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spring-reading./spring-annotation/spring-annotation-value
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xuchengsheng da078591a5 @Value源码分析 2023-10-13 17:47:50 +08:00
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README.md

@Value

一、基本信息

✒️ 作者 - Lex 📝 博客 - 我的CSDN 📚 文章目录 - 所有文章 🔗 源码地址 - @Value源码

二、注解描述

@Value 注解，是一个非常有用的功能，它允许我们从配置文件中注入属性值到Java类的字段或方法参数中。这样，我们可以将配置和代码分离，使应用更容易配置和维护。

三、注解源码

@Value注解是 Spring 框架自 3.1 版本开始引入的一个核心注解，主要目的是允许我们在Spring管理的bean中直接注入来自各种源（如属性文件、系统属性等）的值，而不需要显式地编写代码来解析这些值。

/**
 * 用于字段或方法/构造函数参数级别的注解，
 * 表示被注解元素的默认值表达式。
 *
 * 通常用于基于表达式或属性的依赖注入。
 * 也支持动态解析处理器方法参数，例如在Spring MVC中。
 *
 * 常见的使用场景是使用 `#{systemProperties.myProp}` 这样的SpEL（Spring表达式语言）表达式来注入值。
 * 或者，使用 `${my.app.myProp}` 这样的属性占位符来注入值。
 *
 * 注意，@Value 注解的实际处理是由 BeanPostProcessor 执行的，
 * 这意味着我们**不能**在 BeanPostProcessor 或 BeanFactoryPostProcessor 类型中使用 @Value。
 * 请查阅 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 类的javadoc（默认检查此注解的存在）。
 *
 * @author Juergen Hoeller
 * @since 3.0
 * @see AutowiredAnnotationBeanPostProcessor
 * @see Autowired
 * @see org.springframework.beans.factory.config.BeanExpressionResolver
 * @see org.springframework.beans.factory.support.AutowireCandidateResolver#getSuggestedValue
 */
@Target({ElementType.FIELD, ElementType.METHOD, ElementType.PARAMETER, ElementType.ANNOTATION_TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface Value {

    /**
     * 实际的值表达式，如 `#{systemProperties.myProp}`，
     * 或属性占位符，如 `${my.app.myProp}`。
     */
    String value();
}

四、主要功能

  1. 提供属性注入
    • 允许从不同的配置源（如属性文件、系统属性等）直接向 Spring 管理的 beans 中注入值。
  2. 支持表达式：
    • SpEL (Spring Expression Language) 表达式：例如，#{systemProperties.myProp} 可以从系统属性中获取名为 myProp 的值。
    • 属性占位符：例如，${my.app.myProp} 可以从预定义的配置源，如 application.properties 或 application.yml 文件，获取名为 my.app.myProp 的属性值。
  3. 动态值解析
    • 与只能在启动时设置静态值相比，@Value 注解可以解析动态表达式，从而为字段或构造函数参数提供动态值。
  4. 用于字段、方法参数、构造函数参数和注解
    • 它可以被应用到这些元素上，以提供必要的值。
  5. 与其他注解协同工作
    • 尽管 @Value 本身是用于注入值的，但它经常与其他如 @Component、@Service 和 @Controller 之类的 Spring 注解一起使用，以创建完全由 Spring 管理和配置的 beans。
  6. 与属性解析器配合
    • 为了正确解析 @Value 中的表达式，Spring 应用上下文中需要有一个属性解析器，例如 PropertySourcesPlaceholderConfigurer。在 Spring Boot 项目中，这已经默认配置好了。

五、最佳实践

首先来看看启动类入口，上下文环境使用AnnotationConfigApplicationContext（此类是使用Java注解来配置Spring容器的方式），构造参数我们给定了一个MyConfiguration组件类。

public class ValueApplication {

    public static void main(String[] args) {
        AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(MyConfiguration.class);
    }
}

这里使用@Bean注解，定义了一个Bean，是为了确保 MyService 被 Spring 容器执行，另外使用@PropertySource注解从类路径下的application.properties文件中加载属性。这意味着我们可以在这个文件中定义属性，然后在应用中使用Environment对象来访问它们。

