理。

例子注解 @Override

@Override 注解的定義如下:

`@Target(ElementType.METHOD)`
`@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)`
`public @interface Override {`
`}`

@Override 注解使用 Java 官方提供的注解，它的定義里面并沒有任何的實現邏輯。注意，所有的注解幾乎都是這樣的，「注解只能是被看作元數據，它不包含任何業務邏輯」。「注解更像是一個標簽，一個聲明，表面被注釋的這個地方，將具有某種特定的邏輯」。

那么，問題接踵而至，注解本身不包含任何邏輯，那么注解的功能是如何實現的呢？答案必然是別的某個地方對這個注解做了實現。以 @Override 注解為例，他的功能是重寫一個方法，而他的實現者就是 JVM，Java 虛擬機，Java 虛擬機在字節碼層面實現了這個功能。

但是對于開發人員，虛擬機的實現是無法控制的東西，也不能用于自定義注解。所以，如果是我們自己想定義一個獨一無二的注解的話，則我們需要自己為注解寫一個實現邏輯，「換言之，我們需要實現自己注解特定邏輯的功能」。

自己實現一個注解

在自己寫注解之前我們有一些基礎知識需要掌握，那就是我們寫注解這個功能首先是需要 Java 支持的，Java 在 jdk5 當中支持了這一功能，「并且在 java.lang.annotation 包中提供了四個注解，僅用于編寫注解時使用」，他們是：

注解

作用

「@Documented」

表明是否在java doc中添加Annotation

「@Retention」

定義注釋應保留多長時間，即有效周期。有以下幾種策略：

「RetentionPolicy.SOURCE」 - 在編譯期間丟棄。編譯完成后，這些注釋沒有任何意義，因此它們不會寫入字節碼。示例@Override，@ SuppressWarnings
「RetentionPolicy.CLASS 」- 在類加載期間丟棄。在進行字節碼級后處理時很有用。有點令人驚訝的是，這是默認值。
「RetentionPolicy.RUNTIME」 - 不要丟棄。注釋應該可以在運行時進行反射。這是我們通常用于自定義注釋的內容。

「@Target」

指定可以放置注解的位置。如果不指定，則可以將注解放在任何位置。若我們只想要其中幾個，則需要定義對應的幾個。

下面是這8個屬性:

ElementType.TYPE（類，接口，枚舉）

ElementType.FIELD（實例變量）

ElementType.METHOD

ElementType.PARAMETER

ElementType.CONSTRUCTOR

ElementType.LOCAL_VARIABLE

ElementType.ANNOTATION_TYPE（在另一個注釋上）

ElementType.PACKAGE（記住package-info.java）

「@Inherited」

控制注解是否對子類產生影響。

下面我們開始自己實現一個注解，注解僅支持 primitives，string和 enumerations 這三種類型。注解的所有屬性都定義為方法，也可以提供默認值。我們先實現一個最簡單的注解。

`import java.lang.annotation.ElementType;`
`import java.lang.annotation.Retention;`
`import java.lang.annotation.RetentionPolicy;`
`import java.lang.annotation.Target;`
`@Target(ElementType.METHOD)`
`@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)`
`public @interface SimpleAnnotation {`
 `String value();`
`}`

上面這個注釋里面只定義了一個字符傳，它的目標注釋對象是方法，保留策略是在運行期間。下面我們定義一個方法來使用這個注解：

`public class UseAnnotation {`
 `@SimpleAnnotation("testStringValue")`
 `public void testMethod(){`
 `//do something here`
 `}`
`}`

我們在這里使用了這個注解，并把字符串賦值為：testStringValue，到這里，定義一個注解并使用它，我們就已經全部完成。

簡單的不敢相信。但是，細心一想的話，我們雖然寫了一個注解也用了它，可是它并沒有產生任何作用啊。也沒有對我們這里方法產生任何效果啊。是的現在確實是這樣的，原因在于我們前面提到的一點，我們還沒有為這個注解實現它的邏輯，現在我們就來為這個注解實現邏輯。

