揭秘 @Autowired 自動裝配原理與實現機制
前言
在Java開發中，Spring框架憑借強大的依賴注入（Dependency Injection，DI）功能極大地提升了代碼的可維護性和可擴展性。其中，@Autowired注解作為Spring實現依賴注入的核心手段之一，被開發者廣泛使用。
但@Autowired究竟是如何實現自動裝配的呢？本文將深入剖析其原理與實現機制，揭開它的神秘面紗。
自動裝配的核心流程
啟動容器時的掃描與解析
當Spring容器啟動時，會根據配置（如XML 配置或注解配置）掃描指定包路徑下的類。對于被@Component、@Service、@Repository、@Controller等注解標注的類，Spring會將其注冊為Bean，并存儲在容器的BeanDefinition注冊表中。在這個過程中，如果遇到帶有@Autowired注解的字段、方法或構造函數，會記錄下依賴關系信息。
實例化與依賴注入
在創建Bean實例時，Spring會根據BeanDefinition中的信息，首先實例化Bean（對于單例Bean，只會實例化一次）。在實例化完成后，Spring會處理@Autowired注解。對于字段上的@Autowired，Spring會在容器中查找與字段類型匹配的Bean。查找過程中，會優先按照類型匹配，如果存在多個同類型的Bean，則會根據字段名或使用@Qualifier注解指定的名稱進一步篩選。找到匹配的Bean后，將其注入到對應字段。
循環依賴處理
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在自動裝配過程中，可能會遇到循環依賴的情況，即兩個或多個Bean之間相互依賴。Spring容器通過三級緩存機制來處理循環依賴問題。一級緩存存儲完全初始化好的Bean；二級緩存存儲早期暴露的Bean（尚未完成屬性填充和初始化）；三級緩存存儲Bean 的創建工廠。當檢測到循環依賴時，Spring會從二級緩存中獲取早期暴露的Bean，避免因循環依賴導致的死循環問題。
Bean的初始化過程
Spring的可以分為5個小的階段：實例化、初始化、注冊Destruction回調、Bean的正常使用以及Bean的銷毀。
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- 實例化（Instantiation）：
- 實例化是創建對象的過程。在Spring中，這通常指的是通過調用類的構造器來創建Bean的實例。這是對象生命周期的開始階段。對應doCreateBean中的createBeanInstance方法。
- 初始化（Initialization）：
- 初始化是在Bean實例創建后，進行一些設置或準備工作的過程。在Spring中，包括設置Bean的屬性，調用各種前置&后置處理器。對應doCreateBean中的populateBean和initializeBean方法。
自動裝配其實發生在Instantiation -> Populate -> Initialization的過程中，屬于Bean的生命周期中的populate階段。
- 在實例化Bean的時候在createBeanInstance方法中會調用 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor中的方法來獲取需要自動注入的構造方法，AutowiredAnnotationBeanPostProcessor的方法來完成對所有需要自動注入的屬性和方法的解析和緩存。
- populatedBean方法中調用到AutowiredAnnotationBeanPostProcessor中的方法來完成需要自動注入屬性的注入工作。
protected void populateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, BeanWrapper bw) {
// 獲取Bean定義中的屬性值
PropertyValues pvs = mbd.getPropertyValues();
// 如果BeanWrapper為空，則無法設置屬性值
if (bw == null) {
if (!pvs.isEmpty()) {
throw new BeanCreationException(
mbd.getResourceDescription(), beanName, "Cannot apply property values to null instance");
} else {
// 對于null實例，跳過設置屬性階段
return;
}
}
// 在設置屬性之前，給InstantiationAwareBeanPostProcessors機會修改Bean狀態
// 這可以用于支持字段注入等樣式
boolean continueWithPropertyPopulation = true;
// 如果Bean不是合成的，并且存在InstantiationAwareBeanPostProcessor，執行后續處理
if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
if (!ibp.postProcessAfterInstantiation(bw.getWrappedInstance(), beanName)) {
continueWithPropertyPopulation = false;
break;
}
}
}
}
// 如果上述處理后決定不繼續，則返回
if (!continueWithPropertyPopulation) {
return;
}
// 根據自動裝配模式（按名稱或類型），設置相關的屬性值
if (mbd.getResolvedAutowireMode() == RootBeanDefinition.AUTOWIRE_BY_NAME ||
mbd.getResolvedAutowireMode() == RootBeanDefinition.AUTOWIRE_BY_TYPE) {
MutablePropertyValues newPvs = new MutablePropertyValues(pvs);
// 如果是按名稱自動裝配，添加相應的屬性值
if (mbd.getResolvedAutowireMode() == RootBeanDefinition.AUTOWIRE_BY_NAME) {
autowireByName(beanName, mbd, bw, newPvs);
}
// 如果是按類型自動裝配，添加相應的屬性值
if (mbd.getResolvedAutowireMode() == RootBeanDefinition.AUTOWIRE_BY_TYPE) {
autowireByType(beanName, mbd, bw, newPvs);
}
pvs = newPvs;
}
// 檢查是否需要進行依賴性檢查
boolean hasInstAwareBpps = hasInstantiationAwareBeanPostProcessors();
boolean needsDepCheck = (mbd.getDependencyCheck() != RootBeanDefinition.DEPENDENCY_CHECK_NONE);
// 如果需要，則進行依賴性檢查
if (hasInstAwareBpps || needsDepCheck) {
PropertyDescriptor[] filteredPds = filterPropertyDescriptorsForDependencyCheck(bw, mbd.allowCaching);
if (hasInstAwareBpps) {
for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
pvs = ibp.postProcessPropertyValues(pvs, filteredPds, bw.getWrappedInstance(), beanName);
if (pvs == null) {
return;
}
}
}
}
if (needsDepCheck) {
checkDependencies(beanName, mbd, filteredPds, pvs);
}
}
// 應用屬性值
applyPropertyValues(beanName, mbd, bw, pvs);
}@Autowired 實現的關鍵源碼解析
@Autowired注解的實現主要涉及到AutowiredAnnotationBeanPostProcessor類，它繼承自InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter（后期被棄用，改實現SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor），該類實現了postProcessProperties方法，用于處理Bean的屬性注入。
@Override
public PropertyValues postProcessProperties(PropertyValues pvs, Object bean, String beanName) {
InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, bean.getClass(), pvs);
try {
metadata.inject(bean, beanName, pvs);
}catch (BeanCreationException ex) {
throw ex;
}catch (Throwable ex) {
throw new BeanCreationException(beanName, "Injection of autowired dependencies failed", ex);
}
return pvs;
}在postProcessProperties方法中，首先通過findAutowiringMetadata方法獲取與@Autowired相關的元數據（包括要注入的字段、方法等信息），然后調用metadata.inject方法進行實際的依賴注入操作。metadata.inject方法會遍歷需要注入的元素，通過反射機制獲取對應的Bean并完成注入。
總結
如果你在面試中遇到這個問題，可以這樣回答：
- @Autowired是Spring提供的自動裝配注解，它通過AutowiredAnnotationBeanPostProcessor實現依賴注入。
- 這個處理器在Bean初始化階段介入，掃描字段或方法的注解，找到需要注入的地方，然后根據類型從容器中查找Bean，通過反射完成注入。
- 如果存在多個實現，可以通過@Qualifier或@Primary來指定注入對象。構造器注入則在實例化時完成，推薦用于強依賴場景。