@Configuration
@PropertySource("classpath:application.properties")
public class MyConfiguration {

    @Bean
    public MyService myService(){
        return new MyService();
    }
}

application.properties文件在src/main/resources目录中，并添加以下内容。

app.name=My Spring Application
app.servers=server1,server2,server3
app.val1=10
app.val2=20

MyService类，展示了如何使用@Value注解的五种不同方式进行属性注入。

public class MyService implements InitializingBean {

    /**
     * 直接注入值
     */
    @Value("Some String Value")
    private String someString;

    /**
     * 从属性文件中注入值方式
     */
    @Value("${app.name}")
    private String appName;

    /**
     * 使用默认值方式
     */
    @Value("${app.description:我是默认值}")
    private String appDescription;

    /**
     * 注入列表和属性
     */
    @Value("#{'${app.servers}'.split(',')}")
    private List<String> servers;

    /**
     * 使用Spring的SpEL
     */
    @Value("#{${app.val1} + ${app.val2}}")
    private int sumOfValues;

    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        System.out.println("直接注入值: " + someString);
        System.out.println("从属性文件中注入值: " + appName);
        System.out.println("使用默认值: " + appDescription);
        System.out.println("注入列表和属性: " + servers);
        System.out.println("使用Spring的SpEL: " + sumOfValues);
    }
}

运行结果发现， @Value 注解都被正确地解析并注入了预期的值。

直接注入值: Some String Value
从属性文件中注入值: My Spring Application
使用默认值: 我是默认值
注入列表和属性: [server1, server2, server3]
使用Spring的SpEL: 30

六、时序图

sequenceDiagram
Title: @Value注解时序图
AbstractAutowireCapableBeanFactory->>AbstractAutowireCapableBeanFactory:applyMergedBeanDefinitionPostProcessors(mbd,beanType,beanName)<br>应用Bean定义的后置处理器
AbstractAutowireCapableBeanFactory->>AutowiredAnnotationBeanPostProcessor:postProcessMergedBeanDefinition(beanDefinition,beanType,beanName)<br>处理已合并的Bean定义
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor->>AutowiredAnnotationBeanPostProcessor:findAutowiringMetadata(beanName,clazz,pvs)<br>查找自动注入的元数据
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor->>AutowiredAnnotationBeanPostProcessor:buildAutowiringMetadata(clazz)<br>构建自动注入的元数据
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor->>ReflectionUtils:doWithLocalFields(clazz,fc)<br>处理类的本地字段
ReflectionUtils->>AutowiredAnnotationBeanPostProcessor:解析有@Value注解的字段
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor->>ReflectionUtils:doWithLocalMethods(clazz,fc)<br>处理类的本地方法
ReflectionUtils->>AutowiredAnnotationBeanPostProcessor:解析有@Value注解的方法
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor->>AutowiredAnnotationBeanPostProcessor:injectionMetadataCache.put(cacheKey, metadata)<br>将元数据存入缓存
AbstractAutowireCapableBeanFactory->>AbstractAutowireCapableBeanFactory:populateBean(beanName,mbd,bw)<br>填充Bean的属性值
AbstractAutowireCapableBeanFactory->>AutowiredAnnotationBeanPostProcessor:postProcessProperties(pvs,bean,beanName)<br>后处理Bean的属性
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor->>AutowiredAnnotationBeanPostProcessor:findAutowiringMetadata(beanName,clazz,pvs)<br>再次查找自动注入的元数据
Note right of AutowiredAnnotationBeanPostProcessor:<br>从缓存中获取注入的元数据
AutowiredAnnotationBeanPostProcessor->>InjectionMetadata:inject(bean, beanName, pvs)<br>执行实际的属性注入
InjectionMetadata->>AutowiredFieldElement:inject(target, beanName, pvs)<br>注入特定的字段元素
AutowiredFieldElement->>AutowiredFieldElement:resolveFieldValue(field,bean,beanName)<br>解析字段的值
AutowiredFieldElement->>DefaultListableBeanFactory:resolveDependency(desc, beanName, autowiredBeanNames, typeConverter)<br>解析字段的依赖
DefaultListableBeanFactory->>AutowiredFieldElement:返回解析后的value值<br>返回解析后的属性值
AutowiredFieldElement->>Field:field.set(bean, value)<br>设置Bean字段的值

