Springboot的自动装配解读

基于Spring Framework 的应用在整合第三方技术时，要把第三方框架中的核心API配置到Spring Framework的配置文件或注解配置类中，以供Spring Framework统一管理。此处的配置是关键，通过编写XML配置文件或注解配置类，将第三方框架中的核心API以对象的形式注册到IOC容器中。这些核心API对象会在适当的位置发挥其作用，以支撑项目的正常运行。IOC容器中的核心API对象本身就是一个个的bean对象，即组件;将核心API配置到XML配置文件或注解配置类的行为称为组件装配。

Spring Framework本身只有-一种组件装配方式，即手动装配，而Spring Boot基于原生的手动装配，通过模块装配+条件装配+SPI机制，可以完美实现组件的自动装配。手动装配指的是开发者在项目中通过编写XML配置文件、注解配置类、配合特定等方式将所需的组件注册到IOC容器中，即ApplicationContext中。Springboot中的核心特性是组件的自动装配，自动装配的核心是，本应该由开发者编写的配置，转为框架自动根据项目中整合的场景依赖，合理地做出判断并装配合适的Bean到IOC容器中。

1.2 Spring Framework 的模块装配

1.2.1 @Import注解

可以参考 Springboot 核心注解和基本配置解读_山河亦问安的博客-CSDN博客

1.2.2 BeanDefinition

BeanDefinition 是定义 Bean 的配置元信息接口，这里举例通过BeanDefinition来进行Bean对象的创建。代码如下：

   DefaultListableBeanFactory defaultListableBeanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
        BeanDefinitionBuilder beanDefinitionBuilder = BeanDefinitionBuilder.genericBeanDefinition(User.class).addPropertyValue("username", "admin");
        defaultListableBeanFactory.registerBeanDefinition("user01",beanDefinitionBuilder.getBeanDefinition());
        User user01 = defaultListableBeanFactory.getBean("user01", User.class);
        System.out.println(user01);

        RootBeanDefinition beanDefinition = new RootBeanDefinition(User.class);
        //构造参数
        ConstructorArgumentValues constructorArgumentValues = new ConstructorArgumentValues();
        constructorArgumentValues.addIndexedArgumentValue(0, "root");
        beanDefinition.setConstructorArgumentValues(constructorArgumentValues);
        defaultListableBeanFactory.registerBeanDefinition("user02", beanDefinition);
        User user2 = defaultListableBeanFactory.getBean("user02", User.class);
        System.out.println(user2);

1.3 Spring Framework 的条件装配

1.3.1 @Profile

@Profile 注解可以标注在组件上，当一个配置属性激活的时候，它才会起作用。Profile提供了一种基于环境的配置，根据当前项目的不同运行的环境，可以动态的注册与当前运行环境匹配的组件。

使用@Profile：

@Profile("test")
public class User {
    private String username;
}

为ApplicationContext 设置Profile

 AnnotationConfigApplicationContext annotationConfigApplicationContext = new AnnotationConfigApplicationContext();
        annotationConfigApplicationContext.getEnvironment().setActiveProfiles("test");
        annotationConfigApplicationContext.register(User.class);
        annotationConfigApplicationContext.refresh();
        User bean = annotationConfigApplicationContext.getBean(User.class);
        System.out.println(bean);

AnnotationConfigApplicationContext 在创建对象的时候，如果直接传入了配置类，则会立即初始化IOC容器，在不传入配置类的情况下，内部不会执行初始化逻辑，而是要等到手动调用其refresh方法后才会初始化IOC容器，在初始化的过程中会顺便将环境配置一并处理。

1.3.2 @Conditional

可以参考 Springboot 核心注解和基本配置解读_山河亦问安的博客-CSDN博客

判断是否存在的条件判断类：

public class MyConditional implements Condition {
    @Override
    public boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata) {
        return context.getBeanFactory().containsBeanDefinition(Admin.class.getName());
    }
}

