前言

• 在传统的Spring应用程序中，我们需要手动配置各种组件、依赖和属性，以满足应用程序的需求。这通常涉及编写大量的XML配置文件或Java配置类，并进行复杂的依赖注入和组件装配。这种手动配置过程可能非常繁琐且容易出错。
• 而Spring Boot的自动配置机制通过约定大于配置的原则，基于应用程序的依赖和配置信息，自动推断和配置应用程序所需的各种组件。它通过提供默认的配置和装配规则，减少了我们的工作量，使得我们可以更专注于业务逻辑的开发。

接下来就讲解一下自动配置的原理实现

@SpringBootApplication 注解

@SpringBootApplication 注解位于 spring-boot-autoconfigure 工程的 org.springframework.boot.autoconfigure 包中，定义如下：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan(excludeFilters = {@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),         @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {
    @AliasFor(annotation = EnableAutoConfiguration.class)
    Class<?>[] exclude() default {};
 
    @AliasFor(annotation = EnableAutoConfiguration.class)
    String[] excludeName() default {};
 
    @AliasFor(annotation = ComponentScan.class, attribute = "basePackages")
    String[] scanBasePackages() default {};
 
    @AliasFor(annotation = ComponentScan.class, attribute = "basePackageClasses")
    Class<?>[] scanBasePackageClasses() default {};
}

相较一般的注解，@SpringBootApplication 注解显得有点复杂。我们可以通过 exclude 和 excludeName 属性来配置不需要实现自动装配的类或类名，也可以通过 scanBasePackages 和 scanBasePackageClasses 属性来配置需要进行扫描的包路径和类路径。

注意到 @SpringBootApplication 注解实际上是一个组合注解，它由三个注解组合而成，分别是 @SpringBootConfiguration、@EnableAutoConfiguration 和 @ComponentScan。

• @ComponentScan 注解

@ComponentScan 注解不是 Spring Boot 引入的新注解，而是属于 Spring 容器管理的内容。@ComponentScan 注解就是扫描基于 @Component 等注解所标注的类所在包下的所有需要注入的类，并把相关 Bean 定义批量加载到容器中。显然，Spring Boot 应用程序中同样需要这个功能。

• @SpringBootConfiguration 注解

@SpringBootConfiguration 注解比较简单，事实上它是一个空注解，只是使用了 Spring 中的 @Configuration 注解。@Configuration 注解比较常见，提供了 JavaConfig 配置类实现。

• @EnableAutoConfiguration 注解

@EnableAutoConfiguration 注解是我们需要重点剖析的对象，下面进行重点展开。该注解的定义如下代码所示：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {
 
    String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";
 
    Class<?>[] exclude() default {};
 
    String[] excludeName() default {};
}

这里我们关注两个新注解，@AutoConfigurationPackage 和 @Import(AutoConfigurationImportSelector.class)。

@AutoConfigurationPackage 注解

@AutoConfigurationPackage 注解定义如下：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class)
public @interface AutoConfigurationPackage {
}

从命名上讲，在这个注解中我们对该注解所在包下的类进行自动配置，而在实现方式上用到了 Spring 中的 @Import 注解。在使用 Spring Boot 时，@Import 也是一个非常常见的注解，可以用来动态创建 Bean。为了便于理解后续内容，这里有必要对 @Import 注解的运行机制做一些展开，该注解定义如下：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface Import {
    Class<?>[] value();
}

在 @Import 注解的属性中可以设置需要引入的类名，例如 @AutoConfigurationPackage 注解上的 @Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class)。根据该类的不同类型，Spring 容器针对 @Import 注解有以下四种处理方式：

• 如果该类实现了 ImportSelector 接口，Spring 容器就会实例化该类，并且调用其 selectImports 方法；
• 如果该类实现了 DeferredImportSelector 接口，则 Spring 容器也会实例化该类并调用其 selectImports方法。DeferredImportSelector 继承了 ImportSelector，区别在于 DeferredImportSelector 实例的 selectImports 方法调用时机晚于 ImportSelector 的实例，要等到 @Configuration 注解中相关的业务全部都处理完了才会调用；
• 如果该类实现了 ImportBeanDefinitionRegistrar 接口，Spring 容器就会实例化该类，并且调用其 registerBeanDefinitions 方法；
• 如果该类没有实现上述三种接口中的任何一个，Spring 容器就会直接实例化该类。

