Spring IoC 公共注解详解

前言

本系列全部基于 Spring 5.2.2.BUILD-SNAPSHOT 版本。因为 Spring 整个体系太过于庞大，所以只会进行关键部分的源码解析。

什么是公共注解？公共注解就是常见的 Java 注解，特别是JSR-250中的注解。例如： @Resource 、 @PostConstructor 、 @PreDestroy 等等，本文也就主要分析这三个注解在 Spring 中是如何处理的。

正文

@Resource 注解的处理

对 @Resource 注解的处理类是 CommonAnnotationBeanPostProcessor ，它通过实现 InstantiationAwareBeanPostProcessor 接口，重写 postProcessProperties() 方法实现对标注了 @Resource 注解的字段或方法的 自动注入 。

InstantiationAwareBeanPostProcessor 接口的详细信息可以查看 Spring IoC bean 的创建 。

关于 CommonAnnotationBeanPostProcessor 这个后置处理器是怎么加入到 beanFactory 中的，我们在 Spring IoC component-scan 节点详解 一文中介绍过主要是通过 AnnotationConfigUtils#registerAnnotationConfigProcessors() 实现的。

public static Set<BeanDefinitionHolder> registerAnnotationConfigProcessors(BeanDefinitionRegistry registry, @Nullable Object source) {
    
    // 省略其他代码...
    // 注册用于处理@Resource、@PostConstructor、@PostDestroy注解的后置处理器
    if (jsr250Present && !registry.containsBeanDefinition(COMMON_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
        RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(CommonAnnotationBeanPostProcessor.class);
        def.setSource(source);
        beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, COMMON_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME));
    }
    
    // 省略其他代码...
    
}

BeanDefinition 合并后的后置处理

CommonAnnotationBeanPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition

public void postProcessMergedBeanDefinition(RootBeanDefinition beanDefinition, Class<?> beanType, String beanName) {
    super.postProcessMergedBeanDefinition(beanDefinition, beanType, beanName);
    // 寻找需要注入的字段或方法，并封装成 InjectionMetadata
    InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, beanType, null);
    // 检查元数据中的注解信息
    metadata.checkConfigMembers(beanDefinition);
}

上面代码中的 findAutowiringMetadata() 方法就是利用反射遍历类的所有字段和方法，找到标注了 @Resource 注解的，并缓存进 injectionMetadataCache 中。

注意：静态字段和静态方法会过滤掉。

findAutowiringMetadata() 方法基本和 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 中的一致，只是处理的注解不同而已，可以查查看 Spring IoC @Autowired 注解详解 一文中该方法的详解。

bean 属性后置处理

CommonAnnotationBeanPostProcessor#postProcessProperties

public PropertyValues postProcessProperties(PropertyValues pvs, Object bean, String beanName) {
    // 从injectionMetadataCache缓存中获取需要注入的字段和方法
    InjectionMetadata metadata = findResourceMetadata(beanName, bean.getClass(), pvs);
    try {
        // 进行注入
        metadata.inject(bean, beanName, pvs);
    }
    catch (Throwable ex) {
        throw new BeanCreationException(beanName, "Injection of resource dependencies failed", ex);
    }
    return pvs;
}

// InjectMetadata.java
public void inject(Object target, @Nullable String beanName, @Nullable PropertyValues pvs) throws Throwable {
    // 获取检查后的元素
    Collection<InjectedElement> checkedElements = this.checkedElements;
    // 如果checkedElements不为空就使用checkedElements，否则使用injectedElements
    Collection<InjectedElement> elementsToIterate =
        (checkedElements != null ? checkedElements : this.injectedElements);
    if (!elementsToIterate.isEmpty()) {
        // 遍历elementsToIterate
        for (InjectedElement element : elementsToIterate) {
            if (logger.isTraceEnabled()) {
                logger.trace("Processing injected element of bean '" + beanName + "': " + element);
            }
            // 进行元素注入，见下文详解
            element.inject(target, beanName, pvs);
        }
    }
}

