这一次搞懂Spring自定义标签以及注解解析原理

前言

在上一篇文章中分析了Spring是如何解析默认标签的，并封装为BeanDefinition注册到缓存中，这一篇就来看看对于像context这种自定义标签是如何解析的。同时我们常用的注解如：@Service、@Component、@Controller标注的类也是需要在xml中配置<context:component-scan>才能自动注入到IOC容器中，所以本篇也会重点分析注解解析原理。

正文

自定义标签解析原理

在上一篇分析默认标签解析时看到过这个类DefaultBeanDefinitionDocumentReader的方法parseBeanDefinitions：

	protected void parseBeanDefinitions(Element root, BeanDefinitionParserDelegate delegate) {
		if (delegate.isDefaultNamespace(root)) {
			NodeList nl = root.getChildNodes();
			for (int i = 0; i < nl.getLength(); i++) {
				Node node = nl.item(i);
				if (node instanceof Element) {
					Element ele = (Element) node;
					if (delegate.isDefaultNamespace(ele)) {

						//默认标签解析
						parseDefaultElement(ele, delegate);
					}
					else {

						//自定义标签解析
						delegate.parseCustomElement(ele);
					}
				}
			}
		}
		else {
			delegate.parseCustomElement(root);
		}
	}

现在我们就来看看parseCustomElement这个方法，但在点进去之前不妨想想自定义标签解析应该怎么做。

	public BeanDefinition parseCustomElement(Element ele, @Nullable BeanDefinition containingBd) {
		String namespaceUri = getNamespaceURI(ele);
		if (namespaceUri == null) {
			return null;
		}
		NamespaceHandler handler = this.readerContext.getNamespaceHandlerResolver().resolve(namespaceUri);
		if (handler == null) {
			error("Unable to locate Spring NamespaceHandler for XML schema namespace [" + namespaceUri + "]", ele);
			return null;
		}
		return handler.parse(ele, new ParserContext(this.readerContext, this, containingBd));
	}

可以看到和默认标签解析是一样的，只不过由decorate方法改为了parse方法，但具体是如何解析的呢？这里我就以component-scan标签的解析为例，看看注解是如何解析为BeanDefinition对象的。

注解解析原理

进入到parse方法中，首先会进入NamespaceHandlerSupport类中：

	public BeanDefinition parse(Element element, ParserContext parserContext) {
		BeanDefinitionParser parser = findParserForElement(element, parserContext);
		return (parser != null ? parser.parse(element, parserContext) : null);
	}

首先通过findParserForElement方法去找到对应的解析器，然后委托给解析器ComponentScanBeanDefinitionParser解析。在往下看之前，我们先想一想，如果是我们自己要去实现这个注解解析过程会怎么做。是不是应该首先通过配置的basePackage属性，去扫描该路径下所有的class文件，然后判断class文件是否符合条件，即是否标注了@Service、@Component、@Controller等注解，如果有，则封装为BeanDefinition对象并注册到容器中去？下面就来验证我们的猜想：

	public BeanDefinition parse(Element element, ParserContext parserContext) {
		String basePackage = element.getAttribute(BASE_PACKAGE_ATTRIBUTE);
		basePackage = parserContext.getReaderContext().getEnvironment().resolvePlaceholders(basePackage);
		String[] basePackages = StringUtils.tokenizeToStringArray(basePackage,
				ConfigurableApplicationContext.CONFIG_LOCATION_DELIMITERS);

		// Actually scan for bean definitions and register them.
		// 创造ClassPathBeanDefinitionScanner对象，用来扫描basePackage包下符合条件（默认是@Component标注的类）的类，
		// 并创建BeanDefinition类注册到缓存中
		ClassPathBeanDefinitionScanner scanner = configureScanner(parserContext, element);
		Set<BeanDefinitionHolder> beanDefinitions = scanner.doScan(basePackages);
		registerComponents(parserContext.getReaderContext(), beanDefinitions, element);

		return null;
	}

可以看到流程和我们猜想的基本一致，首先创建了一个扫描器ClassPathBeanDefinitionScanner对象，然后通过这个扫描器去扫描classpath下的文件并注册，最后调用了registerComponents方法，这个方法的作用稍后来讲，我们先来看看扫描器是如何创建的：

	protected ClassPathBeanDefinitionScanner configureScanner(ParserContext parserContext, Element element) {
		boolean useDefaultFilters = true;
		if (element.hasAttribute(USE_DEFAULT_FILTERS_ATTRIBUTE)) {
			useDefaultFilters = Boolean.valueOf(element.getAttribute(USE_DEFAULT_FILTERS_ATTRIBUTE));
		}

