详解 SpringBoot 自动装配

2024-03-28 10:32:53 # Technical # Spring #SpringBoot

从 Spring 进入到 SpringBoot 有一个最直观的感受 —— 省去了大量 xml 的配置，一切看起来都是十分简洁高效的

什么是自动装配

现在提到自动装配都默认是 SpringBoot，其实 Spring 很早就实现了这个功能，SpringBoot 只是在其基础上，通过 SPI 的方式，做了进一步的优化

SpringBoot 定义了一套接口规范，这套规范规定：SpringBoot 在启动时会扫描外部引用 jar 包中的 META-INF/spring.factories 文件，按照文件中配置的类信息加载到 Spring 容器中，并执行类中定义的各种操作。对于外部 jar 来说，只需按照 SpringBoot 定义的标准，就能将自己的功能装配进 SpringBoot

SpringBoot3.0 之后不再使用 SpringFactoriesLoader，而是 Spring 重新从 META-INFO/spring/ 目录下的 org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports 文件中读取，其本质还是不变的，只是文件路径和文件名的改变

如何自动装配

既然是启动时自动装配的，先看启动时的核心注解 @SpringBootApplication

@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 {
    @AliasFor(
        annotation = EnableAutoConfiguration.class
    )
    Class<?>[] exclude() default {};

    @AliasFor(
        annotation = EnableAutoConfiguration.class
    )
    String[] excludeName() default {};

    @AliasFor(
        annotation = ComponentScan.class,
        attribute = "basePackages"
    )
    String[] scanBasePackages() default {};

    @AliasFor(
        annotation = ComponentScan.class,
        attribute = "basePackageClasses"
    )
    Class<?>[] scanBasePackageClasses() default {};

    @AliasFor(
        annotation = ComponentScan.class,
        attribute = "nameGenerator"
    )
    Class<? extends BeanNameGenerator> nameGenerator() default BeanNameGenerator.class;

    @AliasFor(
        annotation = Configuration.class
    )
    boolean proxyBeanMethods() default true;
}

@SpringBootApplication 由三个注解组成：@SpringBootConfiguration、@EnableAutoConfiguration 和 @ComponentScan，其中 @SpringBootConfiguration 相当于是 @Configuration

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Configuration
@Indexed
public @interface SpringBootConfiguration {
    @AliasFor(
        annotation = Configuration.class
    )
    boolean proxyBeanMethods() default true;
}

三个关键注解的作用：

@Configuration：允许上下文中注册额外的 Bean 或导入其他配置类
@EnableAutoConfiguration：启用 SpringBoot 的自动装配
@ComponentScan：指定包扫描路径（默认为启动类所有包下），可指定基础包以及排除某些类

@EnableAutoConfiguration 工作原理

@EnableAutoConfiguration 是靠 AutoConfigurationImportSelector 进行解析加载的

public class AutoConfigurationImportSelector implements DeferredImportSelector, BeanClassLoaderAware, ResourceLoaderAware, BeanFactoryAware, EnvironmentAware, Ordered {
    private static final String[] NO_IMPORTS = new String[0];

public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
        // 判断自动装配开关是否打开
        if (!this.isEnabled(annotationMetadata)) {
            return NO_IMPORTS;
        } else {
          	// 获取所有需要装配的bean
            AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader.loadMetadata(this.beanClassLoader);
            AutoConfigurationImportSelector.AutoConfigurationEntry autoConfigurationEntry = this.getAutoConfigurationEntry(autoConfigurationMetadata, annotationMetadata);
            return StringUtils.toStringArray(autoConfigurationEntry.getConfigurations());
        }
    }
}

public interface DeferredImportSelector extends ImportSelector {

}

public interface ImportSelector {
    String[] selectImports(AnnotationMetadata var1);
}

AutoConfigurationImportSelector 实现了 ImportSelector 接口的 selectImports 方法，方法里的关键在于 getAutoConfigurationEntry

private static final AutoConfigurationEntry EMPTY_ENTRY = new AutoConfigurationEntry();

