Spring處理@Configuration的分析

Spring處理@Configuration的分析

聲明:本文若有任何紕漏、錯誤,還請不吝指出!

序言

@Configuration註解在SpringBoot中作用很大,且不說SpringBoot中的外部化配置,一些第三方組件也是通過這個註解完成整合的,常用的比如說mybatis,就是利用了@Configuration這個註解來實現的。

在註解類中,還可以使用@Bean的方式向Spring容器中,注入一些我們自定義的組件。

SpringBoot中各種Enable又是如何實現的?和@Configuration又有什麼聯繫呢?

這就要了解Spring是怎麼對待被@Configuration所註解的類。

環境

SpringBoot 2.2.6RELEASE

Spring 5.2.5.RELEASE

正文

註解依附於具體的Java類,所以如果想獲取註解的信息,必須先將類加載進來,才能從Class對象獲取到其註解元信息。

好在Spring容器啓動之前,已經把所有需要加載的Bean,封裝成一個BeanDefinition對象,最終註冊到BeanDefinitionRegistry中。

BeanDefinition包含了一個Bean所有的信息,自然也包含了它的元註解信息。

有了這個就能輕而易舉的獲取到標註有@Configuration註解的BeanDefinition,從而去處理這個配置類擁有的各種配置信息。

有了BeanDefinition之後,下面一步就是要進行Bean的實例化了。如果一個Bean被實例化後,就沒有可操作的機會了,因此SpringBean的實例化前預留了一些自定義的處理時機。

BeanFactoryPostProcessor就是這樣的一個功能,用於在Bean實例化之前,做一些其他的處理操作。

對配置類的處理,也正是利用了這一預留點。

BeanDefinitionRegistryPostProcessor

處理配置類,第一步就要從茫茫的BeanDefinition中,找出哪些是配置類。

容器開始啓動之前的一些準備動作,這裏不說明,主要是掃描classpath,然後將生成BeanDefinition

直接從容器的啓動開始簡單下調用棧

Spring容器真正開始啓動的是從這裏開始的org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext#refresh,在這個方法中,會去執行所有的BeanFactoryPostProcessor

通過一個委託類org.springframework.context.support.PostProcessorRegistrationDelegate,執行所有的BeanFactoryPostProcessor後置處理邏輯。

BeanFactoryPostProcessor有一個子接口是BeanDefinitionRegistryPostProcessor,這個接口的主要作用就是在其他後置處理執行之前,額外註冊一些BeanDefinition進來。

想想在配置類中使用的@Import@Bean,就可以猜到,這些註解的處理就是由這個處理器進行處理的。

BeanDefinitionRegistryPostProcessorBeanFactoryPostProcessor是放到一起處理的,只不過BeanDefinitionRegistryPostProcessor的執行時機,早於BeanFactoryPostProcessor的執行時機。

// org.springframework.context.support.PostProcessorRegistrationDelegate
public static void invokeBeanFactoryPostProcessors(
      ConfigurableListableBeanFactory beanFactory, List<BeanFactoryPostProcessor> beanFactoryPostProcessors) {
  
   Set<String> processedBeans = new HashSet<>();
   // 如果BeanFactory同時又是一個BeanDefinitionRegistry的話
   // 例如 DefaultListaleBeanFactory
   if (beanFactory instanceof BeanDefinitionRegistry) {
      BeanDefinitionRegistry registry = (BeanDefinitionRegistry) beanFactory;
      List<BeanFactoryPostProcessor> regularPostProcessors = new ArrayList<>();
      List<BeanDefinitionRegistryPostProcessor> registryProcessors = new ArrayList<>();
      // 如果有直接註冊到Context的後置處理器,
      // 先執行直接添加到ApplicationContext的BeanDefinitionRegistryPostProcessor處理器
      for (BeanFactoryPostProcessor postProcessor : beanFactoryPostProcessors) {
         if (postProcessor instanceof BeanDefinitionRegistryPostProcessor) {
            BeanDefinitionRegistryPostProcessor registryProcessor =
                  (BeanDefinitionRegistryPostProcessor) postProcessor;
            // 執行BeanDefinitionRegistryPostProcessor處理器 
            registryProcessor.postProcessBeanDefinitionRegistry(registry);
            // BeanDefinitionRegistryPostProcessor同時又是一個BeanFactoryPostProcessor
            // 待所有的BeanDefinitionRegistryPostProcessor執行完後,再來執行它
            registryProcessors.add(registryProcessor);
         }
         else {
            // 加入到BeanFactoryPostProcessor處理器集合中,待所有的BeanDefinitionRegistryPostProcessor執行完後,來執行它
            regularPostProcessors.add(postProcessor);
         }
      }

