起因

群里有朋友拋出了個問題琅锻，問為什么Spring Cache注解未生效帮掉，示例代碼如下：

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
@Slf4j
public class DemoApplicationTests {
    @Test
    public void contextLoads() {
        testGetFromDB(1);
        testGetFromDB(1);
        testGetFromDB(1);
    }

    @Cacheable("foo")
    public String testGetFromDB(Integer i) {
        log.info("testGetFromDB...");
        return "retVal" + i;
    }
}

我說咙俩，你把@Cacheable注解的方法搬到別的類耿戚，然后再試試，結(jié)果，好了

大家如果有過類似經(jīng)驗膜蛔，大概能一眼看出問題所在：Spring AOP方法內(nèi)部調(diào)用晓锻，切面邏輯是不生效的(動態(tài)代理)。解決方案有兩個飞几，一是AopContext#currentProxy砚哆，二是在當(dāng)前類中注入自己，再用該對象進(jìn)行方法內(nèi)部調(diào)用

但實際上屑墨，這里隱藏了一個問題躁锁，即便通過上述的兩種方式，在本案例中卵史，@Cacheable仍然不會生效战转。第一種方式會因獲取到的proxy對象為空而拋出IllegalStateException異常，第二種方式會因獲取不到DemoApplicationTestsBean而拋出NoSuchBeanDefinitionException異常

public static Object currentProxy() throws IllegalStateException {
    Object proxy = currentProxy.get();
    if (proxy == null) {
        throw new IllegalStateException(
                "Cannot find current proxy: Set 'exposeProxy' property on Advised to 'true' to make it available.");
    }
    return proxy;
}

NoSuchBeanDefinitionException: No qualifying bean of type 'com.example.demo.DemoApplicationTests' available

這就很詭異了以躯，為啥會獲取不到槐秧？難道IOC容器里沒有DemoApplicationTests對象？可是忧设，如果沒有這個對象刁标，那平時寫單測的時候，那些@Resouce址晕、@Autowired膀懈、@Value注解(Spring稱為:annotation-driven injection)又是如何生效的，Bean是如何注入的呢

實際上谨垃，IOC容器里還真沒有DemoApplicationTests對象启搂，也就是說，Spring在IOC容器里壓根找不到該Bean刘陶，也就不難理解方式一胳赌、二都拋了異常。

在一般的認(rèn)知中匙隔，如果某個Bean想使用Spring的功能疑苫，需要讓Bean注冊到Spring IOC容器中，被Spring管理牡直。那么問題就來了缀匕，既然Spring 并沒有管理DemoApplicationTestsBean，那annotation-driven injection是如何生效的呢碰逸？

解決方案

AutowireCapableBeanFactory

1. BeanFactory的直接子接口乡小，擁有自動裝配的能力
2. 一般不會在普通應(yīng)用中直接使用AutowireCapableBeanFactory，因此在設(shè)計上ApplicationContext們并沒有直接實現(xiàn)該接口(畫外音：Spring的設(shè)計者們不希望用戶在應(yīng)用代碼中直接使用AutowireCapableBeanFactory)饵史。盡管如此满钟，卻提供了該問該接口的能力：通過ApplicationContext#getAutowireCapableBeanFactory方法可拿到其實例對象
3. 它真正的作用在于整合其它框架：能讓Spring管理的Bean去裝配和填充那些不被Spring托管的Bean(wire and populate existing bean instances that Spring does not control the lifecycle of)[重要]

原理

源碼基于Spring 5.1.11.RELEASE

當(dāng)在Junit測試類使用spring-test\spring-boot-test注解(如:@SpringBootTest)胜榔，并啟動測試方法時，Junit框架會準(zhǔn)備相關(guān)的測試資源湃番，并且加載Spring環(huán)境夭织，之后對測試類實例使用Spring進(jìn)行裝配，以保證依賴的服務(wù)處于可用狀態(tài)吠撮。測試方法啟動過程會經(jīng)歷如下方法：

