Spring IoC component-scan 节点详解

前言

本系列全部基于 Spring 5.2.2.BUILD-SNAPSHOT 版本。因为 Spring 整个体系太过于庞大，所以只会进行关键部分的源码解析。

本篇文章主要分析 context:componment-scan 标签 Spring 是如何解析的。

正文

其实 context 开头的标签也是 Spring 自定义的标签，前面介绍过自定义标签的解析，没看过的小伙伴可以看下Spring IoC 自定义标签解析；其中比较重要的就是 spring.handlers 和 spring.schemas 文件的定义，前者定义了标签与命名空间处理器的对应关系，后者定义了命名空间与 XML Schema文件的对应关系。我们可以查找 Spring 中 context 模块的源码中查看这2个文件，并查看其命名空间的定义：

上面2张图分别对应了 spring.handlers 和 spring.schemas 文件的定义，只显示了与 context 命名空间相关的定义。

下面开始具体的代码分析，直接从 parseCustomElement() 方法开始，不知道前面的流程的可以查看Spring IoC BeanDefinition 的加载和注册。

自定义标签的解析#

BeanDefinitionParseDelegate#parseCustomElement()#

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public BeanDefinition parseCustomElement(Element ele, @Nullable BeanDefinition containingBd) {
    // 获取自定义标签的命名空间
    String namespaceUri = getNamespaceURI(ele); 
    if (namespaceUri == null) {
        return null;
    } 
    // 获取自定义标签的处理器，这里解析的是context:component-scan，所以获取的是上图中的ContextNamespaceHandler
    NamespaceHandler handler = this.readerContext.getNamespaceHandlerResolver().resolve(namespaceUri);
    if (handler == null) {
        error("Unable to locate Spring NamespaceHandler for XML schema namespace [" + namespaceUri + "]", ele);
        return null;
    } 
    // 进行标签的解析，见下文详解
    return handler.parse(ele, new ParserContext(this.readerContext, this, containingBd));
}

上面方法中获取的 NamespaceHandler 就是 ContextNamespaceHandler，我们看下该类中注册的元素及其对应的解析器：

Copy
public class ContextNamespaceHandler extends NamespaceHandlerSupport {

    @Override
    public void init() {
        registerBeanDefinitionParser("property-placeholder", new PropertyPlaceholderBeanDefinitionParser());
        registerBeanDefinitionParser("property-override", new PropertyOverrideBeanDefinitionParser());
        registerBeanDefinitionParser("annotation-config", new AnnotationConfigBeanDefinitionParser());
        registerBeanDefinitionParser("component-scan", new ComponentScanBeanDefinitionParser());
        registerBeanDefinitionParser("load-time-weaver", new LoadTimeWeaverBeanDefinitionParser());
        registerBeanDefinitionParser("spring-configured", new SpringConfiguredBeanDefinitionParser());
        registerBeanDefinitionParser("mbean-export", new MBeanExportBeanDefinitionParser());
        registerBeanDefinitionParser("mbean-server", new MBeanServerBeanDefinitionParser());
    }

}

由上面代码可以看出 component-scan 元素由 ComponentScanBeanDefinitionParser 类去解析。

component-scan 元素解析#

ComponentScanBeanDefinitionParser#parse#

Copy
public BeanDefinition parse(Element element, ParserContext parserContext) {
    // 获取属性basePacket的值
    String basePackage = element.getAttribute(BASE_PACKAGE_ATTRIBUTE);
    // 解析占位符，例如${basePackage}
    basePackage = parserContext.getReaderContext().getEnvironment().resolvePlaceholders(basePackage);
    // 解析base-package(允许通过 ",; \t\n" 中的任一符号填写多个)，例如: com.leisurexi.one;com.leisurexi.two
    String[] basePackages = StringUtils.tokenizeToStringArray(basePackage,
ConfigurableApplicationContext.CONFIG_LOCATION_DELIMITERS);

    // 构建和配置ClassPathBeanDefinitionScanner，见下文详解
    ClassPathBeanDefinitionScanner scanner = configureScanner(parserContext, element);
    // 使用scanner在指定的包路径进行扫描，返回注册后的BeanDefinition，见下文详解
    Set<BeanDefinitionHolder> beanDefinitions = scanner.doScan(basePackages);
    // 注册组件(包括一些内部注解的后置处理器)，见下文详解
    registerComponents(parserContext.getReaderContext(), beanDefinitions, element);

    return null;
}

配置 BeanDefinition 扫描器#

ComponetScanBeanDefinitionParser#configureScanner#

Copy
protected ClassPathBeanDefinitionScanner configureScanner(ParserContext parserContext, Element element) {
    // 是否使用默认的过滤器，默认为true
    boolean useDefaultFilters = true;
    // 如果设置了use-default-filters属性，则使用设置的值
    if (element.hasAttribute(USE_DEFAULT_FILTERS_ATTRIBUTE)) {
        useDefaultFilters = Boolean.parseBoolean(element.getAttribute(USE_DEFAULT_FILTERS_ATTRIBUTE));
    }