      List<BeanDefinitionRegistryPostProcessor> currentRegistryProcessors = new ArrayList<>();
      // 對從BeanDefinitionRegistry中的BeanDefinition做後置處理
      // 先執行被@PriorityOrdered註解的BeanDefinitionRegistryPostProcessor
      // 並且按排序大小進行優先級排序
      // 根據類型,從BeanDefinitionRegistry中查找出所有的BeanDefinitionRegistryPostProcessor的是實現類,及子類
      String[] postProcessorNames =
            beanFactory.getBeanNamesForType(BeanDefinitionRegistryPostProcessor.class, true, false);
      for (String ppName : postProcessorNames) {
         // 使用@PriorityOrdered註解的先查找出來
         if (beanFactory.isTypeMatch(ppName, PriorityOrdered.class)) {
            currentRegistryProcessors.add(beanFactory.getBean(ppName, BeanDefinitionRegistryPostProcessor.class));
            processedBeans.add(ppName);
         }
      }
      // 按編號大小排序,升序排列 
      sortPostProcessors(currentRegistryProcessors, beanFactory);
      registryProcessors.addAll(currentRegistryProcessors);
      // 執行BeanDefinitionRegistryPostProcessor
      invokeBeanDefinitionRegistryPostProcessors(currentRegistryProcessors, registry);
      currentRegistryProcessors.clear();

      // 處理被註解@Ordered標註的BeanDefinitionRegistryPostProcessor,
      // 並且按排序後排序後執行
      // 根據類型,從BeanDefinitionRegistry中查找出所有的BeanDefinitionRegistryPostProcessor的是實現類,及子類
      postProcessorNames = beanFactory.getBeanNamesForType(BeanDefinitionRegistryPostProcessor.class, true, false);
      for (String ppName : postProcessorNames) {
         // 沒被處理過且被註解@Ordered
         if (!processedBeans.contains(ppName) && beanFactory.isTypeMatch(ppName, Ordered.class)) {
            currentRegistryProcessors.add(beanFactory.getBean(ppName, BeanDefinitionRegistryPostProcessor.class));
            processedBeans.add(ppName);
         }
      }
      sortPostProcessors(currentRegistryProcessors, beanFactory);
      registryProcessors.addAll(currentRegistryProcessors);
      // 執行BeanDefinitionRegistryPostProcessor
      invokeBeanDefinitionRegistryPostProcessors(currentRegistryProcessors, registry);
      currentRegistryProcessors.clear();

      // 再去執行其他的剩下的所有BeanDefinitionRegistryPostProcessor
      boolean reiterate = true;
      while (reiterate) {
         reiterate = false;
         
         postProcessorNames= beanFactory.getBeanNamesForType(BeanDefinitionRegistryPostProcessor.class, true, false);
         for (String ppName : postProcessorNames) {
            if (!processedBeans.contains(ppName)) {
               currentRegistryProcessors.add(beanFactory.getBean(ppName, BeanDefinitionRegistryPostProcessor.class));
               processedBeans.add(ppName);
               reiterate = true;
            }
         }
         sortPostProcessors(currentRegistryProcessors, beanFactory);
         registryProcessors.addAll(currentRegistryProcessors);
         invokeBeanDefinitionRegistryPostProcessors(currentRegistryProcessors, registry);
         currentRegistryProcessors.clear();
      }

