源码剖析Spring依赖注入：今天你还不会，你就输了
在之前的讲解中，我乐意将源码拿出来并粘贴在文章中，让大家看一下。然而，我最近意识到这样做不仅会占用很多篇幅，而且实际作用很小，因为大部分人不会花太多时间去阅读源码。
因此，从今天开始，我将采取以下几个步骤：首先，我会提前画出一张图来展示本章节要讲解的内容的调用链路，供大家参考。其次，在文章中，我只会展示最核心的代码或关键的类。剩下的内容将主要用来讲解原理。如果你真的在学习Spring源码，我希望你能打开你的项目，并跟着我一起深入阅读源码。现在，让我们开始吧。今天的重点是Spring的依赖注入。
基本使用
首先，值得注意的是，在Spring框架中，依赖注入是在bean生成后进行属性赋值的。由于我们的bean通常都是单例模式，所以每个类的属性都必须进行注入。在这个过程中，会涉及到代理、反射等技术的应用。如果你对这些概念不太熟悉的话，建议你提前补充一下相关的前提知识。了解这些基本概念将有助于你更好地理解和掌握Spring框架的依赖注入机制。
首先需要注意的是，尽管图示可能只展示了类之间的简单调用关系，但这并不代表实际的依赖注入过程就是如此简单。实际上，Spring框架的版本和配置方式可能会导致不同的链路调用。然而，无论具体的版本差异如何，Spring框架的依赖注入机制的基本逻辑大致是一样的。
Spring的依赖注入有两种方式：手动注入、自动注入。下面我们详细讲解一下这两种方式。
手动注入
在手动注入中，离不开XML配置。有两种常见的方式可以实现手动注入：通过属性和通过构造器。手动就是我们人为控制注入的值，下面是两种配置方式：
<bean id="user" class="com.xiaoyu.service.UserService" >
<property name="orderService" ref="orderService"/>
</bean>
上面是通过使用set方法进行依赖注入的方式来实现。
<bean id="user" class="com.xiaoyu.service.UserService">
<constructor-arg index="0" ref="orderService"/>
</bean>
上面是通过使用构造方法进行依赖注入的方式来实现。
自动注入
XML配置
XML也有自动分配的机制，只要不是我们手动指定注入类，那就是自动注入，让我们一起了解如何进行设置。
在XML中，我们可以通过在定义一个Bean时指定自动注入模式来进行优化。这些模式包括byType、byName、constructor、default和no。通过使用这些模式，我们可以更灵活地控制Bean的注入方式。
<bean id="user" class="com.xiaoyu.service.UserService" autowire="byType"/>
<bean id="user" class="com.xiaoyu.service.UserService" autowire="byName"/>
剩下的不举例了，这两种类型，都需要我们的UserService对象有相应的set方法。因为注入的点就是先找到set方法，然后在填充属性之前，Spring会去解析当前类，把当前类的所有方法都解析出来。Spring会解析每个方法，得到对应的PropertyDescriptor对象。PropertyDescriptor对象中包含了几个属性：
name：获取截取后的方法名称：截取规则如下：
- get开头，则去除get，比如“getXXX”,那么name=XXX(首字母小写)，需无参或者第一个参数为int类型
- is开头不并且返回值为boolean类型，比如“isXXX”,那么name=XXX(首字母小写)，需无参
- set开头并且有无返回值，比如“setXXX”,那么name=XXX(首字母小写)，前提是得有入参，如果无入参是解析不到set开头的方法的
readMethodRef：如果是get开头或者is开头的方法，都是readMethodRef，并且存储的引用。
readMethodName：是get开头或者is开头的方法名。包含get/is
writeMethodRef：set开头的方法引用。
writeMethodName：set开头的方法名，包含set。
propertyTypeRef：如果是读方法，则获取的是返回值类型，如果是set写方法，则获取的是入参类型。
具体实现可自行查看源码：
java.beans.Introspector#getTargetPropertyInfo()
@Autowired注解
这个注解大家都很熟悉，我简单介绍一下它的基础用法。最后，通过查看源码，我们将依赖注入的过程完整地连起来。
属性注入
基本用法示例：
@Component
public class UserService {
@Autowired
public OrderService orderService;
}
setter方法注入
基本用法示例：
@Component
public class UserService {
public OrderService orderService;
@Autowired
public void setOrderService(OrderService orderService){
System.out.println(0);
this.orderService = orderService;
}
}
构造器注入
基本用法示例：
@Component
public class UserService {
public OrderService orderService;
@Autowired
public UserService(OrderService orderService){
this.orderService = orderService;
}
}
依赖注入关键源码解析
寻找注入点
在创建一个Bean的过程中，Spring会利用AutowiredAnnotationBeanPostProcessor的postProcessMergedBeanDefinition()方法来找出注入点并进行缓存。具体的找注入点的流程如下：
- 如果一个Bean的类型是String，那么则根本不需要进行依赖注入
- 遍历目标类中的所有Field字段，field上是否存在@Autowired、@Value、@Inject中的其中一个
- static 字段不是注入点，不会进行自动注入
- 构造注入点，获取@Autowired中的required属性的值，将字段封装到AutowiredFieldElement对象。
- 遍历目标类中的所有Method方法。
- method上是否存在@Autowired、@Value、@Inject中的其中一个
- static method不是注入点，不会进行自动注入
- set方法最好有入参，没有入参或提示日志。
- 构造注入点，获取@Autowired中的required属性的值，将方法封装到AutowiredMethodElement对象。
