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SpringBoot 自動裝配的原理分析

2022-12-13 06:01:50

關於 SpringBoot 的自動裝配功能，相信是每一個 Java 程式設計師天天都會用到的一個功能，但是它究竟是如何實現的呢？今天阿粉來帶大家看一下。

自動裝配案例

首先我們通過一個案例來看一下自動裝配的效果，建立一個 SpringBoot 的專案，在 pom 檔案中加入下面的依賴。

   <dependency>
	  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
	  <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>

    <dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
    </dependency>

其中 web 的依賴表示我們這是一個 web 專案，redis 的依賴就是我們這邊是要驗證的功能依賴。隨後在 application.properties 組態檔中增加 redis 的相關設定如下

spring.redis.host=localhost
spring.redis.port=6379
spring.redis.password=123456

再編寫一個 Controller 和 Service 類，相關程式碼如下。

package com.example.demo.controller;

import com.example.demo.service.HelloService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestParam;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class HelloController {

  @Autowired
  private HelloService helloService;
  
  @GetMapping(value = "/hello")
  public String hello(@RequestParam("name") String name) {
    return helloService.sayHello(name);
  }

}

service 程式碼如下

package com.example.demo.service;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.redis.core.RedisTemplate;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class HelloService {

  @Autowired
  RedisTemplate<String, String> redisTemplate;

  public String sayHello(String name) {
    String result = doSomething(name);
    redisTemplate.opsForValue().set("name", result);
    result = redisTemplate.opsForValue().get("name");
    return "hello: " + result;
  }

  private String doSomething(String name) {
    return name + " 歡迎關注 Java 極客技術";
  }

}

啟動專案，然後我們通過存取 http://127.0.0.1:8080/hello?name=ziyou，可以看到正常存取。接下來我們再通過 Redis 的使用者端，去觀察一下資料是否正確的寫入到 Redis 中，效果跟我們想象的一致。

自動裝配分析

看到這裡很多小夥伴就會說，這個寫法我天天都在使用，用起來是真的爽。雖然用起來是很爽，但是大家有沒有想過一個問題，那就是在我們的 HelloService 中通過 @Autowired 注入了一個 RedisTemplate 類，但是我們的程式碼中並沒有寫過這個類，也沒有使用類似於@RestController，@Service 這樣的註解將 RedisTemplate 注入到 Spring IoC 容器中，那為什麼我們就可以通過 @Autowired 註解從 IoC 容器中獲取到 RedisTemplate 這個類呢？這裡就是常說的自動裝配的功能了。

首先我們看下專案的啟動類，

package com.example.demo;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;

@SpringBootApplication
@ComponentScan(value = "com.example.demo.*")
public class DemoApplication {

	public static void main(String[] args) {
		SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);
	}
}

在啟動類上面有一個 @SpringBootApplication 註解，我們點進去可以看到如下內容

@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 {
   // 省略
}

在這個註解中，其中有一個 @EnableAutoConfiguration 註解，正是因為有了這樣一個註解，我們才得以實現自動裝配的功能。繼續往下面看。

@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 {};
}

可以看到 @EnableAutoConfiguration 註解中有一個 @Import({AutoConfigurationImportSelector.class})，匯入了一個 AutoConfigurationImportSelector 類，該類間接實現了 ImportSelector 介面，實現了一個 String[] selectImports(AnnotationMetadata importingClassMetadata); 方法，這個方法的返回值是一個字串陣列，對應的是一系列主要注入到 Spring IoC 容器中的類名。當在 @Import 中匯入一個 ImportSelector 的實現類之後，會把該實現類中返回的 Class 名稱都裝載到 IoC 容器中。

一旦被裝載到 IoC 容器中過後，我們在後續就可以通過 @Autowired 來進行使用了。接下來我們看下 selectImports 方法裡面的實現，當中參照了 getCandidateConfigurations 方法 ，其中的 ImportCandidates.load 方法我們可以看到是通過載入 String location = String.format("META-INF/spring/%s.imports", annotation.getName()); 對應路徑下的 org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports 檔案，其中就包含了很多自動裝配的設定類。

protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
        List<String> configurations = new ArrayList(SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(this.getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(), this.getBeanClassLoader()));
        ImportCandidates.load(AutoConfiguration.class, this.getBeanClassLoader()).forEach(configurations::add);
        Assert.notEmpty(configurations, "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories nor in META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports. If you are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
        return configurations;
    }

我們可以看到這個檔案中有一個 RedisAutoConfiguration 設定類，在這個設定中就有我們需要的 RedisTemplate 類的 Bean，同時也可以看到，在類上面有一個 @ConditionalOnClass({RedisOperations.class}) 註解，表示只要在類路徑上有 RedisOperations.class 這個類的時候才會進行範例化。這也就是為什麼只要我們新增了依賴，就可以自動裝配的原因。

通過 org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports 這個檔案，我們可以看到有很多官方幫我們實現好了設定類，這些功能只要我們在 pom 檔案中新增對應的 starter 依賴，然後做一些簡單的設定就可以直接使用。

其中本質上自動裝配的原理很簡單，本質上都需要實現一個設定類，只不過這個設定類是官方幫我們建立好了，再加了一些條件類註解，讓對應的範例化只發生類類路徑存在某些類的時候才會觸發。這個設定類跟我們平常自己通過 JavaConfig 形式編寫的設定類沒有本質的區別。

自動裝配總結

從上面的分析我們就可以看的出來，之所以很多時候我們使用 SpringBoot 是如此的簡單，全都是依賴約定優於設定的思想，很多複雜的邏輯，在框架底層都幫我們做了預設的實現。雖然用起來很爽，但是很多時候會讓程式設計師不懂原理，我們需要做的不僅是會使用，而更要知道底層的邏輯，才能走的更遠。

基於上面的分析，我們還可以知道，如果我們要實現一個自己的 starter 其實也很簡單，只要安裝上面的約定，編寫我們自己的設定類和組態檔即可。後面的文章阿粉會帶你手寫一個自己的 starter 來具體實現一下。


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