    // 构建ClassPathBeanDefinitionScanner，将bean定义注册委托给scanner类，见下文详解
    ClassPathBeanDefinitionScanner scanner = createScanner(parserContext.getReaderContext(), useDefaultFilters);
    scanner.setBeanDefinitionDefaults(parserContext.getDelegate().getBeanDefinitionDefaults());
    scanner.setAutowireCandidatePatterns(parserContext.getDelegate().getAutowireCandidatePatterns());
    // 解析resource-pattern属性
    if (element.hasAttribute(RESOURCE_PATTERN_ATTRIBUTE)) {
        scanner.setResourcePattern(element.getAttribute(RESOURCE_PATTERN_ATTRIBUTE));
    }

    try { 
        // 解析name-generator属性
        parseBeanNameGenerator(element, scanner);
    }
    catch (Exception ex) {
        parserContext.getReaderContext().error(ex.getMessage(), parserContext.extractSource(element), ex.getCause());
    }

    try { 
        // 解析scope-resolver、scoped-proxy属性
        parseScope(element, scanner);
    }
    catch (Exception ex) {
        parserContext.getReaderContext().error(ex.getMessage(), parserContext.extractSource(element), ex.getCause());
    }
    // 解析类型过滤器
    parseTypeFilters(element, scanner, parserContext);

    return scanner;
}

创建 BeanDefinition 扫描器#

ComponentScanBeanDefinitionParser#createScanner
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protected ClassPathBeanDefinitionScanner createScanner(XmlReaderContext readerContext, boolean useDefaultFilters) {
    return new ClassPathBeanDefinitionScanner(readerContext.getRegistry(), useDefaultFilters,readerContext.getEnvironment(), readerContext.getResourceLoader());
}

// ClassPathBeanDefinitionScanner.java
public ClassPathBeanDefinitionScanner(BeanDefinitionRegistry registry, boolean useDefaultFilters, Environment environment, @Nullable ResourceLoader resourceLoader) {

    Assert.notNull(registry, "BeanDefinitionRegistry must not be null");
    this.registry = registry;
    // 如果使用默认的过滤器，注册默认的过滤器，见下文详解
    if (useDefaultFilters) {
        registerDefaultFilters();
    }
    setEnvironment(environment);
    setResourceLoader(resourceLoader);
}

注册默认的过滤器#

ClassPathScanningCandidateComponentProvider#registerDefaultFilters
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protected void registerDefaultFilters() { 
    // 将注解@Component添加到includeFilters中，这将隐式的注册所有@Component的派生注解，例如@Repository、@Service、@Controller
    this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(Component.class));
    ClassLoader cl = ClassPathScanningCandidateComponentProvider.class.getClassLoader();
    try { 
        // 如果当前环境中有@ManagedBean，添加到includeFilters中，否则会catch未找到类的异常并忽略
        this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(((Class<? extends Annotation>) ClassUtils.forName("javax.annotation.ManagedBean", cl)), false));
    }
    catch (ClassNotFoundException ex) {
        // JSR-250 1.1 API (as included in Java EE 6) not available - simply skip.
    }
    try { 
        // 如果当前环境中有@Named，添加到includeFilters中，否则会catch未找到类的异常并忽略
        this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(((Class<? extends Annotation>) ClassUtils.forName("javax.inject.Named", cl)), false));
    }
    catch (ClassNotFoundException ex) {
        // JSR-330 API not available - simply skip.
    }
}