七、源码分析

前置条件

在Spring中，AutowiredAnnotationBeanPostProcessor是处理@Value等注解的关键类，它实现了下述两个接口。因此，为了深入理解@Value的工作方式，研究这个类是非常有用的。简而言之，为了完全理解@Value的工作机制，了解下述接口确实是必要的。这两个接口提供了对bean生命周期中关键阶段的干预，从而允许进行属性注入和其他相关的操作。

  1. MergedBeanDefinitionPostProcessor接口
    • 此接口提供的postProcessMergedBeanDefinition方法允许后处理器修改合并后的bean定义。合并后的bean定义是一个已经考虑了所有父bean定义属性的bean定义。对于@Value注解的处理，这一步通常涉及到收集需要被解析的@Value注解信息并准备对其进行后续处理。
    • 🔗 MergedBeanDefinitionPostProcessor接口传送门
  2. InstantiationAwareBeanPostProcessor接口
    • 此接口提供了几个回调方法，允许后处理器在bean实例化之前和实例化之后介入bean的创建过程。特别是，postProcessProperties方法允许后处理器对bean的属性进行操作。对于@Value注解，这通常涉及到实际地解析注解中的表达式或属性占位符，并将解析得到的值注入到bean中。
    • 🔗 InstantiationAwareBeanPostProcessor接口传送门

收集阶段

在org.springframework.beans.factory.annotation.AutowiredAnnotationBeanPostProcessor#postProcessMergedBeanDefinition方法中，主要确保给定的bean定义与其预期的自动装配元数据一致。

@Override
public void postProcessMergedBeanDefinition(RootBeanDefinition beanDefinition, Class<?> beanType, String beanName) {
    // 对于给定的bean名称和类型，它首先尝试查找相关的InjectionMetadata，这可能包含了该bean的字段和方法的注入信息
    InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, beanType, null);
    
    // 使用找到的InjectionMetadata来验证bean定义中的配置成员是否与预期的注入元数据匹配。
    metadata.checkConfigMembers(beanDefinition);
}

在org.springframework.beans.factory.annotation.AutowiredAnnotationBeanPostProcessor#findAutowiringMetadata方法中，确保了始终为给定的bean名称和类获取最新和相关的InjectionMetadata，并利用缓存机制优化性能。

private InjectionMetadata findAutowiringMetadata(String beanName, Class<?> clazz, @Nullable PropertyValues pvs) {
    // 如果beanName为空，则使用类名作为缓存键。
    String cacheKey = (StringUtils.hasLength(beanName) ? beanName : clazz.getName());
    // 首先尝试从并发缓存中获取InjectionMetadata。
    InjectionMetadata metadata = this.injectionMetadataCache.get(cacheKey);
    // 检查获取到的元数据是否需要刷新。
    if (InjectionMetadata.needsRefresh(metadata, clazz)) {
        // 使用双重检查锁定确保线程安全。
        synchronized (this.injectionMetadataCache) {
            metadata = this.injectionMetadataCache.get(cacheKey);
            if (InjectionMetadata.needsRefresh(metadata, clazz)) {
                // 如果有旧的元数据，清除它。
                if (metadata != null) {
                    metadata.clear(pvs);
                }
                // 为给定的类构建新的InjectionMetadata。
                metadata = buildAutowiringMetadata(clazz);
                // 将新构建的元数据更新到缓存中。
                this.injectionMetadataCache.put(cacheKey, metadata);
            }
        }
    }
    // 返回找到的或新构建的元数据。
    return metadata;
}

在org.springframework.beans.factory.annotation.AutowiredAnnotationBeanPostProcessor#buildAutowiringMetadata方法中，查找类及其所有父类中的字段和方法，以找出所有带有自动装配注解的字段和方法，并为它们创建一个统一的InjectionMetadata对象。

private InjectionMetadata buildAutowiringMetadata(final Class<?> clazz) {
    // 检查类是否含有自动装配注解，若无则直接返回空的InjectionMetadata。
    if (!AnnotationUtils.isCandidateClass(clazz, this.autowiredAnnotationTypes)) {
        return InjectionMetadata.EMPTY;
    }