		// Delegate bean definition registration to scanner class.
		ClassPathBeanDefinitionScanner scanner = createScanner(parserContext.getReaderContext(), useDefaultFilters);
		scanner.setBeanDefinitionDefaults(parserContext.getDelegate().getBeanDefinitionDefaults());
		scanner.setAutowireCandidatePatterns(parserContext.getDelegate().getAutowireCandidatePatterns());

		if (element.hasAttribute(RESOURCE_PATTERN_ATTRIBUTE)) {
			scanner.setResourcePattern(element.getAttribute(RESOURCE_PATTERN_ATTRIBUTE));
		}

		...

		parseTypeFilters(element, scanner, parserContext);

		return scanner;
	}

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

		Assert.notNull(registry, "BeanDefinitionRegistry must not be null");
		this.registry = registry;

		if (useDefaultFilters) {
			registerDefaultFilters();
		}
		setEnvironment(environment);
		setResourceLoader(resourceLoader);
	}

	protected void registerDefaultFilters() {
		this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(Component.class));
		ClassLoader cl = ClassPathScanningCandidateComponentProvider.class.getClassLoader();
		try {
			this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(
					((Class<? extends Annotation>) ClassUtils.forName("javax.annotation.ManagedBean", cl)), false));
			logger.trace("JSR-250 'javax.annotation.ManagedBean' found and supported for component scanning");
		}
		catch (ClassNotFoundException ex) {
			// JSR-250 1.1 API (as included in Java EE 6) not available - simply skip.
		}
		try {
			this.includeFilters.add(new AnnotationTypeFilter(
					((Class<? extends Annotation>) ClassUtils.forName("javax.inject.Named", cl)), false));
			logger.trace("JSR-330 'javax.inject.Named' annotation found and supported for component scanning");
		}
		catch (ClassNotFoundException ex) {
			// JSR-330 API not available - simply skip.
		}
	}

	protected void parseTypeFilters(Element element, ClassPathBeanDefinitionScanner scanner, ParserContext parserContext) {
		// Parse exclude and include filter elements.
		ClassLoader classLoader = scanner.getResourceLoader().getClassLoader();
		// 将component-scan的子标签include-filter和exclude-filter添加到scanner中
		NodeList nodeList = element.getChildNodes();
		for (int i = 0; i < nodeList.getLength(); i++) {
			Node node = nodeList.item(i);
			if (node.getNodeType() == Node.ELEMENT_NODE) {
				String localName = parserContext.getDelegate().getLocalName(node);
				try {
					if (INCLUDE_FILTER_ELEMENT.equals(localName)) {
						TypeFilter typeFilter = createTypeFilter((Element) node, classLoader, parserContext);
						scanner.addIncludeFilter(typeFilter);
					}
					else if (EXCLUDE_FILTER_ELEMENT.equals(localName)) {
						TypeFilter typeFilter = createTypeFilter((Element) node, classLoader, parserContext);
						scanner.addExcludeFilter(typeFilter);
					}
				}
				catch (ClassNotFoundException ex) {
					parserContext.getReaderContext().warning(
							"Ignoring non-present type filter class: " + ex, parserContext.extractSource(element));
				}
				catch (Exception ex) {
					parserContext.getReaderContext().error(
							ex.getMessage(), parserContext.extractSource(element), ex.getCause());
				}
			}
		}
	}

上面不重要的方法我已经删掉了，首先获取use-default-filters属性，传入到ClassPathBeanDefinitionScanner构造器中判断是否使用默认的过滤器，如果是就调用registerDefaultFilters方法将@Component注解过滤器添加到includeFilters属性中；创建后紧接着调用了parseTypeFilters方法去解析include-filter和exclude-filter子标签，并分别添加到includeFilters和excludeFilters标签中（关于这两个标签的作用这里不再赘述），所以这一步就是创建包含过滤器的class扫描器，接着就可以调用scan方法完成扫描注册了（如果我们要自定义注解是不是也可以这样实现呢？）。