扫描包路径下的组件#

ClassPathBeanDefinitionScanner#doScan#

Copy
protected Set<BeanDefinitionHolder> doScan(String... basePackages) {
    Assert.notEmpty(basePackages, "At least one base package must be specified");
    Set<BeanDefinitionHolder> beanDefinitions = new LinkedHashSet<>();
    for (String basePackage : basePackages) {
        // 寻找包路径下符合要求的bean定义(最常见的就是使用@Component标注的类)
        Set<BeanDefinition> candidates = findCandidateComponents(basePackage);
        for (BeanDefinition candidate : candidates) {
            // 解析@Scope注解，没有标注默认为singleton作用域
            ScopeMetadata scopeMetadata = this.scopeMetadataResolver.resolveScopeMetadata(candidate);
            candidate.setScope(scopeMetadata.getScopeName());
            // 生成bean的名称，见下文详解
            String beanName = this.beanNameGenerator.generateBeanName(candidate, this.registry);
            if (candidate instanceof AbstractBeanDefinition) {
                // beanDefinition的后置处理，就是设置beanDefinition的一些默认属性，如autowireMode、initMethod等，并且设置AutowireCandidate，
                // 一般为true代表可以自动装配到其他bean中
                postProcessBeanDefinition((AbstractBeanDefinition) candidate, beanName);
            }
            if (candidate instanceof AnnotatedBeanDefinition) {
                // 处理公共注解，见下文详解
                AnnotationConfigUtils.processCommonDefinitionAnnotations((AnnotatedBeanDefinition) candidate);
            }
            // 如果beanDefinition通过检查(大多时候是检查是不是第一次注册)
            // 则将definitionHolder添加进注册中心中，如果有同名的bean在这里会直接抛出异常
            if (checkCandidate(beanName, candidate)) {
                BeanDefinitionHolder definitionHolder = new BeanDefinitionHolder(candidate, beanName);
                definitionHolder =
                    AnnotationConfigUtils.applyScopedProxyMode(scopeMetadata, definitionHolder, this.registry);
                beanDefinitions.add(definitionHolder);
                registerBeanDefinition(definitionHolder, this.registry);
            }
        }
    }
    return beanDefinitions;
}

上面方法中的 registerBeanDefinition() 方法在Spring IoC 默认标签解析一文中介绍过，这里不再赘述。

找到候选组件#

ClassPathScanningCandidateComponentProvider#findCandidateComponents
Copy
public Set<BeanDefinition> findCandidateComponents(String basePackage) {
    if (this.componentsIndex != null && indexSupportsIncludeFilters()) {
        return addCandidateComponentsFromIndex(this.componentsIndex, basePackage);
    }
    else { 
        // 扫描符合条件的组件
        return scanCandidateComponents(basePackage);
    }
}

private Set<BeanDefinition> scanCandidateComponents(String basePackage) {
    Set<BeanDefinition> candidates = new LinkedHashSet<>();
    try {
        // 将要扫描的包的路径拼成完整的，例如：com.leisurexi.ioc.context 
        // 会被拼成 classpath*:com/leisurexi/ioc/context/**/*.class
        String packageSearchPath = ResourcePatternResolver.CLASSPATH_ALL_URL_PREFIX +
            resolveBasePackage(basePackage) + '/' + this.resourcePattern;
        // 获取路径下的所有类的资源
        Resource[] resources = getResourcePatternResolver().getResources(packageSearchPath); 
        for (Resource resource : resources) {
            // 如果资源是可读的
            if (resource.isReadable()) {
                try {
                    // 使用metadataReader读取资源，MetadataReader是专门用来访问元数据的类
                    // 包括: 类元数据ClassMetadata、注解元数据AnnotationMetadata等
                    MetadataReader metadataReader = getMetadataReaderFactory().getMetadataReader(resource);
                    // 判断该类是不是候选的组件
                    if (isCandidateComponent(metadataReader)) {
                        ScannedGenericBeanDefinition sbd = new ScannedGenericBeanDefinition(metadataReader);
                        sbd.setResource(resource);
                        sbd.setSource(resource);
                        // 判断是否是候选组件，默认条件是class不是接口并且不依赖于内部类
                        if (isCandidateComponent(sbd)) { 
                            candidates.add(sbd);
                        }	
                    }
                }
                // 省略异常处理...
            }
        }
    }
    // 省略异常处理...
    return candidates;
}

上面代码中判断该类是不是候选的组件的方法 isCandidateComponent(metadataReader) 一般情况下 是判断该类是否标注了上文中 ClassPathScanningCandidateComponentProvider#registerDefaultFilters() 中的注解 @Component 、@ManagedBean、@Named ；@Component 注解是肯定会存在与当前环境中的，所以标注了 @Component 或者其派生的注解如：@Repository 、@Service、@Controller 都会被当做候选组件。