AutoConfigurationEntry getAutoConfigurationEntry(AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata, AnnotationMetadata annotationMetadata) {
    // 判断是否启用自动装配
    if (!this.isEnabled(annotationMetadata)) {
        return EMPTY_ENTRY;
    } else {
        // 获取EnableAutoConfiguration的属性：exclude和excludeName
        AnnotationAttributes attributes = this.getAttributes(annotationMetadata);
        // 读取META-INF/spring.factories
        List<String> configurations = this.getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes);
        // 移除重复的的配置
        configurations = this.removeDuplicates(configurations);
        // 获取需要排除的自动配置类
        Set<String> exclusions = this.getExclusions(annotationMetadata, attributes);
        // 检查需要排除的类是否在configurations中，如果不存在则抛出异常
        this.checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
        // 从configurations中移除需要排除的自动配置类
        configurations.removeAll(exclusions);
        // 根据自动配置元数据进一步过滤configurations
        configurations = this.filter(configurations, autoConfigurationMetadata);
        // 触发自动配置导入事件，通知相关监听器
        this.fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
        // 返回一个包含最终自动配置列表和排除列表的自动配置条目
        return new AutoConfigurationImportSelector.AutoConfigurationEntry(configurations, exclusions);
    }
}

与 SPI 不同的是，SpringBoot 并不会将所有的配置都装载进来，装载的策略会按条件进行过滤，过滤方法在第 21 行

private List<String> filter(List<String> configurations, AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata) {
	long startTime = System.nanoTime();
	// 从spring.factories中获取的自动配置类转出字符串数组
	String[] candidates = StringUtils.toStringArray(configurations);
	// 定义skip数组，是否需要跳过。注意skip数组与candidates数组顺序一一对应
	boolean[] skip = new boolean[candidates.length];
	boolean skipped = false;
	// filters：OnBeanCondition，OnClassCondition和OnWebApplicationCondition
	Iterator var6 = this.filters.iterator();
	
	int i;
    // 遍历这三个条件类去过滤从spring.factories加载的大量配置类
    while(var6.hasNext()) {
		// 注意candidates数组与match数组一一对应
        AutoConfigurationImportFilter filter = (AutoConfigurationImportFilter)var6.next();
        // 判断各种filter来判断每个candidate（这里实质要通过candidate(自动配置类)拿到其标注的
		// @ConditionalOnClass,@ConditionalOnBean和@ConditionalOnWebApplication里面的注解值）是否匹配
		boolean[] match = filter.match(candidates, this.autoConfigurationMetadata);
		// 遍历match数组，注意match顺序跟candidates的自动配置类一一对应
		for (int i = 0; i < match.length; i++) {
			// 若有不匹配的话
			if (!match[i]) {
				// 不匹配的将记录在skip数组，标志skip[i]为true，也与candidates数组一一对应
				skip[i] = true;
				// 因为不匹配，将相应的自动配置类置空
				candidates[i] = null;
				// 标注skipped为true
				skipped = true; 
			}
		}
	} 
	// 这里表示若所有自动配置类经过OnBeanCondition，OnClassCondition和OnWebApplicationCondition过滤后，全部都匹配的话，则全部原样返回
	if (!skipped) {
		return configurations;
	} else {
        // 建立result集合来装匹配的自动配置类
        List<String> result = new ArrayList<>(candidates.length); 
        for (int i = 0; i < candidates.length; i++) {
            // 若skip[i]为false，则说明是符合条件的自动配置类，此时添加到result集合中
            if (!skip[i]) { 
                result.add(candidates[i]);
            }
        }
        // 打印日志
        if (logger.isTraceEnabled()) {
            int numberFiltered = configurations.size() - result.size();
            logger.trace("Filtered " + numberFiltered + " auto configuration class in "
                    + TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(System.nanoTime() - startTime)
                    + " ms");
        }
        // 最后返回符合条件的自动配置类
        return result;
    }
}

这里的 filter 方法主要就是通过 AutoConfigurationImportFilter 接口的 match 方法来判断每个自动配置类上面的条件注解（@ConditionOnClass、@ConditionOnBean 和 @ConditionOnWebApplication）是否满足

整体流程

SpringBoot 自动装配的整体流程：

利用 SPI 机制，从配置文件中读取需要自动配置的类
过滤 @EnableAutoConfiguration 中 exclude 属性所要排除的类
再判断 @ConditionOnClass、@ConditionOnBean 和 @ConditionOnWebApplication 这三个条件注解是否满足条件
然后触发AutoConfigurationImportEvent事件，告诉ConditionEvaluationReport条件评估报告器对象来分别记录符合条件和exclude的自动配置类
最后将筛选后的自动配置类导入 IOC 容器中