上面的matches方法中使用BeanDefinition而不是Bean做判断，这是因为考虑的是当条件匹配时Admin对象可能尚未创建，导致条件匹配出现偏差。

1.3.3 MetaData元数据接口（补充）

元数据是关于数据的数据，元数据是数据的描述和上下文，它有助于组织，查找，理解和使用数据。

AnnotatedTypeMetadata

这个接口表示的是注解元素(AnnotatedElement)的元数据,只要能在上面标注注解的元素都属于注解元素。

public interface AnnotatedTypeMetadata {

    // 此元素是否标注有此注解,annotationName：注解全类名
    boolean isAnnotated(String annotationName);

    //取得指定类型注解的所有的属性 - 值（k-v）
    // annotationName：注解全类名
    // classValuesAsString：若是true表示 Class用它的字符串的全类名来表示。这样可以避免Class被提前加载
    @Nullable
    Map<String, Object> getAnnotationAttributes(String annotationName);
    @Nullable
    Map<String, Object> getAnnotationAttributes(String annotationName, boolean classValuesAsString);

}

AnnotationMetadata

它是ClassMetadata和AnnotatedTypeMetadata的子接口，具有两者共同能力，并且新增了访问注解的相关方法。可以简单理解为它是对注解的抽象。

public interface AnnotationMetadata extends ClassMetadata, AnnotatedTypeMetadata {
 
	//拿到当前类上所有的注解的全类名（注意是全类名）
	Set<String> getAnnotationTypes();
	// 拿到指定的注解类型
	//annotationName:注解类型的全类名
	Set<String> getMetaAnnotationTypes(String annotationName);
	
	// 是否包含指定注解 （annotationName：全类名）
	boolean hasAnnotation(String annotationName);
	//这个厉害了，用于判断注解类型自己是否被某个元注解类型所标注
	//依赖于AnnotatedElementUtils#hasMetaAnnotationTypes
	boolean hasMetaAnnotation(String metaAnnotationName);
	
	// 类里面只有有一个方法标注有指定注解，就返回true
	//getDeclaredMethods获得所有方法， AnnotatedElementUtils.isAnnotated是否标注有指定注解
	boolean hasAnnotatedMethods(String annotationName);
	// 返回所有的标注有指定注解的方法元信息。注意返回的是MethodMetadata 原理基本同上
	Set<MethodMetadata> getAnnotatedMethods(String annotationName);
}

MethodMetadata

public interface MethodMetadata extends AnnotatedTypeMetadata {
    //方法名
	String getMethodName();
    //定义方法的类全限定名
	String getDeclaringClassName();
    //返回的值全限定名
	String getReturnTypeName();
}

MetadataReader

public interface MetadataReader {

    /**
     * 返回class文件的IO资源引用
     */
    Resource getResource();

    /**
     * 为基础class读取基本类元数据，返回基础类的元数据。
     */
    ClassMetadata getClassMetadata();

    /**
     *为基础类读取完整的注释元数据，包括注释方法的元数据。返回基础类的完整注释元数据
     */
    AnnotationMetadata getAnnotationMetadata();
}

MetadataReaderFactory

MetadataReaderFactory接口，MetadataReader的工厂接口。允许缓存每个MetadataReader的元数据集。

public interface MetadataReaderFactory {
    /**
     * 根据class名称创建MetadataReader
     */
    MetadataReader getMetadataReader(String className) throws IOException;

    /**
     * 根据class的Resource创建MetadataReader
     */
    MetadataReader getMetadataReader(Resource resource) throws IOException;

}

1.4 SPI机制

Spring中的SPI相较于JDK原生的SPI更加的高级实用，因为它不仅限于接口或者抽象类，可以是任何一个类，接口和注解。在Springboot中大量用到SPI机制加载自动配置类和特殊组件。

声明SPI文件

将SPI文件放在项目的META-INF目录下，且文件名必须为spring.factories。代码如下：

com.example.demo.entity.User=\
com.example.demo.entity.User

spring.factories中被检索的类，接口和注解的全限定名作为key，具体要检索的类的全限定名作为value，多个类之间用逗号进行分割。

测试获取

  List<User> users = SpringFactoriesLoader.loadFactories(User.class, Demo2Application.class.getClassLoader());
        for (User user : users) {
            System.out.println(user);
        }