    // 初始化存放注入元素的列表。
    List<InjectionMetadata.InjectedElement> elements = new ArrayList<>();
    Class<?> targetClass = clazz;

    do {
        // 当前类中要注入的元素列表。
        final List<InjectionMetadata.InjectedElement> currElements = new ArrayList<>();

        // 处理类中的所有字段。
        ReflectionUtils.doWithLocalFields(targetClass, field -> {
            // 查找字段上的自动装配注解。
            MergedAnnotation<?> ann = findAutowiredAnnotation(field);
            if (ann != null) {
                // 忽略静态字段。
                if (Modifier.isStatic(field.getModifiers())) {
                    if (logger.isInfoEnabled()) {
                        logger.info("Autowired annotation is not supported on static fields: " + field);
                    }
                    return;
                }
                boolean required = determineRequiredStatus(ann);
                // 创建一个新的AutowiredFieldElement并加入到列表。
                currElements.add(new AutowiredFieldElement(field, required));
            }
        });

        // 处理类中的所有方法。
        ReflectionUtils.doWithLocalMethods(targetClass, method -> {
            Method bridgedMethod = BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(method);
            if (!BridgeMethodResolver.isVisibilityBridgeMethodPair(method, bridgedMethod)) {
                return;
            }
            // 查找方法上的自动装配注解。
            MergedAnnotation<?> ann = findAutowiredAnnotation(bridgedMethod);
            if (ann != null && method.equals(ClassUtils.getMostSpecificMethod(method, clazz))) {
                // 忽略静态方法。
                if (Modifier.isStatic(method.getModifiers())) {
                    if (logger.isInfoEnabled()) {
                        logger.info("Autowired annotation is not supported on static methods: " + method);
                    }
                    return;
                }
                // 只处理带参数的方法。
                if (method.getParameterCount() == 0) {
                    if (logger.isInfoEnabled()) {
                        logger.info("Autowired annotation should only be used on methods with parameters: " +
                                    method);
                    }
                }
                boolean required = determineRequiredStatus(ann);
                PropertyDescriptor pd = BeanUtils.findPropertyForMethod(bridgedMethod, clazz);
                // 创建一个新的AutowiredMethodElement并加入到列表。
                currElements.add(new AutowiredMethodElement(method, required, pd));
            }
        });

        // 将当前类的注入元素加入到总的注入元素列表的开头。
        elements.addAll(0, currElements);
        // 处理父类。
        targetClass = targetClass.getSuperclass();
    }
    // 循环直至Object类。
    while (targetClass != null && targetClass != Object.class);

    // 返回为元素列表创建的新的InjectionMetadata。
    return InjectionMetadata.forElements(elements, clazz);
}

在org.springframework.beans.factory.annotation.AutowiredAnnotationBeanPostProcessor#autowiredAnnotationTypes字段中，主要的用途是告诉AutowiredAnnotationBeanPostProcessor哪些注解它应该处理。当Spring容器解析bean定义并创建bean实例时，如果这个bean的字段、方法或构造函数上的注解被包含在这个autowiredAnnotationTypes集合中，那么AutowiredAnnotationBeanPostProcessor就会对它进行处理。

public AutowiredAnnotationBeanPostProcessor() {
   this.autowiredAnnotationTypes.add(Autowired.class);
   this.autowiredAnnotationTypes.add(Value.class);
   // ... [代码部分省略以简化]
}

注入阶段

在org.springframework.beans.factory.annotation.AutowiredAnnotationBeanPostProcessor#postProcessProperties方法中，用于处理bean属性的后处理，特别是通过@Value等注解进行的属性注入。