      // BeanDefinitionRegistryPostProcessor也是一個BeanFactoryPostProcessor
      // 下面這部分就是執行postProcessBeanFactory方法,
      // 會在@Configuration的proxyBeanMethods爲true時對配置類做一個CGLIB增強,
      // 表示對配置類中的BeanMethod創建時,使用代理創建
      // 將增強後的類,替換到其BeanDefinition#setBeanClass
      invokeBeanFactoryPostProcessors(registryProcessors, beanFactory);
      // 最後再執行直接註冊到到ApplicationContext中的BeanFactoryPostProcessor
      invokeBeanFactoryPostProcessors(regularPostProcessors, beanFactory);
   }

   else {
      // 處理直接通過ApplicationContext實例註冊的BeanFactoryPostProcessor
      invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactoryPostProcessors, beanFactory);
   }

   // 上面就執行過了定義的所有的BeanDefinitionRegistryPostProcessor,以及實現的
   //  BeanFactoryPostProcessor#postProcessBeanFactory方法
   // 接下來回去執行所有的BeanFactoryPostProcessor處理器
  
   // 查找出所有註冊的類型爲BeanFactoryPostProcessor的BeanDefinition的name數組
   String[] postProcessorNames =
         beanFactory.getBeanNamesForType(BeanFactoryPostProcessor.class, true, false);

   // 分別歸類出使用@PriorityOrdered 和 @Ordered註解和沒有使用的
   List<BeanFactoryPostProcessor> priorityOrderedPostProcessors = new ArrayList<>();
   List<String> orderedPostProcessorNames = new ArrayList<>();
   List<String> nonOrderedPostProcessorNames = new ArrayList<>();
   for (String ppName : postProcessorNames) {
      if (processedBeans.contains(ppName)) {
         // 處理過的,不用重複處理
      }
      else if (beanFactory.isTypeMatch(ppName, PriorityOrdered.class)) {
         priorityOrderedPostProcessors.add(beanFactory.getBean(ppName, BeanFactoryPostProcessor.class));
      }
      else if (beanFactory.isTypeMatch(ppName, Ordered.class)) {
         orderedPostProcessorNames.add(ppName);
      }
      else {
         nonOrderedPostProcessorNames.add(ppName);
      }
   }

   // 優先處理 PriorityOrdered.
   sortPostProcessors(priorityOrderedPostProcessors, beanFactory);
   invokeBeanFactoryPostProcessors(priorityOrderedPostProcessors, beanFactory);

   // 其次 Ordered.
   List<BeanFactoryPostProcessor> orderedPostProcessors = new ArrayList<>(orderedPostProcessorNames.size());
   for (String postProcessorName : orderedPostProcessorNames) {
      orderedPostProcessors.add(beanFactory.getBean(postProcessorName, BeanFactoryPostProcessor.class));
   }
   sortPostProcessors(orderedPostProcessors, beanFactory);
   invokeBeanFactoryPostProcessors(orderedPostProcessors, beanFactory);

   //最後普通的 BeanFactoryPostProcessor
   List<BeanFactoryPostProcessor> nonOrderedPostProcessors = new ArrayList<>(nonOrderedPostProcessorNames.size());
   for (String postProcessorName : nonOrderedPostProcessorNames) {
      nonOrderedPostProcessors.add(beanFactory.getBean(postProcessorName, BeanFactoryPostProcessor.class));
   }
   invokeBeanFactoryPostProcessors(nonOrderedPostProcessors, beanFactory);
   beanFactory.clearMetadataCache();
}

上面這個方法執行完後,已經完成了所有BeanFactoryPostProcessor的執行,也自然已經處理過所有的配置類了。

ConfigurationClassPostProcessor

在衆多的後置處理器中,有一個獨屬於@Configuration的後置處理器,就是ConfigurationClassPostProcessor,一個好的命名的效果,就體現出來了。