// org.springframework.test.context.support.DependencyInjectionTestExecutionListener

protected void injectDependencies(TestContext testContext) throws Exception {
    Object bean = testContext.getTestInstance(); // 測試類實例
    Class<?> clazz = testContext.getTestClass(); // 測試類class(DemoApplicationTests)
    AutowireCapableBeanFactory beanFactory = testContext.getApplicationContext().getAutowireCapableBeanFactory();
    // 1. 使用AutowireCapableBeanFactory去裝配不受Spring管理的bean
    beanFactory.autowireBeanProperties(bean, AutowireCapableBeanFactory.AUTOWIRE_NO, false);
    // 2. 進(jìn)行初始化
    beanFactory.initializeBean(bean, clazz.getName() + AutowireCapableBeanFactory.ORIGINAL_INSTANCE_SUFFIX);
    
    testContext.removeAttribute(REINJECT_DEPENDENCIES_ATTRIBUTE);
}

從上述源碼中可以看到尊惰，Bean(DemoApplicationTests)是從testContext中獲取，而并沒有被Spring管理泥兰，然后借助AutowireCapableBeanFactory的能力對Bean進(jìn)行裝配與初始化弄屡，讓Spring為非Spring托管的Bean賦能

其中，對于@Resouce鞋诗、@Autowired注入的能力膀捷，是通過beanFactory.autowireBeanProperties(bean, AutowireCapableBeanFactory.AUTOWIRE_NO, false);來實現(xiàn)的，代碼如下：

public void autowireBeanProperties(Object existingBean, int autowireMode, boolean dependencyCheck) throws BeansException {
    if (autowireMode == AUTOWIRE_CONSTRUCTOR) {
        throw new IllegalArgumentException("AUTOWIRE_CONSTRUCTOR not supported for existing bean instance");
    }
    // Use non-singleton bean definition, to avoid registering bean as dependent bean.
    RootBeanDefinition bd =
            new RootBeanDefinition(ClassUtils.getUserClass(existingBean), autowireMode, dependencyCheck);
    bd.setScope(BeanDefinition.SCOPE_PROTOTYPE);
    BeanWrapper bw = new BeanWrapperImpl(existingBean);
    initBeanWrapper(bw);
    // 填充屬性
    populateBean(bd.getBeanClass().getName(), bd, bw);
}

接著看populateBean方法削彬，該方法作用是為給定的bean填充屬性全庸，相信大家已經(jīng)很熟悉這段代碼了，篇幅原因融痛，把非關(guān)鍵代碼省略

protected void populateBean(String beanName, RootBeanDefinition mbd, @Nullable BeanWrapper bw) {
    // ...(省略)
    for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
        if (bp instanceof InstantiationAwareBeanPostProcessor) {
            InstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (InstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
            // @Resouce壶笼、@Autowired 注解起作用的地方
            PropertyValues pvsToUse = ibp.postProcessProperties(pvs, bw.getWrappedInstance(), beanName);
            if (pvsToUse == null) {
                if (filteredPds == null) {
                    filteredPds = filterPropertyDescriptorsForDependencyCheck(bw, mbd.allowCaching);
                }
                pvsToUse = ibp.postProcessPropertyValues(pvs, filteredPds, bw.getWrappedInstance(), beanName);
                if (pvsToUse == null) {
                    return;
                }
            }
            pvs = pvsToUse;
        }
    }
    // ...(省略)
}

@Resouce、@Autowired注解之所以能生效酌心，是因為最終執(zhí)行了PropertyValues pvsToUse = ibp.postProcessProperties(pvs, bw.getWrappedInstance(), beanName);這一行代碼拌消。有兩個InstantiationAwareBeanPostProcessor分別是CommonAnnotationBeanPostProcessor挑豌、AutowiredAnnotationBeanPostProcessor安券，分別用于處理@Resouce、@Autowired氓英，達(dá)到屬性填充的目的