@Override
public PropertyValues postProcessProperties(PropertyValues pvs, Object bean, String beanName) {
    // 获取与bean名称和类相关的InjectionMetadata。
    // 这包括该bean需要进行注入的所有字段和方法。
    InjectionMetadata metadata = findAutowiringMetadata(beanName, bean.getClass(), pvs);
    
    try {
        // 使用获取到的InjectionMetadata，实际进行属性的注入。
        metadata.inject(bean, beanName, pvs);
    }
    // 如果在注入过程中出现BeanCreationException，直接抛出。
    catch (BeanCreationException ex) {
        throw ex;
    }
    // 捕获其他异常，并以BeanCreationException的形式抛出，提供详细的错误信息。
    catch (Throwable ex) {
        throw new BeanCreationException(beanName, "Injection of autowired dependencies failed", ex);
    }
    // 返回原始的PropertyValues，因为这个方法主要关注依赖注入而不是修改属性。
    return pvs;
}

在org.springframework.beans.factory.annotation.InjectionMetadata#inject方法中，主要目的是将所有需要注入的元素（例如带有@Value等注解的字段或方法）注入到目标bean中。

public void inject(Object target, @Nullable String beanName, @Nullable PropertyValues pvs) throws Throwable {
    // 获取已经检查的元素。通常，在初始化阶段，所有的元素都会被检查一次。
    Collection<InjectedElement> checkedElements = this.checkedElements;

    // 如果已经有检查过的元素，则使用它们，否则使用所有注入的元素。
    Collection<InjectedElement> elementsToIterate =
        (checkedElements != null ? checkedElements : this.injectedElements);

    // 如果有需要注入的元素...
    if (!elementsToIterate.isEmpty()) {
        // 遍历每个元素并注入到目标bean中。
        for (InjectedElement element : elementsToIterate) {
            // 对每个元素（字段或方法）执行注入操作。
            element.inject(target, beanName, pvs);
        }
    }
}

在org.springframework.beans.factory.annotation.AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.AutowiredFieldElement#inject方法中，首先检查字段的值是否已经被缓存。如果已缓存，则从缓存中获取，否则重新解析。然后，它确保字段是可访问的（特别是对于私有字段），并将解析的值设置到目标bean的相应字段中。

@Override
protected void inject(Object bean, @Nullable String beanName, @Nullable PropertyValues pvs) throws Throwable {
    // 获取代表带有@Autowired注解的字段的Field对象。
    Field field = (Field) this.member;

    Object value;
    // 如果字段的值已经被缓存（即先前已解析过），则尝试从缓存中获取。
    if (this.cached) {
        try {
            // 从缓存中获取已解析的字段值。
            value = resolvedCachedArgument(beanName, this.cachedFieldValue);
        }
        catch (NoSuchBeanDefinitionException ex) {
            // 如果缓存中的bean已被意外删除 -> 重新解析。
            value = resolveFieldValue(field, bean, beanName);
        }
    }
    else {
        // 如果字段值未被缓存，直接解析。
        value = resolveFieldValue(field, bean, beanName);
    }

    // 如果解析到的值不为null...
    if (value != null) {
        // 使字段可访问，这是必要的，特别是当字段是private时。
        ReflectionUtils.makeAccessible(field);
        // 实际将解析的值注入到目标bean的字段中。
        field.set(bean, value);
    }
}

在org.springframework.beans.factory.annotation.AutowiredAnnotationBeanPostProcessor.AutowiredFieldElement#resolveFieldValue方法中，通过beanFactory.resolveDependency方法从Spring的bean工厂中解析字段的值。

@Nullable
private Object resolveFieldValue(Field field, Object bean, @Nullable String beanName) {
    // ... [代码部分省略以简化]
    Object value;
    try {
        // 通过`beanFactory.resolveDependency`方法从Spring的bean工厂中解析字段的值
        value = beanFactory.resolveDependency(desc, beanName, autowiredBeanNames, typeConverter);
    }
    catch (BeansException ex) {
        throw new UnsatisfiedDependencyException(null, beanName, new InjectionPoint(field), ex);
    }
    // ... [代码部分省略以简化]
    return value;
}