下面這個方法,負責兩件事

  1. BeanDefinitionRegistry中篩選出配置類
  2. 對配置類的BeanDefinition進行解析
// org.springframework.context.annotation.ConfigurationClassPostProcessor
public void processConfigBeanDefinitions(BeanDefinitionRegistry registry) {
  // 候選配置類集合 
  List<BeanDefinitionHolder> configCandidates = new ArrayList<>();
  // 獲取所有的BeanDefinition的name數組
   String[] candidateNames = registry.getBeanDefinitionNames();

   for (String beanName : candidateNames) {
      BeanDefinition beanDef = registry.getBeanDefinition(beanName);
      // 如果BeanDefinition中有這個屬性存在,說明作爲一個配置類已經被處理過了
     if (beanDef.getAttribute(ConfigurationClassUtils.CONFIGURATION_CLASS_ATTRIBUTE) != null) {
         if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug("Bean definition has already been processed as a configuration class: " + beanDef);
         }
      }
      // 檢查是否爲一個配置類
      // 查看是否具有@Configuration註解
      // 這裏不會僅僅看BeanDefinition所代表的類直接標註的註解,而是會遞歸查找其註解的註解是否有爲
      // @Configuration,只要找到了那麼當前的類就是一個配置類
      else if (ConfigurationClassUtils.checkConfigurationClassCandidate(beanDef, this.metadataReaderFactory)) {
         configCandidates.add(new BeanDefinitionHolder(beanDef, beanName));
      }
   }

   // 找不到就結束
   if (configCandidates.isEmpty()) {
      return;
   }

   // 對使用了@Order的進行排序 自然排序也就是升序
   // 注意不是@Ordered
   configCandidates.sort((bd1, bd2) -> {
      int i1 = ConfigurationClassUtils.getOrder(bd1.getBeanDefinition());
      int i2 = ConfigurationClassUtils.getOrder(bd2.getBeanDefinition());
      return Integer.compare(i1, i2);
   });

   // 如果有自定義Bean Name生成器,就使用自定義的
   SingletonBeanRegistry sbr = null;
   if (registry instanceof SingletonBeanRegistry) {
      sbr = (SingletonBeanRegistry) registry;
      if (!this.localBeanNameGeneratorSet) {
         BeanNameGenerator generator = (BeanNameGenerator) sbr.getSingleton(
               AnnotationConfigUtils.CONFIGURATION_BEAN_NAME_GENERATOR);
         if (generator != null) {
            this.componentScanBeanNameGenerator = generator;
            this.importBeanNameGenerator = generator;
         }
      }
   }
   // 如果還沒有初始化Environment對象,初始化一個
   if (this.environment == null) {
      this.environment = new StandardEnvironment();
   }

   // 解析每一個被@Configuratin標註的註解類
   ConfigurationClassParser parser = new ConfigurationClassParser(
         this.metadataReaderFactory, this.problemReporter, this.environment,
         this.resourceLoader, this.componentScanBeanNameGenerator, registry);

   Set<BeanDefinitionHolder> candidates = new LinkedHashSet<>(configCandidates);
   Set<ConfigurationClass> alreadyParsed = new HashSet<>(configCandidates.size());
   do {
      parser.parse(candidates);
      parser.validate();

      Set<ConfigurationClass> configClasses = new LinkedHashSet<>(parser.getConfigurationClasses());
      configClasses.removeAll(alreadyParsed);

      // 構造一個BeanDefinitionReader
      if (this.reader == null) {
         this.reader = new ConfigurationClassBeanDefinitionReader(
               registry, this.sourceExtractor, this.resourceLoader, this.environment,
               this.importBeanNameGenerator, parser.getImportRegistry());
      }
      // 加載配置類中的@Bean,生成BeanDefinition
      this.reader.loadBeanDefinitions(configClasses);
      alreadyParsed.addAll(configClasses);

      candidates.clear();
      // 下面這段主要是考慮到@Import進來的或者@ImportSource或者@Bean等方式注入進來的會有配置類
      if (registry.getBeanDefinitionCount() > candidateNames.length) {
         String[] newCandidateNames = registry.getBeanDefinitionNames();
         Set<String> oldCandidateNames = new HashSet<>(Arrays.asList(candidateNames));
         Set<String> alreadyParsedClasses = new HashSet<>();
         for (ConfigurationClass configurationClass : alreadyParsed) {
            alreadyParsedClasses.add(configurationClass.getMetadata().getClassName());
         }
         for (String candidateName : newCandidateNames) {
            if (!oldCandidateNames.contains(candidateName)) {
               BeanDefinition bd = registry.getBeanDefinition(candidateName);
               if (ConfigurationClassUtils.checkConfigurationClassCandidate(bd, this.metadataReaderFactory) &&
                     !alreadyParsedClasses.contains(bd.getBeanClassName())) {
                  candidates.add(new BeanDefinitionHolder(bd, candidateName));
               }
            }
         }
         candidateNames = newCandidateNames;
      }
   }
   while (!candidates.isEmpty());