接下來看看AutowireCapableBeanFactory接口侯勉，一共有6個屬性，15個方法

public interface AutowireCapableBeanFactory extends BeanFactory {

// ---------------------- 屬性 ----------------------
    // 裝配模式
    int AUTOWIRE_NO = 0;

    int AUTOWIRE_BY_NAME = 1;

    int AUTOWIRE_BY_TYPE = 2;

    int AUTOWIRE_CONSTRUCTOR = 3;

    // @deprecated as of Spring 3.0
    int AUTOWIRE_AUTODETECT = 4;

    String ORIGINAL_INSTANCE_SUFFIX = ".ORIGINAL";

// ---------------------- 方法 ----------------------

    <T> T createBean(Class<T> beanClass) throws BeansException;

    void autowireBean(Object existingBean) throws BeansException;

    Object configureBean(Object existingBean, String beanName) throws BeansException;

    Object createBean(Class<?> beanClass, int autowireMode, boolean dependencyCheck) throws BeansException;

    Object autowire(Class<?> beanClass, int autowireMode, boolean dependencyCheck) throws BeansException;

    void autowireBeanProperties(Object existingBean, int autowireMode, boolean dependencyCheck)
            throws BeansException;

    void applyBeanPropertyValues(Object existingBean, String beanName) throws BeansException;

    Object initializeBean(Object existingBean, String beanName) throws BeansException;

    Object applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(Object existingBean, String beanName)
            throws BeansException;

    Object applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(Object existingBean, String beanName)
            throws BeansException;

    void destroyBean(Object existingBean);

    <T> NamedBeanHolder<T> resolveNamedBean(Class<T> requiredType) throws BeansException;

    Object resolveBeanByName(String name, DependencyDescriptor descriptor) throws BeansException;

    Object resolveDependency(DependencyDescriptor descriptor, @Nullable String requestingBeanName) throws BeansException;

    Object resolveDependency(DependencyDescriptor descriptor, @Nullable String requestingBeanName,
            @Nullable Set<String> autowiredBeanNames, @Nullable TypeConverter typeConverter) throws BeansException;

}

5個AUTOWIRE_*指的是裝配模式铝阐，接口方法中的autowireMode參數(shù)取值就從這5個里邊選擇

• int AUTOWIRE_NO = 0;不裝配
• int AUTOWIRE_BY_NAME = 1;根據(jù)名稱裝配
• int AUTOWIRE_BY_TYPE = 2;根據(jù)類型裝配
• int AUTOWIRE_CONSTRUCTOR = 3;根據(jù)構(gòu)造器裝配
• int AUTOWIRE_AUTODETECT = 4;從Spring 3.0就過期了址貌，不作介紹

還有1個屬性String ORIGINAL_INSTANCE_SUFFIX = ".ORIGINAL";，該屬性是一種約定俗成的用法：以類全限定名+.ORIGINAL 作為Bean Name徘键，用于告訴Spring练对，在初始化的時候，需要返回原始給定實例吹害，而別返回代理對象

上面的方法看似挺多螟凭，經(jīng)過分類之后，也能比較好理解與記憶它呀。其實從方法的命名上也能看出來各自的作用螺男，這也是Spring框架優(yōu)秀讓人著迷的地方之一：方法命名在很多時候能讓人見名知義棒厘，足夠抽象而又不失準(zhǔn)確的概括。按照接口提供能力的粒度下隧，大體上分為三類：

1. 粗粒度創(chuàng)建奢人、裝配Bean的方法

<T> T createBean(Class<T> beanClass) throws BeansException;
void autowireBean(Object existingBean) throws BeansException;
Object configureBean(Object existingBean, String beanName) throws BeansException;