生成 bean 名称#

AnnotationBeanNameGenerator#generateBeanName
Copy
public String generateBeanName(BeanDefinition definition, BeanDefinitionRegistry registry) {
    // 如果BeanDefinition是AnnotatedBeanDefinition类型
    if (definition instanceof AnnotatedBeanDefinition) { 
        // 获取自定义的beanName，如 @Component注解的value值
        String beanName = determineBeanNameFromAnnotation((AnnotatedBeanDefinition) definition);
        // 如果不为空，并且不是空字符串
        if (StringUtils.hasText(beanName)) { 
            // 返回明确的beanName
            return beanName; 
        }
    }
    // 没有手动指定beanName，默认生成一个，是当前类名的首字母小写，如User类的beanName是user
    return buildDefaultBeanName(definition, registry);
}

处理公共注解#

AnnotationConfigUtils#processCommonDefinitionAnnotations
Copy
static void processCommonDefinitionAnnotations(AnnotatedBeanDefinition abd, AnnotatedTypeMetadata metadata) {
    // 如果bean标注了@Lazy注解，进行解析
    AnnotationAttributes lazy = attributesFor(metadata, Lazy.class); 
    if (lazy != null) {
        abd.setLazyInit(lazy.getBoolean("value"));
    }
    else if (abd.getMetadata() != metadata) {
        lazy = attributesFor(abd.getMetadata(), Lazy.class);
        if (lazy != null) {
            abd.setLazyInit(lazy.getBoolean("value"));
        }
    }
    // 解析@Primary注解，自动装配时当出现多个Bean都匹配时，标注了@Primary注解的Bean将作为首选者
    if (metadata.isAnnotated(Primary.class.getName())) {
        abd.setPrimary(true);
    } 
    // 解析@DependsOn注解，表明当前bean需要依赖的bean，会保证依赖的bean会在当前bean前实例化
    AnnotationAttributes dependsOn = attributesFor(metadata, DependsOn.class);
    if (dependsOn != null) {
        abd.setDependsOn(dependsOn.getStringArray("value"));
    }
    // 解析@Role注解，用于标识bean的分类，实际用的比较少
    AnnotationAttributes role = attributesFor(metadata, Role.class);
    if (role != null) {
        abd.setRole(role.getNumber("value").intValue());
    } 
    // 解析@Description注解，bean的描述，实际用的比较少
    AnnotationAttributes description = attributesFor(metadata, Description.class);
    if (description != null) {
        abd.setDescription(description.getString("value"));
    }
}

注册组件#

ComponentScanBeanDefinitionParser#registerComponents#

Copy
protected void registerComponents(XmlReaderContext readerContext, Set<BeanDefinitionHolder> beanDefinitions, Element element) {

    Object source = readerContext.extractSource(element);
    CompositeComponentDefinition compositeDef = new CompositeComponentDefinition(element.getTagName(), source);
    // 将扫描的所有BeanDefinition添加到compositeDef中
    for (BeanDefinitionHolder beanDefHolder : beanDefinitions) {
        compositeDef.addNestedComponent(new BeanComponentDefinition(beanDefHolder));
    }

    boolean annotationConfig = true;
    // 获取annotation-config属性，默认为true
    if (element.hasAttribute(ANNOTATION_CONFIG_ATTRIBUTE)) {
        annotationConfig = Boolean.parseBoolean(element.getAttribute(ANNOTATION_CONFIG_ATTRIBUTE));
    }
    if (annotationConfig) {
        // 向注册中心中注册用于注解的后置处理器，如AutowireAnnotationProcessor、CommonAnnotationProcessor
        Set<BeanDefinitionHolder> processorDefinitions =
            AnnotationConfigUtils.registerAnnotationConfigProcessors(readerContext.getRegistry(), source);
        // 将注册的注解后置处理器的BeanDefinition添加到compositeDef的nestedComponents属性中
        for (BeanDefinitionHolder processorDefinition : processorDefinitions) {
            compositeDef.addNestedComponent(new BeanComponentDefinition(processorDefinition));
        }
    }
    // 触发注册事件，默认实现为EmptyReaderEventListener(空实现，没有具体操作)
    readerContext.fireComponentRegistered(compositeDef);
}

注册注解处理器#

AnnotationConfigUtils#registerAnnotationConfigProcessors#

Copy
public static Set<BeanDefinitionHolder> registerAnnotationConfigProcessors(BeanDefinitionRegistry registry, @Nullable Object source) {
    // 获取beanFactory
    DefaultListableBeanFactory beanFactory = unwrapDefaultListableBeanFactory(registry);
    if (beanFactory != null) {
        if (!(beanFactory.getDependencyComparator() instanceof AnnotationAwareOrderComparator)) {
            // 设置dependencyComparator属性
            beanFactory.setDependencyComparator(AnnotationAwareOrderComparator.INSTANCE);
        }
        if (!(beanFactory.getAutowireCandidateResolver() instanceof ContextAnnotationAutowireCandidateResolver)) {
            // 设置autowireCandidateResolver属性（设置自动注入候选对象的解析器
            // 用于判断BeanDefinition是否为候选对象）
            beanFactory.setAutowireCandidateResolver(new ContextAnnotationAutowireCandidateResolver());
        }
    }