   //把 ImportRegistry註冊成一個Bean,以便支持  繼承ImportAware 有註解類@Configuration的配置類 
   if (sbr != null && !sbr.containsSingleton(IMPORT_REGISTRY_BEAN_NAME)) {
      sbr.registerSingleton(IMPORT_REGISTRY_BEAN_NAME, parser.getImportRegistry());
   }

}

這個方法執行完後,所有的配置類都會被進行處理,並且在此過程中,BeanDefinition的總量有可能會增加,有新的BeanDefinition在解析過程新增進來。

這些BeanDefinition的來源就是存在於配置類上的其他註解

ConfigurationClassParser

SpringBoot是如何使用一個@SpringBootApplication註解,完成了那麼多的事情?

答案就在下面揭曉

// `org.springframework.context.annotation.ConfigurationClassParser
protected final SourceClass doProcessConfigurationClass(
			ConfigurationClass configClass, SourceClass sourceClass, Predicate<String> filter)
			throws IOException {
		// 如果有Component註解
		if (configClass.getMetadata().isAnnotated(Component.class.getName())) {
			// 首先遞歸處理內部類
			processMemberClasses(configClass, sourceClass, filter);
		}

		// 處理所有的@PropertySource註解
		for (AnnotationAttributes propertySource : AnnotationConfigUtils.attributesForRepeatable(
				sourceClass.getMetadata(), PropertySources.class,
				org.springframework.context.annotation.PropertySource.class)) {
			if (this.environment instanceof ConfigurableEnvironment) {
				processPropertySource(propertySource);
			}
			else {
				logger.info("Ignoring @PropertySource annotation on [" + sourceClass.getMetadata().getClassName() +
						"]. Reason: Environment must implement ConfigurableEnvironment");
			}
		}

		// 處理所有的 @ComponentScan 和@ComponentScans
		Set<AnnotationAttributes> componentScans = AnnotationConfigUtils.attributesForRepeatable(
				sourceClass.getMetadata(), ComponentScans.class, ComponentScan.class);
		if (!componentScans.isEmpty() &&
				!this.conditionEvaluator.shouldSkip(sourceClass.getMetadata(), ConfigurationPhase.REGISTER_BEAN)) {
			for (AnnotationAttributes componentScan : componentScans) {
				// The config class is annotated with @ComponentScan -> perform the scan immediately
				Set<BeanDefinitionHolder> scannedBeanDefinitions =
						this.componentScanParser.parse(componentScan, sourceClass.getMetadata().getClassName());
				// 繼續檢查掃描的BeanDefinition有沒有是配置類的
				for (BeanDefinitionHolder holder : scannedBeanDefinitions) {
					BeanDefinition bdCand = holder.getBeanDefinition().getOriginatingBeanDefinition();
					if (bdCand == null) {
						bdCand = holder.getBeanDefinition();
					}
					if (ConfigurationClassUtils.checkConfigurationClassCandidate(bdCand, this.metadataReaderFactory)) {
                                                  // 如果是的話,解析
						parse(bdCand.getBeanClassName(), holder.getBeanName());
					}
				}
			}
		}

		// 處理所有的@Import註解,將導入的Bean註冊到BeanDefinitionRegistry
                 // 這個也是會查找註解的註解,制止找到所有的@Import
		processImports(configClass, sourceClass, getImports(sourceClass), filter, true);

		// 處理所有的@ImportResource 註解,將導入的Bean註冊到BeanDefinitionRegistry
		AnnotationAttributes importResource =
				AnnotationConfigUtils.attributesFor(sourceClass.getMetadata(), ImportResource.class);
		if (importResource != null) {
			String[] resources = importResource.getStringArray("locations");
			Class<? extends BeanDefinitionReader> readerClass = importResource.getClass("reader");
			for (String resource : resources) {
				String resolvedResource = this.environment.resolveRequiredPlaceholders(resource);
				configClass.addImportedResource(resolvedResource, readerClass);
			}
		}