创建一个自己的自动装配 Starter

基于 SpringBoot 3.X

模块

如果项目具有多种风格、选项或者可选特性，通常会定义两个模块 —— autoconfigure 和 starter

如果自动配置相对简单，没有可选特性，那么可以合并为一个 starter

命名

自动配置模块通常命名为：xxx-spring-boot-autoconfigure

starter 模块通常命名为：xxx-spring-boot-starter

配置参数

项目自定义的一些配置参数为确保命名空间的唯一，通常需要以项目名为开头

@ConfigurationProperties("xxx")
public class XxxProperties {
    private String name = "xxx";
}

SpringBoot 内部针对配置的相关规则：

不要使用「The」或者「A」开头
对于布尔类型，用「Whether」或者「Enable」
对于集合类型，使用逗号分隔的列表
使用 java.time.Duration 而不是 long，并描述与毫秒不同的默认单位
为确保配置的正确生成，需要检查生成的元数据 META-INF/spring-configuration-metadata.json

autoconfigure 模块

autoconfigure模块包含starter模块库所需的所有内容。它还可能包含配置键定义(例如@ConfigurationProperties）和任何回调接口，这些接口可以用于进一步定制组件的初始化方式

SpringBoot 使用一个注释处理器来收集元数据文件中自动配置的条件( META-INF/spring-autoconfiguration-metadata.properties)。如果该文件存在，它将用于主动过滤不匹配的自动配置，这将提高启动时间。因此建议在包含自动配置的模块中添加以下依赖项：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-autoconfigure-processor</artifactId>
    <optional>true</optional>
</dependency>

如果在应用程序中直接定义了自动配置，确保配置了 spring-boot-maven-plugin，以防止重新打包目标将依赖项添加到 fat.jar 中

<project>
    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
                <configuration>
                    <excludes>
                        <exclude>
                            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                            <artifactId>spring-boot-autoconfigure-processor</artifactId>
                        </exclude>
                    </excludes>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
</project>

starter 模块

starter 模块其实是一个空的 jar，它的唯一目的是提供使用库所需的依赖项

示例

开发一个模拟发送邮件的自定义 starter，最终的效果任何其它的项目只需引入 starter 配置基本的邮件配置，就可以使用 SendMailService 发送邮件。项目的结构 autoconfigure 和 starter 模块分开

1. 新建项目 email-spring-boot

设置顶级 pom

<groupId>net.venom24</groupId>
<artifactId>email-spring-boot</artifactId>
<version>0.0.1-SNAPSHOT</version>

<name>email-spring-boot</name>
<description>模拟 email 发送 starter</description>

<modules>
    <module>email-spring-boot-autoconfigure</module>
    <module>email-spring-boot-starter</module>
</modules>

<!-- 打包方式为 pom -->
<packaging>pom</packaging>

<dependencyManagement>
     <dependencies>
         <dependency>
             <!-- Import dependency management from Spring Boot -->
             <groupId>org.springframework.boot</groupId>
             <artifactId>spring-boot-dependencies</artifactId>
             <version>3.0.0-M2</version>
             <type>pom</type>
             <scope>import</scope>
         </dependency>
     </dependencies>
</dependencyManagement>

2. 新建模块 email-spring-boot-autoconfigure

添加依赖

<parent>
    <groupId>net.venom24</groupId>
    <artifactId>email-spring-boot</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
</parent>

<artifactId>email-spring-boot-autoconfigure</artifactId>
<packaging>jar</packaging>

<description>
    autoconfigure
</description>

<dependencies>
    <!--Spring Boot自动配置依赖-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-autoconfigure</artifactId>
    </dependency>
    <!--元数据配置处理器-->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-configuration-processor</artifactId>
        <optional>true</optional>
    </dependency>
</dependencies>

<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            <configuration>
                <excludes>
                    <exclude>
                        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                        <artifactId>spring-boot-autoconfigure-processor</artifactId>
                    </exclude>
                </excludes>
            </configuration>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

添加配置类

@Getter
@Setter
@ConfigurationProperties("email.service")
public class EmailProperties {
    /**
     * Enable of email service
     */
    private  boolean enable=true;
    /**
     * Host of the email.
     */
    private String host;
    /**
     * Port of the email.
     */
    private Integer port;
    /**
     * Name of the email.
     */
    private String name;
    /**
     * Password of the email.
     */
    private String password;
}