- 查看是否还有父类，如果有再次循环直到没有父类。
- 将刚才构造好的注入点全都封装到InjectionMetadata，作为当前Bean对于的注入点集合对象，并缓存。
static字段或方法为什么不支持注入
在源码中，Spring会判断字段或方法是否是static来决定是否进行注入。如果字段或方法是static的，Spring不会进行注入操作。这是因为静态字段或方法是属于类的，而不是属于具体的实例。因此，在进行依赖注入时，Spring会注入给具体的实例，而不是整个类。
我们知道Spring是支持创建原型bean的，也就是多例模式。
@Component
@Scope("prototype")
public class UserService {
@Autowired
private static OrderService orderService;
public void test() {
System.out.println("test123");
}
}
确实，如果OrderService是prototype类型的，并且Spring支持注入static字段，那么每次注入OrderService到UserService时都会创建一个新的实例。这样做确实违背了static字段的本意，因为static字段是属于类的，而不是实例的。
注入点注入
在依赖注入的过程中，注入点的注入肯定会在populateBean方法中进行属性注入。在这个过程中，会调用AutowiredAnnotationBeanPostProcessor的postProcessProperties()方法，该方法会直接给对象中的属性赋值。这个方法会遍历每个注入点（InjectedElement），并进行依赖注入操作。
属性字段注入
- 遍历所有AutowiredFieldElement对象。
- 将对应的字段封装到DependencyDescriptor。
- 调用beanFactory.resolveDependency来获取真正需要注入的bean。
- 最后将此次封装的DependencyDescriptor和beanname缓存起来，主要考虑到了原型bean的创建
- 利用反射给filed赋值
setter方法注入
- 遍历所有AutowiredMethodElement对象。
- 调用resolveMethodArguments方法
- 遍历每个方法参数，找到匹配的bean对象，将方法对象封装到DependencyDescriptor中。
- 调用beanFactory.resolveDependency来获取真正需要注入的bean。
- 最后将此次封装的DependencyDescriptor和beanname缓存起来，主要考虑到了原型bean的创建
- 利用反射给filed赋值
我们只需要关注findAutowiringMetadata方法的实现，因为大家普遍了解注入的概念。我们主要关注的是它是如何找到注入点的。
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)) {
if (metadata != null) {
metadata.clear(pvs);
}
// 解析注入点并缓存
metadata = buildAutowiringMetadata(clazz);
this.injectionMetadataCache.put(cacheKey, metadata);
}
}
}
return metadata;
}
private InjectionMetadata buildAutowiringMetadata(final Class<?> clazz) {
// 如果一个Bean的类型是String...，那么则根本不需要进行依赖注入
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<>();
// 遍历targetClass中的所有Field
ReflectionUtils.doWithLocalFields(targetClass, field -> {
// field上是否存在@Autowired、@Value、@Inject中的其中一个
MergedAnnotation<?> ann = findAutowiredAnnotation(field);
if (ann != null) {
// static filed不是注入点，不会进行自动注入
if (Modifier.isStatic(field.getModifiers())) {
if (logger.isInfoEnabled()) {
logger.info("Autowired annotation is not supported on static fields: " + field);
}
return;
}
// 构造注入点
boolean required = determineRequiredStatus(ann);
currElements.add(new AutowiredFieldElement(field, required));
}
});
// 遍历targetClass中的所有Method
ReflectionUtils.doWithLocalMethods(targetClass, method -> {
Method bridgedMethod = BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(method);
if (!BridgeMethodResolver.isVisibilityBridgeMethodPair(method, bridgedMethod)) {
return;
}
// method上是否存在@Autowired、@Value、@Inject中的其中一个
MergedAnnotation<?> ann = findAutowiredAnnotation(bridgedMethod);
if (ann != null && method.equals(ClassUtils.getMostSpecificMethod(method, clazz))) {
// static method不是注入点，不会进行自动注入
if (Modifier.isStatic(method.getModifiers())) {
if (logger.isInfoEnabled()) {
logger.info("Autowired annotation is not supported on static methods: " + method);
}
return;
}
// set方法最好有入参
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);
}
@Resource
