Spring 源码分析之 bean 依赖注入原理(注入属性)

最近在研究Spring bean 生命周期相关知识点以及源码，所以打算写一篇 Spring bean生命周期相关的文章，但是整理过程中发现涉及的点太多而且又很复杂，很难在一篇文章中把Spring bean 的生命周期讲清楚，所以最后决定分解成几个模块来写，最后在写一篇文章把各个内容串联起来，这样可以讲的更细更深入不会犹豫篇幅而讲的太笼统。bean 生命周期所涉及的主要流程如下图所示。

本文想写bean 生命周期的第二阶段 bean 的依赖注入(注入属性)部分按下面几个步骤来讲解。

• Spring容器与依赖注入
• 什么时候会触发依赖注入？
• 关于依赖注入与属性注入的几点说明
• 解析Spring 依赖注入源码部分
• 总结

一. Spring容器与依赖注入

Spring最有名的高级特性非ioc莫属了，虽然ioc 不是本次要讨论的重点，但还是有必要说一下。对于Spring的ioc我不想过多教科书式的解释这名次，我也相信每个使用Spring的程序员都有自己的理解，只是有时很难把自己的理解清楚的解释给别人而已。下面我说说我自己的理解，有说错的地方欢迎大家指正。Spring ioc 至少要具备一下两点功能：

准备Bean 整个生命周期需要的数据

这一步是Spring 容器启动的时候会 定位 我们的配置文件， 加载 文件，并 解析 成Bean的定义文件 BeanDefinition 来为下一步作准备，这个 BeanDefinition 会贯穿Spring 启动初始化的整个流程，非常重要，因为他是数据基础。

管理Bean的整个生命周期

• 需要具备创建一个Bean的功能
• 需要具备根据Bean与Bean之间的关系依赖注入功能（本次要讲的内容）
• 需要能够执行初始化方法以及销毁方法

有了以上几个功能之后Spring ioc 就能够控制bean的流程了，这不控制反转了么。而我们只需用注解或者配置文件配置bean的特性以及依赖关系即可。下面说一下有关ApplicationContext 和 BeanDefinition：

1. 核心容器ApplicationContext

上述这些功能都可以由Spring容器(比如 ApplicationContext )来实现,Spring启动时会把所有需要的bean扫描并注册到容器里，在这个过程当中Spring会根据我们定义的bean之间的依赖关系来进行注入，依赖关系的维护方式有两种即 XML配置 文件或者 注解 ，Spring启动时会把这些依赖关系转化成Spring能够识别的数据结构 BeanDefinition ,并根据它来进行bean的初始化，依赖注入等操作。下面看看一个简单的Spring容器如下图：

Spring 依赖注入的实现是由像ApplicationContext这种容器来实现的，右边的Map里存储这bean之间的依赖关系的定义BeanDefinition，比如OrderController依赖OrderService这种，具体定义下面介绍。

结论:BeanDefinition提供了原材料数据基础,而ApplicationContext 提供了流程的设计与实现的算法

2. Bean依赖关系的定义

我们需要为Spring容器提供所有bean的定义以及bean之间的依赖关系，从而进行bean的依赖注入通常有两种方式， XML配置 或者 注解 ，不管是那种最终都会解析成BeanDefinition。

通过XML配置Bean依赖关系

<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans">
 <!-- orderDao 不需要任何的依赖 -->
 <bean id="orderDao" class="spring.DI.OrderDao"/>
 <!-- orderService 需要依赖orderDao -->
 <bean id="orderService" class="spring.DI.OrderService">
 <property name="orderDao" ref="orderDao"/>
 </bean>
 <!-- orderController orderService 也间接依赖了orderDao -->
 <bean id="orderController" class="spring.DI.OrderController">
 <property name="orderService" ref="orderService"/>
 </bean>
</beans>
复制代码
public class OrderController {
 private OrderService orderService;
 public OrderService getOrderService() {
 return orderService;
 }
 public void setOrderService(OrderService orderService) {
 this.orderService = orderService;
 }
}
复制代码

这种注入方式叫做set 方法注入，只需xml配置 加上对引用的bean的get set方法即可

通过注解定义置Bean依赖关系

<context:component-scan base-package="xxx.yyy"/>
复制代码
@Controller
public class OrderController {
 