添加模拟邮件发送功能 EmailService

public class EmailService {
    private EmailProperties mailProperties;

    public EmailService(EmailProperties mailProperties) {
        this.mailProperties = mailProperties;
    }

    /**
     * 发送邮件
     *
     * @param content 邮件发送内容
     */
    public void send(String content) {
        System.out.println("开始发送邮件:");
        String info = "host：%s，port：%s";
        System.out.println(String.format(info, mailProperties.getHost(), mailProperties.getPort()));
        System.out.println("发送内容：" + content);
        System.out.println("发送成功！");
    }
}

添加自动配置

@Configuration
@ConditionalOnClass(EmailService.class)
@EnableConfigurationProperties(value = EmailProperties.class)
public class EmailAutoConfiguration {
    private final EmailProperties mailProperties;

    public EmailAutoConfiguration(EmailProperties mailProperties) {
        this.mailProperties = mailProperties;
    }

    @Bean
    @ConditionalOnMissingBean(EmailService.class)
    @ConditionalOnProperty(prefix = "email.service", value = "enable", havingValue = "true")
    public EmailService mailService(EmailProperties mailProperties) {
        return new EmailService(mailProperties);

    }
}

简单解释下各个注解：

@Configuration：声明配置类
**@ConditionalOnClass(EmailService.class)**：只有在 classpath 中找到 EmailService 类的情况下才会解析这个自动配置类
**@EnableConfigurationProperties(value = EmailProperties.class)**：启用自动装配
@Bean：实例化一个 Bean
**@ConditionalOnMissingBean(EmailService.class)**：与 @Bean 配合使用，只有当 Spring 上下文中不存在 EmailService 时才会执行该实例化方法
**@ConditionalOnProperty(prefix = “email.service”, value = “enable”, havingValue = “true”)**：当 classpath 中存在 EmailService 类时解析此配置类，并且在 Spring 上下文中没有 EmailService 的 bean 实例的情况下，new 一个实例出来，然后将应用配置中的相关配置值传入

添加自动装配文件

META-INF/spring/ 下新建 org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports

1	net.venom24.email.config.EmailAutoConfiguration

3. 新建模块 email-spring-boot-starter

添加依赖

<parent>
    <groupId>net.venom24</groupId>
    <artifactId>email-spring-boot</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
</parent>

<artifactId>email-spring-boot-starter</artifactId>
<packaging>jar</packaging>

<description>
    starter
</description>

<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>net.venom24</groupId>
        <artifactId>email-spring-boot-autoconfigure</artifactId>
        <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    </dependency>
</dependencies>

email-spring-boot-starter 模块主要是集成 email-spring-boot-autoconfigure，以及一些其它的依赖项

4. 测试

新建一个测试项目，引入 email-spring-boot-starter

<dependency>
    <groupId>org.example</groupId>
    <artifactId>email-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
    <scope>test</scope>
</dependency>

配置参数

email.service.enable=true
email.service.host=mail.qq.com
email.service.port=123
email.service.name=admin
email.service.password=admin

新建测试类测试

@SpringBootTest
class EmailStarterTestApplicationTests {
    @Autowired
    private EmailService emailService;
    @Test
    void contextLoads() {
        emailService.send("我是自定义starter发送的邮件");
    }
}

Output：

开始发送邮件
host：mail.qq.com，port：123
发送内容：我是自定义starter发送的邮件
发送成功！

附

SpringBoot 提供的条件注解

@ConditionalOnBean：当容器里有指定 Bean 的条件下
@ConditionalOnMissingBean：当容器里没有指定 Bean 的情况下
@ConditionalOnSingleCandidate：当指定 Bean 在容器中只有一个，或者虽然有多个但是指定首选 Bean
@ConditionalOnClass：当类路径下有指定类的条件下
@ConditionalOnMissingClass：当类路径下没有指定类的条件下
@ConditionalOnProperty：指定的属性是否有指定的值
@ConditionalOnResource：类路径是否有指定的值
@ConditionalOnExpression：基于 SpEL 表达式作为判断条件
@ConditionalOnJava：基于 Java 版本作为判断条件
@ConditionalOnJndi：在 JNDI 存在的条件下差在指定的位置
@ConditionalOnNotWebApplication：当前项目不是 Web 项目的条件下
@ConditionalOnWebApplication：当前项目是 Web 项目的条件下

2024-03-28 10:32:53 # Technical # Spring #SpringBoot