八、注意事项

  1. SpEL表达式
    • @Value可以用来解析Spring Expression Language (SpEL) 表达式。确保我们的表达式是正确的，以防止运行时错误。
  2. 默认值
    • 我们可以为@Value注解提供默认值，以防止某个属性在属性文件中未被定义。例如：@Value("${some.property:default}")。
  3. 类型转换
    • 确保@Value提供的值可以被转换为字段或方法参数的类型。Spring会尝试自动进行这种转换，但不一定总是成功。
  4. 不适用于复杂类型
    • 尽管@Value可以用于简单的类型（如字符串、整数、枚举等），但不应用于复杂的bean注入，这时应该使用@Autowired或@Inject。
  5. 不可用于BeanPostProcessor或BeanFactoryPostProcessor
    • @Value注解在BeanPostProcessor或BeanFactoryPostProcessor实现中是不起作用的，因为它们在Spring容器生命周期中的处理时机早于@Value的处理。
  6. 占位符解析器的配置
    • 要使用属性占位符（如${property.name}），需要确保已配置了PropertySourcesPlaceholderConfigurer或PropertyPlaceholderConfigurer。
  7. 环境变量与系统属性
    • 我们可以使用@Value来引用环境变量或系统属性，例如：@Value("${JAVA_HOME}")。
  8. 防止注入敏感信息
    • 不要使用@Value来注入敏感信息，如密码，除非它们是适当加密的。考虑使用专门的解决方案，如Spring Cloud Config的Vault集成。
  9. 循环依赖
    • 尽管与@Autowired不同，但需要注意的是，使用@Value可能间接导致循环依赖，尤其是当注入的值是其他bean的属性时。
  10. 性能考虑
    • 大量使用SpEL表达式可能对性能产生轻微的影响，因为这些表达式需要在运行时进行解析。

九、总结

最佳实践总结

  1. 启动类入口：
    • 使用AnnotationConfigApplicationContext来启动Spring上下文，该上下文支持基于Java注解的配置。
    • 在创建上下文时，为其提供了MyConfiguration作为配置类。
  2. 配置类：
    • MyConfiguration类标记为@Configuration，表示它提供了bean定义的配置信息。
    • 使用@PropertySource指定一个属性文件application.properties来为上下文加载属性。
    • 定义了一个bean：MyService，确保其在Spring容器中被创建和初始化。
  3. 属性文件：
    • 在application.properties文件中定义了几个属性，这些属性可以在应用程序中使用。
  4. 属性注入：
    • 在MyService类中，展示了如何使用@Value注解进行五种不同方式的属性注入，从直接注入字符串值到使用SpEL表达式。
  5. 注入结果的验证：
    • 实现InitializingBean接口并重写afterPropertiesSet方法来验证注入的属性值。
    • 运行应用后，该方法会打印出所有注入属性的值，从而验证@Value注解正确地解析并注入了预期的值。

源码分析总结

  1. 核心后处理器：
    • AutowiredAnnotationBeanPostProcessor是处理@Value等注解的主要后处理器。它实现了两个关键的接口，MergedBeanDefinitionPostProcessor和InstantiationAwareBeanPostProcessor，这两个接口允许在bean的生命周期中的关键阶段进行干预，为属性注入提供了机制。
  2. 收集阶段：
    • 在postProcessMergedBeanDefinition方法中，后处理器确保给定的bean定义与预期的自动装配元数据一致。主要任务是为给定的bean名称和类型查找相关的InjectionMetadata，这可能包含了该bean的字段和方法的注入信息。
  3. 注入阶段：
    • 在postProcessProperties方法中，后处理器处理bean属性的注入，特别是通过@Value进行的注入。具体来说，它会获取与bean名称和类相关的InjectionMetadata，然后使用这些元数据来注入属性。
  4. 字段注入：
    • 在AutowiredFieldElement#inject方法中，首先会检查字段的值是否已经被缓存。如果已缓存，则从缓存中获取，否则重新解析。然后将解析的值注入到目标bean的字段中。
  5. 值解析：
    • 在AutowiredFieldElement#resolveFieldValue方法中，后处理器从Spring的bean工厂中解析字段的值。它主要通过beanFactory.resolveDependency方法来完成这一工作。