 @Autowired
 private OrderService orderService;
 public OrderController() {
 }
}
复制代码
@Service
public class OrderService {
 @Autowired
 private OrderDao orderDao;
 public OrderService() {
 }
}
复制代码
@Repository
public class OrderDao {
 public OrderDao() {
 }
}
复制代码

Spring 启动时会把我们的定义信息转化成Spring能看懂的BeanDefinition,然后就可以由容器来创建bean以及依赖注入了，具体依赖注入的时候对于配置文件和注解的处理手段还不同，这个一会儿在解释。

二. 什么时候会触发依赖注入？

• Spring 容器启动初始化的时候(所有单例非懒加载的bean)
• 懒加载(lazy-init)的bean 第一次进行getBean的时候

1.Spring 容器启动初始化的时候

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("spring-beans.xml");
复制代码
public ClassPathXmlApplicationContext(String[] configLocations, boolean refresh, ApplicationContext parent)throws BeansException {
 super(parent);
 setConfigLocations(configLocations);
 if (refresh) {
 // 容器初始化入口
 refresh();
 }
}
复制代码
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
 synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
 prepareRefresh();
 // Prepare the bean factory for use in this context.
 prepareBeanFactory(beanFactory);
 // Allows post-processing of the bean factory in context subclasses.
 postProcessBeanFactory(beanFactory);
 // Invoke factory processors registered as beans in the context.
 invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
 // Register bean processors that intercept bean creation.
 registerBeanPostProcessors(beanFactory);
 // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
 // 初始化所有非 懒加载的bean！！！！
 finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
 // Last step: publish corresponding event.
 finishRefresh();
 }
 }
复制代码

finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);// 初始化所有非 懒加载的bean！！!

protected void finishBeanFactoryInitialization(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
 	// Stop using the temporary ClassLoader for type matching.
 	beanFactory.setTempClassLoader(null);
 	// 此处省略多行与本次无关代码
 	// Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
 	beanFactory.preInstantiateSingletons();
 }
复制代码
public void preInstantiateSingletons() throws BeansException {
 // 所有beanDefinition集合
 List<String> beanNames = new ArrayList<String>(this.beanDefinitionNames);
 // 触发所有非懒加载单例bean的初始化
 for (String beanName : beanNames) {
 RootBeanDefinition bd = getMergedLocalBeanDefinition(beanName);
 // 判断是否是懒加载单例bean，如果是单例的并且不是懒加载的则在Spring 容器
 if (!bd.isAbstract() && bd.isSingleton() && !bd.isLazyInit()) {
 // 判断是否是FactoryBean
 if (isFactoryBean(beanName)) {
 // 对FactoryBean的处理
 }else {
 // 如果是普通bean则进行初始化依赖注入，此 getBean(beanName)接下来触发的逻辑跟
 // context.getBean("beanName") 所触发的逻辑是一样的
 getBean(beanName);
 }
 }
 }
}
复制代码
@Override
public Object getBean(String name) throws BeansException { 
 return doGetBean(name, null, null, false);
}
复制代码

2.懒加载(lazy-init)的bean 第一次进行getBean

懒加载的bean 第一次进行getBean的操作调用的也是同一个方法

@Override
public Object getBean(String name) throws BeansException { 
 return doGetBean(name, null, null, false);
}
复制代码

doCreateBean是依赖注入的入口，也是我们本次要谈的核心函数。该方法具体实现在AbstractAutowireCapableBeanFactory类，感兴趣的朋友可以进去看看调用链。下面才刚刚开始进入依赖注入源码阶段。

三. 关于依赖注入与属性注入的几点说明

依赖注入其实是属性注入的一种特殊类型，他的特殊之处在于他要注入的是Bean，同样由Spring管理的Bean，而不是其他的参数，如String,List,Set,Array这种。