    Set<BeanDefinitionHolder> beanDefs = new LinkedHashSet<>(8);
    // 注册用于处理@Configuration注解的后置处理器
    if (!registry.containsBeanDefinition(CONFIGURATION_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
        // 创建一个ConfigurationClassPostProcessor的BeanDefinition
        RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(ConfigurationClassPostProcessor.class);
        def.setSource(source);
        // 将def添加进注册中心
        beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, CONFIGURATION_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME));
    }
    // 注册用于处理@Autowired、@Value、@Inject注解的后置处理器
    if (!registry.containsBeanDefinition(AUTOWIRED_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
        RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.class);
        def.setSource(source);
        beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, AUTOWIRED_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME));
    }

    // 注册用于处理@Resource、@PostConstructor、@PostDestroy注解的后置处理器
    if (jsr250Present && !registry.containsBeanDefinition(COMMON_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
        RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(CommonAnnotationBeanPostProcessor.class);
        def.setSource(source);
        beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, COMMON_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME));
    }

    // 注册用于处理JPA注解的后置处理器，如@PersistenceContext、@PersistenceUnit
    if (jpaPresent && !registry.containsBeanDefinition(PERSISTENCE_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
        RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition();
        try {
def.setBeanClass(ClassUtils.forName(PERSISTENCE_ANNOTATION_PROCESSOR_CLASS_NAME,
						AnnotationConfigUtils.class.getClassLoader()));
        }
        catch (ClassNotFoundException ex) {
            throw new IllegalStateException(
                "Cannot load optional framework class: " + PERSISTENCE_ANNOTATION_PROCESSOR_CLASS_NAME, ex);
        }
        def.setSource(source);
        beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, PERSISTENCE_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME));
    }
    // 注册用于处理@EventListener注解的后置处理器
    if (!registry.containsBeanDefinition(EVENT_LISTENER_PROCESSOR_BEAN_NAME)) {
        RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(EventListenerMethodProcessor.class);
        def.setSource(source);
        beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, EVENT_LISTENER_PROCESSOR_BEAN_NAME));
    }
    // 注册内部管理用于生产ApplicationListener对象的EventListenerFactory对象
    if (!registry.containsBeanDefinition(EVENT_LISTENER_FACTORY_BEAN_NAME)) {
        RootBeanDefinition def = new RootBeanDefinition(DefaultEventListenerFactory.class);
        def.setSource(source);
        beanDefs.add(registerPostProcessor(registry, def, EVENT_LISTENER_FACTORY_BEAN_NAME));
    }

    return beanDefs;
}

总结

本文主要介绍了 Spring 解析 context:component-scan 标签的解析流程，我们可以重新整理一下思路：

  1. 首先添加默认的过滤器，也就是判定哪些类会被作为组件来注册；比如默认过滤器添加后，会将标注了 @Component 注解以及它的派生注解当做组件注册。
  2. 找到指定包路径下所有符合条件的类并封装成 BeanDefinition ；解析 @Scope 注解，没有默认为 singleton；生成 bean 的名称，首先会用 @Component 的 value 属性，如果为空或空字符串则默认使用类名，并把首字母转成小写；然后对一些注解的解析，如 @Lazy、@Primary、@DependsOn等；最后检查注册中心中是否包含当前 beanName，如果没有直接添加进注册中心，否则如果不是同一个类会抛出异常。比如 com.leisurexi.a.User 和 com.leisurexi.b.User 同时添加 @Component 注解并且不手动指定不同的 beanName 在启动时就会抛出异常。
  3. 最后注册中心注册一些注解的后置处理器，如下：
    • 处理 @Configuration 注解的 ConfigurationClassPostProcessor。
    • 处理 @Autowired、@Value、@Inject 注解的 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor。
    • 处理 @Resource、@PostConstructor、@PostDestroy 注解的 CommonAnnotationBeanPostProcessor。
    • 处理JPA注解的 PersistenceAnnotationBeanPostProcessor。
    • 处理 @EventListener 注解的 EventListenerMethodProcessor。

最后，我模仿 Spring 写了一个精简版，代码会持续更新。地址：https://github.com/leisurexi/tiny-spring。

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