1.5 Springboot 的装配机制

Springboot中的自动装配其实就是模块装配+条件装配+SPI机制的组合使用

@SpringbootApplication的组成可以参考 Springboot 核心注解和基本配置解读_山河亦问安的博客-CSDN博客

这里主要讲解@EnableAutoConfiguration,点开@EnableAutoConfiguration注解

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import({AutoConfigurationImportSelector.class})
public @interface EnableAutoConfiguration {
    String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";

    Class<?>[] exclude() default {};

    String[] excludeName() default {};
}

@AutoConfigurationPackage注解本身组合了一个@Import注解

@Import({AutoConfigurationPackages.Registrar.class})

@AutoConfiguration注解所做的是将主启动类所在的包记录下来，注册到AutoConfigurationPackages中。在Springboot 2.3.0版本后，注解中多了两个属性，可以手动指定应用的根包路径，如下：

 String[] basePackages() default {};

 Class<?>[] basePackageClasses() default {};

简单介绍了@AutoConfigurationPackage 注解本身,下面把目标转移到导人的内部类
AutoConfigurationPackages.Registrar.class上。 Registrar本身是一ImportBeanDefinitionRegistrar,它的作用是以编程式向IOC 容器中注册 bean对象，而Registrar 要注册的对象实际上是默认主启动类所在的包路径（也就是@AutoConfiqurationPackage注解要记录的根包)。Registrar代码如下：

 static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {
        Registrar() {
        }
        public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
            AutoConfigurationPackages.register(registry, (String[])(new PackageImports(metadata)).getPackageNames().toArray(new String[0]));
        }
    }

debug如下：

注意register方法的第二个参数，它利用PackageImports导出了一组包名．而包名的来源是一个AnnotationMetadata，这个AnnotationMetadata本质上可以理解为AutoConfiaurationPackage 注解本身。换句话说,这个 PackageImports类提取出@AutoConfigurationPackage 注解中定义的两个属性（ baserackages与basePackageClasses）。实际上源码也是如此,它做了一个约定大于配置的设计，PackageImports的构造方法中会先提取注解中的这两个属性，如果两个属性都没有定义会提取主启动类所在的包名。

@Import({AutoConfigurationImportSelector.class})：

将AutoConfigurationImportSelector这个类导入到spring容器中，AutoConfigurationImportSelector可以帮助springboot应用将所有符合条件的@Configuration配置都加载到当前SpringBoot创建并使用的IOC容器(ApplicationContext)中。主干逻辑只有三步:加载自动配置类，移除被去掉的自动配置类，封装Entry返回。这里加载自动配置类的动作就是利用 Spring Framework 的 SPI机制．从spring.factories中提取出所有@EnableAutoConfiguration对应的配置值。可以通过三种途径移除被去掉的自动配置类:@springBootApplication或@EnableAutoConfiguration 注解的exclude、excludeName属性，以及全局配置文件的spring.autoconfigure.exclude 属性配置。底层源码会提取出这三个位置配置的自动配置类并移除。代码如下：

 protected AutoConfigurationEntry getAutoConfigurationEntry(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
        if (!this.isEnabled(annotationMetadata)) {
            return EMPTY_ENTRY;
        } else {
            //加载注解属性配置
            AnnotationAttributes attributes = this.getAttributes(annotationMetadata);
            //加载自动配置类
            List<String> configurations = this.getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes);
           //获取显式配置了要移除的自动配置类
            configurations = this.removeDuplicates(configurations);
            Set<String> exclusions = this.getExclusions(annotationMetadata, attributes);
            this.checkExcludedClasses(configurations, exclusions); 
            //移除要删除的自动配置类
            configurations.removeAll(exclusions);
            configurations = this.getConfigurationClassFilter().filter(configurations);
            this.fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
            return new AutoConfigurationEntry(configurations, exclusions);
        }
    }

springboot底层实现自动配置的步骤是：
1.@SpringBootApplication起作用；
2.@EnableAutoConfiguration；
3.@AutoConfigurationPackage：这个组合注解主要是@Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class)，它通过将Registrar类导入到容器中，而Registrar类作用是扫描主配置类同级目录以及子包，并将相应的组件导入到springboot创建管理的容器中；
4.@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)：它通过将AutoConfigurationImportSelector类导入到容器中，AutoConfigurationImportSelector类作用是通过selectImports方法实现将配置类信息交给SpringFactory加载器进行一系列的容器创建过程。