普通的属性的值用 value

（类型包括 String list set map ...）

Bean类型的属性的引用ref, 这种注入属于依赖注入

四. 解析Spring 依赖注入源码部分

• 依赖注入实现的入口
• 注解形式注入的源码
• xml 配置形式注入的源码

1. 依赖注入实现的入口

protected Object doCreateBean(final String beanName, final RootBeanDefinition mbd, final Object[] args) {
	//第一步 创建bean实例 还未进行属性填充和各种特性的初始化
	BeanWrapper instanceWrapper = null;
	if (instanceWrapper == null) {
		instanceWrapper = createBeanInstance(beanName, mbd, args);
	}
	final Object bean = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedInstance() : null);
	Class<?> beanType = (instanceWrapper != null ? instanceWrapper.getWrappedClass() : null);
	Object exposedObject = bean;
	try {
	 // 第二步 进行依赖注入(注入属性)
	 populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
	 if (exposedObject != null) {
	 // 第三步 执行bean的初始化方法
		exposedObject = initializeBean(beanName, exposedObject, mbd);
	 }
	}catch (Throwable ex) {
	 // 抛相应的异常
	}
	return exposedObject;
}
复制代码

我们这里需要关注的是第二步关于依赖注入这一块，下面这行代码

populateBean(beanName, mbd, instanceWrapper);
复制代码
protected void populateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, BeanWrapper bw) {
 // 所有的属性
	PropertyValues pvs = mbd.getPropertyValues();
	// 这里是处理自动装配类型的, autowire=byName 或者byType。如果不配置不走这个分支，xml或注解都可配 
	if (mbd.getResolvedAutowireMode() == RootBeanDefinition.AUTOWIRE_BY_NAME ||
			mbd.getResolvedAutowireMode() == RootBeanDefinition.AUTOWIRE_BY_TYPE) {
		pvs = newPvs;
	}
	// 后处理器是否已经准备好（后处理器会处理已@Autowired 形式来注入的bean， 有一个 
	// 子类AutowiredAnnotationBeanPostProcessor来处理@Autowired注入的bean）
	boolean hasInstAwareBpps = hasInstantiationAwareBeanPostProcessors();
	// 是否需要依赖检查
	boolean needsDepCheck = (mbd.getDependencyCheck() != RootBeanDefinition.DEPENDENCY_CHECK_NONE);
	if (hasInstAwareBpps || needsDepCheck) {
		PropertyDescriptor[] filteredPds = filterPropertyDescriptorsForDependencyCheck(bw, mbd.allowCaching);
		if (hasInstAwareBpps) {
			for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
				if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
					InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor)bp;
					// 这里会处理对注解形式的注入 重点！！！！
					pvs = ibp.postProcessPropertyValues(pvs, filteredPds, bw.getWrappedInstance(), beanName);
					if (pvs == null) {
						return;
					}
				}
			}
		}
	}
 // 注入参数的方法（注解的Bean的依赖注入除外）
	applyPropertyValues(beanName, mbd, bw, pvs);
}
复制代码

2. 注解形式注入的源码

// 后处理器是否已经准备好（后处理器会处理已@Autowired 形式来注入的bean， 有一个 
// 子类AutowiredAnnotationBeanPostProcessor来处理@Autowired注入的bean）
boolean hasInstAwareBpps = hasInstantiationAwareBeanPostProcessors();
// 是否需要依赖检查
boolean needsDepCheck = (mbd.getDependencyCheck() != RootBeanDefinition.DEPENDENCY_CHECK_NONE);
if (hasInstAwareBpps || needsDepCheck) {
	PropertyDescriptor[] filteredPds = filterPropertyDescriptorsForDependencyCheck(bw, mbd.allowCaching);
	if (hasInstAwareBpps) {
		for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
			if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
				InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor)bp;
				// 这里会处理对注解形式的注入，比如 @Autowired注解 由类AutowiredAnnotationBeanPostProcessor来处理
				pvs = ibp.postProcessPropertyValues(pvs, filteredPds, bw.getWrappedInstance(), beanName);
				if (pvs == null) {
					return;
				}
			}
		}
	}
}
复制代码
pvs = ibp.postProcessPropertyValues(pvs, filteredPds, bw.getWrappedInstance(), beanName);
复制代码

@Override
public PropertyValues postProcessPropertyValues(PropertyValues pvs, PropertyDescriptor[] pds, Object bean, String beanName) throws BeansException {
 // 这里定义了把谁注入到哪里
	InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, bean.getClass(), pvs);
	try { 
	 // 进行注入
	 metadata.inject(bean, beanName, pvs);
	}catch (Throwable ex) {
		throw new BeanCreationException(beanName, "Injection of autowired dependencies failed", ex);
	}
	return pvs;
}
复制代码