2. 細(xì)粒度控制Bean生命周期的方法(創(chuàng)建、裝配Bean的過程涉及Bean的生命周期)淆院。細(xì)粒度體現(xiàn)在兩個方面何乎，一是提供了可選的裝配模式(autowireMode)，二是把裝配Bean的過程細(xì)化為 屬性填充(populateBean) 與 初始化(initializeBean) 兩個階段土辩。此外宪赶，還提供了BeanPostProcessors的前后置處理邏輯回調(diào)，以及銷毀Bean的邏輯回調(diào)脯燃。

Object createBean(Class<?> beanClass, int autowireMode, boolean dependencyCheck) throws BeansException;
Object autowire(Class<?> beanClass, int autowireMode, boolean dependencyCheck) throws BeansException;
void autowireBeanProperties(Object existingBean, int autowireMode, boolean dependencyCheck) throws BeansException;
void applyBeanPropertyValues(Object existingBean, String beanName) throws BeansException;
Object initializeBean(Object existingBean, String beanName) throws BeansException;
Object applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(Object existingBean, String beanName) throws BeansException;
Object applyBeanPostProcessorsAfterInitialization(Object existingBean, String beanName) throws BeansException;
void destroyBean(Object existingBean);

3. 解析注入點的代理方法搂妻，這些方法是輔助類方法，一般不需要直接使用

<T> NamedBeanHolder<T> resolveNamedBean(Class<T> requiredType) throws BeansException;
Object resolveBeanByName(String name, DependencyDescriptor descriptor) throws BeansException;
Object resolveDependency(DependencyDescriptor descriptor, @Nullable String requestingBeanName) throws BeansException;
Object resolveDependency(DependencyDescriptor descriptor, @Nullable String requestingBeanName, @Nullable Set<String> autowiredBeanNames, @Nullable TypeConverter typeConverter) throws BeansException;

上面是官方的分法辕棚，下面將按照接口的功能進(jìn)行劃分

1. 創(chuàng)建Bean
   • createBean(Class<T> beanClass): 用給定的class創(chuàng)建一個Bean實例欲主，完整經(jīng)歷一個Bean創(chuàng)建過程的生命周期節(jié)點回調(diào)，但不執(zhí)行傳統(tǒng)的autowiring
     • 提供autowire(Class<?> beanClass, int autowireMode, boolean dependencyCheck)所有能力
     • 提供initializeBean(Object existingBean, String beanName)所有能力
   • createBean(Class<?> beanClass, int autowireMode, boolean dependencyCheck): 與上邊類似逝嚎，主要區(qū)別是可以指定autowireMode扁瓢，即可能會執(zhí)行傳統(tǒng)的autowiring
2. 屬性裝配
   • autowireBean(Object existingBean): 主要用于(再次)填充指定Bean被注解的元素或方法(如@Resource @Autowired)，不執(zhí)行傳統(tǒng)的autowiring
     • 執(zhí)行InstantiationAwareBeanPostProcessor的后置處理邏輯补君，因為這是在populateBean()中執(zhí)行的
     • 不執(zhí)行傳統(tǒng)的autowiring
     • 不執(zhí)行initializeBean方法引几，因此也就不執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的BeanPostProcessor
   • autowireBeanProperties(Object existingBean, int autowireMode, boolean dependencyCheck): 與上邊類似，主要區(qū)別是可以指定autowireMode挽铁，即可能會執(zhí)行傳統(tǒng)的autowiring
   • autowire(Class<?> beanClass, int autowireMode, boolean dependencyCheck): 與上邊類似伟桅，主要區(qū)別是該方法首個入?yún)⑹荂lass挪拟，框架會幫我們實例化声离，而上邊是已實例化的對象
3. 初始化
   • initializeBean(Object existingBean, String beanName): 初始化給定的Bean
     • 執(zhí)行invokeAwareMethods方法(xxxAware，如BeanNameAware)
     • 執(zhí)行BeanPostProcessor前置處理邏輯
     • 執(zhí)行invokeInitMethods進(jìn)行初始化缀旁，如InitializingBeanorg#afterPropertiesSet等
     • 執(zhí)行BeanPostProcessor后置處理邏輯
4. 配置Bean
   • configureBean(Object existingBean, String beanName): 作為initializeBean的超集存在更扁，功能跟createBean(Class<T> beanClass)類似盖腕，但要求beanName對應(yīng)的BeanDefinition存在，否則會拋出NoSuchBeanDefinitionException異常浓镜，使用場景很少
5. 銷毀Bean
   • destroyBean(Object existingBean): 銷毀Bean前溃列，執(zhí)行DestructionAwareBeanPostProcessor與DisposableBean等的銷毀邏輯，用于資源回收
6. 對Bean初始化前后應(yīng)用邏輯處理器
   • applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization: 執(zhí)行BeanPostProcessor前置處理邏輯
   • applyBeanPostProcessorsAfterInitialization: 執(zhí)行BeanPostProcessor后置處理邏輯
   • applyBeanPropertyValues: 真正執(zhí)行Bean屬性值的填充
7. 解析方法膛薛，輔助類方法
   • resolveNamedBean(Class<T> requiredType): 根據(jù)傳入的類型听隐，從Spring容器(包括父子容器)中查找出指定類型下唯一的Bean，并將beanName與beanInstance包裝成NamedBeanHolder對象返回相叁。如果該類型下有不止一個對象(非唯一)遵绰，返回null辽幌。該方法其實是BeanFactory#getBean(java.lang.Class<T>)方法的變種，二者底層實現(xiàn)是一樣的
   • resolveBeanByName(String name, DependencyDescriptor descriptor): 根據(jù)name跟descriptor解析出一個Bean實例椿访，該方法是BeanFactory#getBean(java.lang.String, java.lang.Class<T>)方法的變種
   • resolveDependency(DependencyDescriptor descriptor, @Nullable String requestingBeanName): 直接調(diào)用下邊的方法
   • resolveDependency(DependencyDescriptor descriptor, @Nullable String requestingBeanName,
     @Nullable Set<String> autowiredBeanNames, @Nullable TypeConverter typeConverter): 解析Bean依賴乌企，非常重要的方法