應該怎么做呢？我們不妨自己來想一想。首先，我想給標注了這個注解的方法或字段實現功能，我們必須得知道，到底有哪些方法，哪些字段使用了這個注解吧，因此，這里我們很容易想到，這里應該會用到反射。其次，利用反射，我們利用反射拿到這樣目標之后，得為他實現一個邏輯，這個邏輯是這些方法本身邏輯之外的邏輯，這又讓我們想起了代理，aop 等知識，我們相當于就是在為這些方法做一個增強。事實上的實現主借的邏輯也大概就是這個思路。梳理一下大致步驟如下:

• 利用反射機制獲取一個類的 Class 對象

• 通過這個 class 對象可以去獲取他的每一個方法 method，或字段 Field 等等

• Method，Field 等類提供了類似于 getAnnotation 的方法來獲取這個一個字段的所有注解

• 拿到注解之后，我們可以判斷這個注解是否是我們要實現的注解，如果是則實現注解邏輯

現在我們來實現一下這個邏輯，代碼如下:

`private static void annotationLogic() {`
 `Class useAnnotationClass = UseAnnotation.class;`
 `for(Method method : useAnnotationClass.getMethods()) {`
 `SimpleAnnotation simpleAnnotation = (SimpleAnnotation)method.getAnnotation(SimpleAnnotation.class);`
 `if(simpleAnnotation != null) {`
 `System.out.println(" Method Name : " + method.getName());`
 `System.out.println(" value : " + simpleAnnotation.value());`
 `System.out.println(" --------------------------- ");`
 `}`
 `}`
`}`

在這里我們實現的邏輯就是打印幾句話。從上面的實現邏輯我們不能發現，借助于 Java 的反射我們可以直接拿到一個類里所有的方法，然后再拿到方法上的注解，當然，我們也可以拿到字段上的注解。借助于反射我們可以拿到幾乎任何屬于一個類的東西。

一個簡單的注解我們就實現完了。現在我們再回過頭來，看一下 @Autowired 注解是如何實現的。

@Autowired 注解實現邏輯分析

知道了上面的知識，我們不難想到，上面的注解雖然簡單，但是 @Autowired 和他最大的區別應該僅僅在于注解的實現邏輯，其他利用反射獲取注解等等步驟應該都是一致的。先來看一下 @Autowired 這個注解在 Spring 的源代碼里的定義是怎樣的，如下所示：

`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;`
`}`

閱讀代碼我們可以看到，Autowired 注解可以應用在構造方法，普通方法，參數，字段，以及注解這五種類型的地方，它的保留策略是在運行時。下面，我們不多說直接來看 Spring 對這個注解進行的邏輯實現.

在 Spring 源代碼當中，Autowired 注解位于包 org.springframework.beans.factory.annotation 之中，該包的內容如下：

經過分析，不難發現 Spring 對 autowire 注解的實現邏輯位于類：AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 之中，已在上圖標紅。其中的核心處理代碼如下:

`private InjectionMetadata buildAutowiringMetadata(final Class<?> clazz) {`
 `LinkedList<InjectionMetadata.InjectedElement> elements = new LinkedList<>();`
 `Class<?> targetClass = clazz;//需要處理的目標類`
 
 `do {`
 `final LinkedList<InjectionMetadata.InjectedElement> currElements = new LinkedList<>();`
 `/*通過反射獲取該類所有的字段，并遍歷每一個字段，并通過方法findAutowiredAnnotation遍歷每一個字段的所用注解，并如果用autowired修飾了，則返回auotowired相關屬性*/` 
 `ReflectionUtils.doWithLocalFields(targetClass, field -> {`
 `AnnotationAttributes ann = findAutowiredAnnotation(field);`
 `if (ann != null) {//校驗autowired注解是否用在了static方法上`
 `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));`
 `}`
 `});`
 `//和上面一樣的邏輯，但是是通過反射處理類的method`
 `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));`
 `}`
 `});`
 `//用@Autowired修飾的注解可能不止一個，因此都加在currElements這個容器里面，一起處理` 
 `elements.addAll(0, currElements);`
 `targetClass = targetClass.getSuperclass();`
 `}`
 `while (targetClass != null && targetClass != Object.class);`
 `return new InjectionMetadata(clazz, elements);`
 `}`

博主在源代碼里加了注釋，結合注釋就能看懂它做的事情了，最后這個方法返回的就是包含所有帶有 autowire 注解修飾的一個 InjectionMetadata 集合。這個類由兩部分組成:

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

一是我們處理的目標類，二就是上述方法獲取到的所以 elements 集合。

有了目標類，與所有需要注入的元素集合之后，我們就可以實現 autowired 的依賴注入邏輯了，實現的方法如下:

`@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;`
`}`

它調用的方法是 InjectionMetadata 中定義的 inject 方法，如下

`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);`
 `}`
 `}`
`}`

其邏輯就是遍歷，然后調用 inject 方法，inject 方法其實現邏輯如下:

`/**`
 `* 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();`
 `}`
 `}`
`}`

在這里的代碼當中我們也可以看到，是 inject 也使用了反射技術并且依然是分成字段和方法去處理的。在代碼里面也調用了 makeAccessible 這樣的可以稱之為暴力破解的方法，但是反射技術本就是為框架等用途設計的，這也無可厚非。

對于字段的話，本質上就是去 set 這個字段的值，即對對象進行實例化和賦值，例如下面代碼:

`@Autowired`
`ObjectTest objectTest;`

那么在這里實現的就相當于給這個 objecTest 引用賦值了。

對于方法的話，本質就是去調用這個方法，因此這里調用的是 method.invoke。

getResourceToInject 方法的參數就是要注入的 bean 的名字，這個方法的功能就是根據這個 bean 的名字去拿到它。

以上，就是 @Autowire 注解實現邏輯的全部分析。結合源代碼再看一遍的話，會更加清楚一點。下面是 Spring 容器如何實現 @AutoWired 自動注入的過程的圖:

總結起來一句話：使用 @Autowired 注入的 bean 對于目標類來說，從代碼結構上來講也就是一個普通的成員變量，@Autowired 和 Spring 一起工作，通過反射為這個成員變量賦值，也就是將其賦為期望的類實例。

衍生問題

注解的有效周期是什么？

各種注釋之間的第一個主要區別是，它們是在編譯時使用，然后被丟棄（如@Override），還是被放在編譯的類文件中，并在運行時可用（如 Spring 的@Component）。這是由注釋的“@Retention”策略決定的。如果您正在編寫自己的注釋，則需要決定該注釋在運行時（可能用于自動配置）還是僅在編譯時（用于檢查或代碼生成）有用。

當用注釋編譯代碼時，編譯器看到注釋就像看到源元素上的其他修飾符一樣，比如訪問修飾符（public / private）。當遇到注釋時，它運行一個注釋處理器，就像一個插件類，表示對特定的注釋感興趣。注釋處理器通常使用反射API來檢查正在編譯的元素，并且可以簡單地對它們執行檢查、修改它們或生成要編譯的新代碼。@Override 是一個示例；它使用反射 API 來確保能夠在其中一個超類中找到方法簽名的匹配，如果不能，則使用 @Override 會導致編譯錯誤。

注入的 bean 和用它的 bean 的關系是如何維護的？

無論以何種方式注入，注入的 bean 就相當于類中的一個普通對象應用，這是它的實例化是 spring 去容器中找符合的 bean 進行實例化，并注入到類當中的。他們之間的關系就是普通的一個對象持有另一個對象引用的關系。只是這些對象都是 Spring 當中的 bean 而已。

為什么注入的 bean 不能被定義為 static 的？

從設計的角度來說 ，使用靜態字段會鼓勵使用靜態方法。靜態方法是 evil 的。依賴注入的主要目的是讓容器為您創建對象并進行連接。而且，它使測試更加容易。

一旦開始使用靜態方法，您就不再需要創建對象的實例，并且測試變得更加困難。同樣，您不能創建給定類的多個實例，每個實例都注入不同的依賴項（因為該字段是隱式共享的，并且會創建全局狀態）。

靜態變量不是 Object 的屬性，而是 Class 的屬性。Spring 的 autowire 是在對象上完成的，這樣使得設計很干凈。 在 Spring 當中我們也可以將 bean 對象定義為單例，這樣就能從功能上實現與靜態定義相同的目的。

但是從純粹技術的層面，我們可以這樣做：

將 @Autowired 可以與 setter 方法一起使用，然后可以讓 setter 修改靜態字段的值。但是這種做法非常不推薦。

“Spring中的注解@Autowired實現過程”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！