说到这里，可能有些小伙伴还会使用@Resource注解来进行依赖注入。其实，这和@Autowired注解的逻辑是一样的，只是调用的是其他类的相关方法。具体来说，通过org.springframework.context.annotation.CommonAnnotationBeanPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition方法来查找注入点，然后在org.springframework.context.annotation.CommonAnnotationBeanPostProcessor#postProcessProperties方法中进行属性填充。关于这些细节我们就不详细讨论了，如果感兴趣的话，可以查看一下源码。
@Qualifier
对于使用过@Autowired注解的同学来说，他们肯定也了解@Qualifier注解的作用。@Qualifier主要用于解决一个接口有多个实现类的情况。为了更好地理解，我们来举一个简单的例子：
public interface User {
}
@Component
@Qualifier("userF")
public class UserF implements User{
}
@Component
@Qualifier("userM")
public class UserM implements User{
}
在上述内容中，简要定义了两个实现。现在我们需要使用它们。
@Component
public class UserService {
@Autowired
@Qualifier("userM")
public User user;
}
在这种情况下，会去匹配userM的实体类，而不会出现多个匹配类导致异常。那么它是如何解决这个问题的呢？它是在什么时候找到@Qualifier注解的呢？具体的源码如下所示：
protected boolean checkQualifier(
BeanDefinitionHolder bdHolder, Annotation annotation, TypeConverter typeConverter) {
// 检查某个Qualifier注解和某个BeanDefinition是否匹配
// annotation是某个属性或某个方法参数前上所使用的Qualifier
Class<? extends Annotation> type = annotation.annotationType();
RootBeanDefinition bd = (RootBeanDefinition) bdHolder.getBeanDefinition();
// 首先判断BeanDefinition有没有指定类型的限定符
AutowireCandidateQualifier qualifier = bd.getQualifier(type.getName());
if (qualifier == null) {
qualifier = bd.getQualifier(ClassUtils.getShortName(type));
}
if (qualifier == null) {
// First, check annotation on qualified element, if any
Annotation targetAnnotation = getQualifiedElementAnnotation(bd, type);
// Then, check annotation on factory method, if applicable
if (targetAnnotation == null) {
targetAnnotation = getFactoryMethodAnnotation(bd, type);
}
if (targetAnnotation == null) {
RootBeanDefinition dbd = getResolvedDecoratedDefinition(bd);
if (dbd != null) {
targetAnnotation = getFactoryMethodAnnotation(dbd, type);
}
}
if (targetAnnotation == null) {
// Look for matching annotation on the target class
if (getBeanFactory() != null) {
try {
// 拿到某个BeanDefinition对应的类上的@Qualifier
Class<?> beanType = getBeanFactory().getType(bdHolder.getBeanName());
if (beanType != null) {
targetAnnotation = AnnotationUtils.getAnnotation(ClassUtils.getUserClass(beanType), type);
}
}
catch (NoSuchBeanDefinitionException ex) {
// Not the usual case - simply forget about the type check...
}
}
if (targetAnnotation == null && bd.hasBeanClass()) {
targetAnnotation = AnnotationUtils.getAnnotation(ClassUtils.getUserClass(bd.getBeanClass()), type);
}
}
// 注解对象的equals比较特殊，JDK层面用到了动态代理，会比较value
if (targetAnnotation != null && targetAnnotation.equals(annotation)) {
return true;
}
}
......
return true;
}
他其实是在我们上面所说的属性注入的时候去匹配查找的。具体来说，他会调用beanFactory.resolveDependency方法来获取真正需要注入的bean时进行查找。如果想要查看相关的源码，可以去查看
org.springframework.beans.factory.annotation.QualifierAnnotationAutowireCandidateResolver#isAutowireCandidate
方法。在这个方法中会有更详细的解释。
总结
今天我们主要讲解的是Spring依赖注入。在本文中，我们主要围绕bean填充属性的字段和setter方法展开讨论。要记住的是，在进行属性注入时，我们首先需要找到注入点并进行缓存，然后才会真正进行属性注入。需要注意的是，静态字段或方法是不会进行依赖注入的。最后，我们简单地介绍了一下关键源码，以及对@Resource和@Qualifier进行了简单的分析。如果想要学习Spring源码，一定要结合图例去理解，否则很容易晕头转向。