InjectionMetadata在这个类里头封装了依赖的bean与被依赖的bean的信息，比如orderCcontroller 依赖orderService，需要把orderService 注入到orderController。下面贴一下我debug的图片

injectedElements

就是所有需要被注入的bean

protected void inject(Object target, String requestingBeanName, 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();
		}
	}
}
复制代码

3. xml 配置形式注入的源码

applyPropertyValues(beanName, mbd, bw, pvs);
复制代码

这个步骤主要做的就是把属性转 换成 相对应的类的属性类型，并最后注入到依赖的bean里头，由一下步骤组成：

• 判断是否已转换
• 进行转换
• 注入到bean

protected void applyPropertyValues(String beanName, BeanDefinition mbd, BeanWrapper bw, PropertyValues pvs) {
 MutablePropertyValues mpvs = null;
 List<PropertyValue> original;
 if (pvs instanceof MutablePropertyValues) {
 mpvs = (MutablePropertyValues) pvs;
 // 判断是否已转换，已经转换了则return
 if (mpvs.isConverted()) {
 // Shortcut: use the pre-converted values as-is.
 bw.setPropertyValues(mpvs);
 return;
 }
 original = mpvs.getPropertyValueList();
 }
 TypeConverter converter = getCustomTypeConverter();
 BeanDefinitionValueResolver valueResolver = new BeanDefinitionValueResolver(this, beanName, mbd, converter);
 // Create a deep copy, resolving any references for values.
 List<PropertyValue> deepCopy = new ArrayList<PropertyValue>(original.size());
 boolean resolveNecessary = false;
 for (PropertyValue pv : original) {
 if (pv.isConverted()) {
 deepCopy.add(pv);
 } else {
 // 属性名 如（name,orderService）
 String propertyName = pv.getName();
 // 未转换前的值，稍后贴出debug时的图
 Object originalValue = pv.getValue();
 // 转换后的值,进行转换处理(重要！！！！)
 Object resolvedValue = valueResolver.resolveValueIfNecessary(pv, originalValue);
 Object convertedValue = resolvedValue;
 // 
 if (resolvedValue == originalValue) {
 if (convertible) {
 pv.setConvertedValue(convertedValue);
 }
 deepCopy.add(pv);
 } else if (convertible && originalValue instanceof TypedStringValue &&
 !((TypedStringValue) originalValue).isDynamic() &&
 !(convertedValue instanceof Collection || ObjectUtils.isArray(convertedValue))) {
 pv.setConvertedValue(convertedValue);
 deepCopy.add(pv);
 } else {
 resolveNecessary = true;
 deepCopy.add(new PropertyValue(pv, convertedValue));
 }
 }
 }
 // 转换完成
 if (mpvs != null && !resolveNecessary) {
 mpvs.setConverted();
 }
 // 这里就是进行属性注入的地方，跟上面的inject方法类似
 try {
 bw.setPropertyValues(new MutablePropertyValues(deepCopy));
 } catch (BeansException ex) {
 throw new BeanCreationException(mbd.getResourceDescription(), beanName, "Error setting property values", ex);
 }
 }
复制代码

下面介绍上述步骤中的两个核心的流程：

• 进行转换操作，生成最终需要注入的类型的对象
• 进行注入操作

1.进行转换操作，生成最终需要注入的类型的对象

这个方法会返回一个我们最终要注入的一个属性对应类的一个对象

Object resolvedValue = valueResolver.resolveValueIfNecessary(pv, originalValue);
复制代码