元素注入

InjectionMetadata#inject

protected void inject(Object target, @Nullable String requestingBeanName, @Nullable PropertyValues pvs)
    throws Throwable {
    // 如果元素是字段
    if (this.isField) {
        // 强转成Field类型
        Field field = (Field) this.member;
        // 并设置为可访问
        ReflectionUtils.makeAccessible(field);
        // 然后使用反射设置值
        field.set(target, getResourceToInject(target, requestingBeanName));
    }
    else {
        // 检查是否跳过
        if (checkPropertySkipping(pvs)) {
            return;
        }
        try {
            // 强转成Method类型
            Method method = (Method) this.member;
            // 并设置为可访问
            ReflectionUtils.makeAccessible(method);
            // 使用反射调用方法
            method.invoke(target, getResourceToInject(target, requestingBeanName));
        }
        catch (InvocationTargetException ex) {
            throw ex.getTargetException();
        }
    }
}

获取注入资源

ResourceElement#getResourceToInject

protected Object getResourceToInject(Object target, @Nullable String requestingBeanName) {
    return (this.lazyLookup ? buildLazyResourceProxy(this, requestingBeanName) : getResource(this, requestingBeanName));
}

上面的 lazyLookup 就是是否在属性或方法上标注了 @Lazy 注解，该注解先暂不讨论，所以调用后面的 getResource() 方法。

CommonAnnotationBeanPostProcessor#getResource

protected Object getResource(LookupElement element, @Nullable String requestingBeanName) throws NoSuchBeanDefinitionException {
	// 省略其它代码...
    return autowireResource(this.resourceFactory, element, requestingBeanName);
}

protected Object autowireResource(BeanFactory factory, LookupElement element, @Nullable String requestingBeanName) throws NoSuchBeanDefinitionException {

    Object resource;
    Set<String> autowiredBeanNames;
    String name = element.name;

    if (factory instanceof AutowireCapableBeanFactory) {
        AutowireCapableBeanFactory beanFactory = (AutowireCapableBeanFactory) factory;
        DependencyDescriptor descriptor = element.getDependencyDescriptor();
        // 类型匹配(默认为true) && @Resource注解name属性不为空 && 当前beanFactory不包含名称为name的bean
        if (this.fallbackToDefaultTypeMatch && element.isDefaultName && !factory.containsBean(name)) {
            autowiredBeanNames = new LinkedHashSet<>();
            // 按类型查找bean
            resource = beanFactory.resolveDependency(descriptor, requestingBeanName, autowiredBeanNames, null);
            if (resource == null) {
                throw new NoSuchBeanDefinitionException(element.getLookupType(), "No resolvable resource object");
            }
        }
        else {
            // 按名称查找bean
            resource = beanFactory.resolveBeanByName(name, descriptor);
            autowiredBeanNames = Collections.singleton(name);
        }
    }
    // 省略其它代码...

    return resource;
}

上面 autowireResource() 方法中按类型查找的 resolveDependency() 方法在 Spring IoC bean 的创建 一文中分析过，按名称查找 bean 的 resolveBeanByName() 方法实际就是调用 getBean() 通过名称和类型去获取 bean 。

从上面的代码也可以看出一般情况下 @Resource 注解是按名称注入；而 @Autowired 注解时按类型注入，具体可以查看 Spring IoC @Autowired 注解详解 。

@PostConstruct、@PreDestroy 注解的处理

处理 @PostConstruct 和 @PreDestroy 注解的处理类是 InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor ， CommonAnnotationBeanPostProcessor 继承与该类，相当于注册 CommonAnnotationBeanPostProcessor 时也注册了 InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor 。

BeanDefinition 合并后的后置处理

InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition() 方法是通过 CommonAnnotationBeanPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition() 方法调用的，如下：

CommonAnnotationBeanPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition

public void postProcessMergedBeanDefinition(RootBeanDefinition beanDefinition, Class<?> beanType, String beanName) {
    // 调用InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor的postProcessMergedBeanDefinition()方法
    super.postProcessMergedBeanDefinition(beanDefinition, beanType, beanName);
    // 寻找需要注入的字段或方法，并封装成 InjectionMetadata
    InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, beanType, null);
    // 检查元数据中的注解信息
    metadata.checkConfigMembers(beanDefinition);
}

InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition

public void postProcessMergedBeanDefinition(RootBeanDefinition beanDefinition, Class<?> beanType, String beanName) {
    // 寻找需要标注了@PostConstruct和@PreDestroy注解的方法，并封装进LifecycleMetadata
    LifecycleMetadata metadata = findLifecycleMetadata(beanType);
    // 检查元数据中的注解信息
    metadata.checkConfigMembers(beanDefinition);
}

上面代码中的 findLifecycleMetadata() 方法，就是遍历当前初始化的 bean 包括其父类中所有标注了 @PostConstruct 和 @PreDestroy 注解的方法，并封装成 LifecycleMetadata （该类是 InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor 中一个内部类），并放入 lifecycleMetadataCache 缓存中。

这里我们简单看一下 LifecycleMetadata 这个类：

private class LifecycleMetadata {

    // 目标类，也就是当前正在初始化的bean
    private final Class<?> targetClass;
	// 存放标注了@PostConstruct的方法
    private final Collection<LifecycleElement> initMethods;
	// 存放标注了@PreDestroy的方法
    private final Collection<LifecycleElement> destroyMethods;

	// 省略其它代码...
}

bean 的初始化前回调

InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization

public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
    // 从lifecycleMetadataCache缓存中获取LifecycleMetadata
    LifecycleMetadata metadata = findLifecycleMetadata(bean.getClass());
    try {
        // 反射调用所有初始化方法
        metadata.invokeInitMethods(bean, beanName);
    }
	// 省略异常处理...
    return bean;
}

看到这里我们知道为什么标注了 @PostConstruct 注解的方法比 InitializingBean#afterPropertiesSet() 方法和自定义初始化方法先调用了；因为其在 bean 的初始化前回调就已经调用了，而剩下的两个是在初始化方法中调用的，详情可以查看 Spring IoC bean 的初始化 一文。

bean 销毁前回调

我们先了解一下 DestructionAwareBeanPostProcessor ，它继承自 BeanPostProcessor ，如下：

public interface DestructionAwareBeanPostProcessor extends BeanPostProcessor {

    /**
     * Bean 销毁前阶段回调
     */
    void postProcessBeforeDestruction(Object bean, String beanName) throws BeansException;

    /**
     * bean实例是否要由此方法销毁
     */
    default boolean requiresDestruction(Object bean) {
        return true;
    }

}

InitDestroyAnnotationBeanPostProcessor#postProcessBeforeDestruction

public void postProcessBeforeDestruction(Object bean, String beanName) throws BeansException {
    // 从lifecycleMetadataCache缓存中获取LifecycleMetadata
    LifecycleMetadata metadata = findLifecycleMetadata(bean.getClass());
    try {
        // 反射调用所有销毁方法
        metadata.invokeDestroyMethods(bean, beanName);
    }
	// 省略异常处理...
}

和上面的 @PostConstruct 注解一样， @PreDestroy 注解标注的方法也比 DisposableBean#destroy() 方法和自定义销毁方法先调用。

总结

本文主要介绍了 @Resource 、 @PostConstruct 、 @PreDestroy 注解 Spring 是如何对其处理的，可以看出 Spring 的注解驱动大多依靠 实现 BeanPostProcessor 及其子类中的 bean 生命周期各个阶段的回调方法来进行实现的。

最后，我模仿 Spring 写了一个精简版，代码会持续更新。地址： https://github.com/leisurexi/tiny-spring 。