AbstractAutowireCapableBeanFactory是AutowireCapableBeanFactory的一個抽象實現(xiàn)類，該類的源碼如果不往更底層看成玫，其實還是比較簡單(簡潔)的加酵，大家以前學(xué)習(xí)Spring Bean生命周期的時候應(yīng)該見到過，因此也就不貼源碼了哭当，感興趣的同學(xué)可以自行翻看一下

除了Junit猪腕，還有Quartz定時任務(wù)框架，與Spring集成的時候钦勘，也會用上AbstractAutowireCapableBeanFactory陋葡。原因是定時任務(wù)Job一般需要借助Spring 管理的Service來進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯的處理，但Job本身并沒有交給Spring管理彻采，而是通過反射生成實例腐缤，因此想要借用@Resouce等注解，就得讓AbstractAutowireCapableBeanFactory為Job Bean 做自動裝配肛响。具體分析可參看此處

總結(jié)

Spring 提供了一種機(jī)制岭粤，能夠為第三方框架賦能，讓Spring管理的Bean去裝配和填充那些不被Spring托管的Bean特笋，這種機(jī)制叫AutowireCapableBeanFactory剃浇。目前了解到的有兩款著名的開源框架Junit與Quartz借用了這種機(jī)制為自己賦能，達(dá)到更好地與Spring契合協(xié)作的目的猎物，也從他們的整合姿勢中學(xué)習(xí)到虎囚，當(dāng)我們需要設(shè)計一個框架，而且需要擁抱Spring生態(tài)霸奕，為框架使用者提供更便利的無縫整合溜宽，需以微內(nèi)核 + 插件機(jī)制思想，由內(nèi)核層想辦法拿到AutowireCapableBeanFactory质帅，并在構(gòu)造插件的時候，借助AutowireCapableBeanFactory去為插件賦能留攒，做到無限擴(kuò)展的可能性