根据参数类型做具体的转换处理，参数类型包括 1.Bean 2.Array 3.List 4.Set 5.Map 6.String 等等。

public Object resolveValueIfNecessary(Object argName, Object value) {
 // Bean 类型
 if (value instanceof RuntimeBeanReference) {
 RuntimeBeanReference ref = (RuntimeBeanReference) value;
 return resolveReference(argName, ref);
 }
 else if (value instanceof ManagedArray) {
 // 处理数组
 return resolveManagedArray(argName, (List<?>) value, elementType);
 }
 else if (value instanceof ManagedList) {
 // 处理list
 return resolveManagedList(argName, (List<?>) value);
 }
 else if (value instanceof ManagedSet) {
 // 处理set
 return resolveManagedSet(argName, (Set<?>) value);
 }
 else if (value instanceof ManagedMap) {
 // 处理map
 return resolveManagedMap(argName, (Map<?, ?>) value);
 }
 else if (value instanceof TypedStringValue) {
 // 处理字符串
 }
 else {
 return evaluate(value);
 }
}
复制代码
private Object resolveReference(Object argName, RuntimeBeanReference ref) {
 try {
	String refName = ref.getBeanName();
	refName = String.valueOf(doEvaluate(refName));
	if (ref.isToParent()) {
		if (this.beanFactory.getParentBeanFactory() == null) {
			throw new BeanCreationException("");
		}
		return this.beanFactory.getParentBeanFactory().getBean(refName);
	}else {
		Object bean = this.beanFactory.getBean(refName);
		this.beanFactory.registerDependentBean(refName, this.beanName);
		return bean;
	}
 }catch (BeansException ex) {throw new BeanCreationException(this.beanDefinition.getResourceDescription(), this.beanName,
				"Cannot resolve reference to bean '" + ref.getBeanName() + "' while setting " + argName,ex);
 }
}
复制代码
Object bean = this.beanFactory.getBean(refName);
复制代码
this.beanFactory.getParentBeanFactory().getBean(refName);
复制代码

从sprig ioc 容器的双亲中获取bean(被依赖的bean)，假如orderCcontroller依赖orderService,则从容器中获取orderService。这里有个关键点，也就是这个获取bean的过程也是一个依赖注入的过程，换句话说依赖注入是个递归的过程!!!!!!知道被依赖的bean不依赖任何bean。

• orderCcontroller 依赖 orderService 的操作会触发 orderService 依赖 orderDao的操作

2.进行注入操作

这一步是通过Java的反射机制根据set 方法把属性注入到bean里。

bw.setPropertyValues(new MutablePropertyValues(deepCopy));
复制代码
protected void setPropertyValue(AbstractNestablePropertyAccessor.PropertyTokenHolder tokens, PropertyValue pv) throws BeansException {
 String propertyName = tokens.canonicalName;
 String actualName = tokens.actualName;
 if (tokens.keys != null) {
 // 处理集合类型
 }
 else {
 // 对非集合类型的处理
 AbstractNestablePropertyAccessor.PropertyHandler ph = getLocalPropertyHandler(actualName);
 Object oldValue = null;
 try {
 Object originalValue = pv.getValue();
 Object valueToApply = originalValue;
 if (!Boolean.FALSE.equals(pv.conversionNecessary)) {
 if (pv.isConverted()) {
 valueToApply = pv.getConvertedValue();
 }else {
 if (isExtractOldValueForEditor() && ph.isReadable()) {
 try {
 oldValue = ph.getValue();
 }catch (Exception ex) {}
 }
 valueToApply = convertForProperty(propertyName, oldValue, originalValue, ph.toTypeDescriptor());
 }
 pv.getOriginalPropertyValue().conversionNecessary = (valueToApply != originalValue);
 }
 // 通过反射注入
 ph.setValue(object, valueToApply);
 }
 }
 }
复制代码
public void setValue(final Object object, Object valueToApply) throws Exception {
 final Method writeMethod = this.pd.getWriteMethod();
 if (!Modifier.isPublic(writeMethod.getDeclaringClass().getModifiers()) && !writeMethod.isAccessible()) {
 if (System.getSecurityManager() != null) {
 AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Object>() {
 @Override
 public Object run() {
 writeMethod.setAccessible(true);
 return null;
 }
 });
 } else {
 writeMethod.setAccessible(true);
 }
 }
 final Object value = valueToApply;
 if (System.getSecurityManager() != null) {
 } else {
 // 通过反射 用set 方法注入属性
 writeMethod.invoke(getWrappedInstance(), value);
 }
}
复制代码

欢迎工作一到五年的Java工程师朋友们加入Java程序员开发： 721575865

群内提供免费的Java架构学习资料（里面有高可用、高并发、高性能及分布式、Jvm性能调优、Spring源码，MyBatis，Netty,Redis,Kafka,Mysql,Zookeeper,Tomcat,Docker,Dubbo,Nginx等多个知识点的架构资料）合理利用自己每一分每一秒的时间来学习提升自己，不要再用"没有时间“来掩饰自己思想上的懒惰！趁年轻，使劲拼，给未来的自己一个交代！