		// 處理獨立的 @Bean方法,生成BeanMethod
                // 使用@Bean,方法要是可重寫,也就是不能爲default/private,因爲要使用CGLIB代理
                // 詳細可進去下面方法細看
                Set<MethodMetadata> beanMethods = retrieveBeanMethodMetadata(sourceClass);
		for (MethodMetadata methodMetadata : beanMethods) {
			configClass.addBeanMethod(new BeanMethod(methodMetadata, configClass));
		}

		// 處理接口的默認方法
		processInterfaces(configClass, sourceClass);

		// 如果有父類,處理
		if (sourceClass.getMetadata().hasSuperClass()) {
			String superclass = sourceClass.getMetadata().getSuperClassName();
			if (superclass != null && !superclass.startsWith("java") &&
					!this.knownSuperclasses.containsKey(superclass)) {
				this.knownSuperclasses.put(superclass, configClass);
				// Superclass found, return its annotation metadata and recurse
				return sourceClass.getSuperClass();
			}
		}

		//沒有父類,處理完成
		return null;
	}

看下@SpringBootApplication的定義

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Configuration
public @interface SpringBootConfiguration {
  
}

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan(excludeFilters = { @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
      @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {
  
}

可以看到@SpringBootApplication在功能上也是一個@Configuration

這樣就解釋了,一般在SpringBoot的啓動類上寫了那麼多註解,爲啥可以被執行。

如果有看過各類@Enable註解,就一定會看到,每一個@Enable幾乎都會被@Import所註解,而一般使用@Enable時,都會和@SpringBootApplication寫一起,這個寫法的一方面是比較清晰,集中寫到一起,還有個原因就是部分@Enable在定義時,沒有使用@Configuration來進行註解,需要藉助於一個能被Spring容器啓動時處理的配置類上。

上面的這段代碼分析,正好解釋了@Enable背後的實現原理。

總結

其實總的看下來,@Configuration就是一個標誌註解,更大的作用就是爲別的註解服務的。這麼說有點矛盾,主要是覺得本身不具備什麼功能性。

至於其能實現的對字段進行配置值綁定來說,可以使用@ConfigurationProperties或者@Value這兩個註解來實現,由此可見,@Configuration並不是用於將配置文件的配置值,綁定到配置類的,這個工作和他沒有任何關係,對於一些配置文件的配置來說,可以使用@Component註解來對普通的配置類註解,達到一樣的效果,而並非一定要使用@Configuration(@Configuration註解派生自@Component)。

通過我們上面的分析,被@Configuration註解的類,僅有存在以上那幾個註解時,纔有意義,才能被ConfigurationClassPostProcessor所處理,而這個處理過程中,和配置值綁定一毛錢的關係都沒有。

實際上配置值的綁定,都是在Bean實例化後,Bean屬性填充期間進行的。

@ConfigurationProperties註解會在ConfigurationPropertiesBindingPostProcessor執行時進行處理,這個處理器是一個BeanPostProcessor

@Value註解的處理是在AutowiredAnnotationBeanPostProcessor這個BeanPostProcessor中來處理的,這個處理器同時也是處理@Inject@Autowired@ResourceBeanPostProcesoor

Spring或者SpringBoot中,大量的使用各種後置處理器,除了對主體框架(Bean的生命週期)的理解外,剩下的主要就是熟悉這些支持各種功能的PostProcessor

還有個值得注意的是,@Configuration有個方法proxyBeanMethods,這個方法返回true時,默認也是true,會對我們的配置類,生成一個代理類,注意,這裏是直接生成一個代理類,並且最後實例化時,也是使用這個代理類進行實例化Bean,這個就給我們一個啓發,如果想對一些無法直接修改又被Spring容器所管理的的Bean,是否可以通過自定義BeanDefinitionRegistryProcessor的方式,來對原Class做一個增強,從而實現我們的目的。

PS:是否具備切實可行性,並不保證,只是覺得如果遇到,可以嘗試下。

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