	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) {
			// 这里就是实际扫描符合条件的类并封装为ScannedGenericBeanDefinition对象
			Set<BeanDefinition> candidates = findCandidateComponents(basePackage);
			// 接着在每个单独解析未解析的信息并注册到缓存中
			for (BeanDefinition candidate : candidates) {
				ScopeMetadata scopeMetadata = this.scopeMetadataResolver.resolveScopeMetadata(candidate);
				candidate.setScope(scopeMetadata.getScopeName());
				String beanName = this.beanNameGenerator.generateBeanName(candidate, this.registry);
				if (candidate instanceof AbstractBeanDefinition) {
					postProcessBeanDefinition((AbstractBeanDefinition) candidate, beanName);
				}
				// 解析@Lazy、@Primary、@DependsOn等注解
				if (candidate instanceof AnnotatedBeanDefinition) {
					AnnotationConfigUtils.processCommonDefinitionAnnotations((AnnotatedBeanDefinition) candidate);
				}
				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;
	}

	public Set<BeanDefinition> findCandidateComponents(String basePackage) {
		if (this.componentsIndex != null && indexSupportsIncludeFilters()) {
			return addCandidateComponentsFromIndex(this.componentsIndex, basePackage);
		}
		else {
			// 主要看这，扫描所有符合条件的class文件并封装为ScannedGenericBeanDefinition
			return scanCandidateComponents(basePackage);
		}
	}

	private Set<BeanDefinition> scanCandidateComponents(String basePackage) {
		Set<BeanDefinition> candidates = new LinkedHashSet<>();
		try {
			String packageSearchPath = ResourcePatternResolver.CLASSPATH_ALL_URL_PREFIX +
					resolveBasePackage(basePackage) + '/' + this.resourcePattern;
			// 获取class文件并加载为Resource
			Resource[] resources = getResourcePatternResolver().getResources(packageSearchPath);
			boolean traceEnabled = logger.isTraceEnabled();
			boolean debugEnabled = logger.isDebugEnabled();
			for (Resource resource : resources) {
				if (traceEnabled) {
					logger.trace("Scanning " + resource);
				}
				if (resource.isReadable()) {
					try {
						// 获取SimpleMetadataReader对象，该对象持有AnnotationMetadataReadingVisitor对象
						MetadataReader metadataReader = getMetadataReaderFactory().getMetadataReader(resource);
						if (isCandidateComponent(metadataReader)) {
							// 将AnnotationMetadataReadingVisitor对象设置到ScannedGenericBeanDefinition中
							ScannedGenericBeanDefinition sbd = new ScannedGenericBeanDefinition(metadataReader);
							sbd.setResource(resource);
							sbd.setSource(resource);
							if (isCandidateComponent(sbd)) {
								if (debugEnabled) {
									logger.debug("Identified candidate component class: " + resource);
								}
								candidates.add(sbd);
							}
						}
					}
				}
			}
		}
		return candidates;
	}

这个方法实现很复杂，首先是扫描找到符合条件的类并封装成BeanDefinition对象，接着去设置该对象是否可作为根据类型自动装配的标记，然后解析@Lazy、@Primary、@DependsOn等注解，最后才将其注册到容器中。

需要注意的是和xml解析不同的是在扫描过程中，创建的是ScannedGenericBeanDefinition对象：



该类是GenericBeanDefinition对象的子类，并持有了AnnotationMetadata对象的引用，进入下面这行代码：

MetadataReader metadataReader = getMetadataReaderFactory().getMetadataReader(resource);

我们可以发现AnnotationMetadata实际上是AnnotationMetadataReadingVisitor对象：

从上图中我们可以看到该对象具有很多属性，基本上包含了我们类的所有信息，所以后面在对象实例化时需要的信息都是来自于这里。

以上就是Spring注解的扫描解析过程，现在还剩一个方法registerComponents，它是做什么的呢？

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

		Object source = readerContext.extractSource(element);
		CompositeComponentDefinition compositeDef = new CompositeComponentDefinition(element.getTagName(), source);

		for (BeanDefinitionHolder beanDefHolder : beanDefinitions) {
			compositeDef.addNestedComponent(new BeanComponentDefinition(beanDefHolder));
		}

		// Register annotation config processors, if necessary.
		boolean annotationConfig = true;
		if (element.hasAttribute(ANNOTATION_CONFIG_ATTRIBUTE)) {
			annotationConfig = Boolean.valueOf(element.getAttribute(ANNOTATION_CONFIG_ATTRIBUTE));
		}
		if (annotationConfig) {
			Set<BeanDefinitionHolder> processorDefinitions =
					AnnotationConfigUtils.registerAnnotationConfigProcessors(readerContext.getRegistry(), source);
			for (BeanDefinitionHolder processorDefinition : processorDefinitions) {
				compositeDef.addNestedComponent(new BeanComponentDefinition(processorDefinition));
			}
		}

		readerContext.fireComponentRegistered(compositeDef);
	}

在该标签中有一个属性annotation-config，该属性的作用是，当配置为true时，才会去注册一个个BeanPostProcessor类，这个类非常重要，比如：ConfigurationClassPostProcessor支持@Configuration注解，AutowiredAnnotationBeanPostProcessor支持@Autowired注解，CommonAnnotationBeanPostProcessor支持@Resource、@PostConstruct、@PreDestroy等注解。这里只是简单提提，详细分析留待后篇。

至此，自定义标签和注解的解析原理就分析完了，下面就看看如何定义我们自己的标签。

定义我们自己的标签

通过上面的分析，我相信对于定义自己的标签流程应该大致清楚了，如下：

1. 首先设计一个标签并定义其NamespaceHandler类，让它继承NamespaceHandlerSupport类；
2. 其次定义标签对应的解析器，并实现parse方法，在parse方法中解析我们的标签，将其封装为BeanDefinition对象并注册到容器中；
3. 最后在classpath/META-INF文件夹下创建一个spring.handler文件，并定义标签的命名空间和NamespaceHandler的映射关系。

这就是我们从之前的源码分析中理解到的，但这里实际还忽略了一个步骤，这也是之前分析时没讲到的，你能想到是什么么？我们设计的标签需不需要一个规范？不可能让其他人随便写，否则怎么识别呢？因此需要一个规范约束。同样，在Spring的META-INF文件夹下都会有一个spring.schemas文件，该文件和spring.handler文件一样，定义了约束文件和约束命名空间的映射关系，下面就是context的spring.schemas文件部分内容：

http\://www.springframework.org/schema/context/spring-context-2.5.xsd=org/springframework/context/config/spring-context.xsd
......
http\://www.springframework.org/schema/cache/spring-cache.xsd=org/springframework/cache/config/spring-cache.xsd

但是这个文件是在什么时候被读取的呢？是不是应该在解析xml之前就把规范设置好？实际上就是在调用XmlBeanDefinitionReader的doLoadDocument方法时读取的该文件：

	protected Document doLoadDocument(InputSource inputSource, Resource resource) throws Exception {
		return this.documentLoader.loadDocument(inputSource, getEntityResolver(), this.errorHandler,
				getValidationModeForResource(resource), isNamespaceAware());
	}

	protected EntityResolver getEntityResolver() {
		if (this.entityResolver == null) {
			// Determine default EntityResolver to use.
			ResourceLoader resourceLoader = getResourceLoader();
			if (resourceLoader != null) {
				this.entityResolver = new ResourceEntityResolver(resourceLoader);
			}
			else {
				this.entityResolver = new DelegatingEntityResolver(getBeanClassLoader());
			}
		}
		return this.entityResolver;
	}

	public DelegatingEntityResolver(@Nullable ClassLoader classLoader) {
		this.dtdResolver = new BeansDtdResolver();
		this.schemaResolver = new PluggableSchemaResolver(classLoader);
	}

	public static final String DEFAULT_SCHEMA_MAPPINGS_LOCATION = "META-INF/spring.schemas";
	public PluggableSchemaResolver(@Nullable ClassLoader classLoader) {
		this.classLoader = classLoader;
		this.schemaMappingsLocation = DEFAULT_SCHEMA_MAPPINGS_LOCATION;
	}

总结

通过两篇文章完成了对Spring XML标签和注解解析的源码分析，整体流程多看几遍还是不复杂，关键是要学习到其中的设计思想：装饰、模板、委托、SPI；掌握其中我们可以使用到的扩展点：xml解析前后扩展、自定义标签扩展、自定义注解扩展（本篇没有讲解，可以思考一下）；深刻理解BeanDefinition对象，可以看到所有标签和注解类都会封装为该对象，因此接下来对象实例化都是根据该对象进行的。