有了对 @Import 注解的基本理解，我们再来看 AutoConfigurationPackages.Registrar 类，定义如下：

static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {

        @Override
        public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata,                 BeanDefinitionRegistry registry) {
            register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());
        }
 
        @Override
        public Set<Object> determineImports(AnnotationMetadata metadata) {
            return Collections.singleton(new PackageImport(metadata));
        }
}

可以看到这个 Registrar 类实现了前面第三种情况中提到的 ImportBeanDefinitionRegistrar 接口并重写了 registerBeanDefinitions 方法，该方法中调用 AutoConfigurationPackages 自身的 register 方法：

public static void register(BeanDefinitionRegistry registry, String... packageNames) {
        if (registry.containsBeanDefinition(BEAN)) {
            BeanDefinition beanDefinition = registry.getBeanDefinition(BEAN);
            ConstructorArgumentValues constructorArguments = beanDefinition
                    .getConstructorArgumentValues();
            constructorArguments.addIndexedArgumentValue(0,
                    addBasePackages(constructorArguments, packageNames));
        }
        else {
            GenericBeanDefinition beanDefinition = new GenericBeanDefinition();
            beanDefinition.setBeanClass(BasePackages.class);
            beanDefinition.getConstructorArgumentValues().addIndexedArgumentValue(0,
                    packageNames);
            beanDefinition.setRole(BeanDefinition.ROLE_INFRASTRUCTURE);
            registry.registerBeanDefinition(BEAN, beanDefinition);
        }
}

这个方法的逻辑是先判断整个 Bean 有没有被注册，如果已经注册则获取 Bean 的定义，通过 Bean 获取构造函数的参数并添加参数值；如果没有，则创建一个新的 Bean 的定义，设置 Bean 的类型为 AutoConfigurationPackages 类型并进行 Bean 的注册。

AutoConfigurationImportSelector

然后我们再来看 @EnableAutoConfiguration 注解中的 @Import(AutoConfigurationImportSelector.class) 部分，首先我们明确 AutoConfigurationImportSelector 类实现了 @Import 注解第二种情况中的 DeferredImportSelector 接口，所以会执行如下所示的 selectImports 方法：

@Override
public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
        if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
            return NO_IMPORTS;
        }
        AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader
                .loadMetadata(this.beanClassLoader);
        AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);
 
        //获取 configurations 集合
        List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata,
                attributes);
        configurations = removeDuplicates(configurations);
        Set<String> exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);
        checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
        configurations.removeAll(exclusions);
        configurations = filter(configurations, autoConfigurationMetadata);
        fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
        return StringUtils.toStringArray(configurations);
}

这段代码的核心是通过 getCandidateConfigurations 方法获取 configurations 集合并进行过滤。getCandidateConfigurations 方法如下所示：

protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata,             AnnotationAttributes attributes) {
        List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(
                getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(), getBeanClassLoader());
        Assert.notEmpty(configurations,
                "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories. If you "
                        + "are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
        return configurations;
}

这段代码中可以先关注 Assert 校验，该校验是一个非空校验，会提示 “在 META-INF/spring.factories 中没有找到自动配置类” 这个异常信息。看到这里，不得不提到 JDK 中的 SPI 机制，因为无论从 SpringFactoriesLoader 这个类的命名上，还是 META-INF/spring.factories 这个文件目录，两者之间都存在很大的相通性。关于 JDK 中的 SPI 机制，我们在 05 讲的后续内容中马上就会介绍到。

从类名上看，AutoConfigurationImportSelector 类是一种选择器，负责从各种配置项中找到需要导入的具体配置类。该类的结构如下图所示：

显然，AutoConfigurationImportSelector 所依赖的最关键组件就是 SpringFactoriesLoader，下面我们对其进行具体展开。

SPI 机制和 SpringFactoriesLoader

要想理解 SpringFactoriesLoader 类，我们首先需要了解 JDK 中 SPI（Service Provider Interface，服务提供者接口）机制。

JDK 中的 SPI 机制

JDK 提供了用于服务查找的一个工具类 java.util.ServiceLoader 来实现 SPI 机制。当服务提供者提供了服务接口的一种实现之后，我们可以在 jar 包的 META-INF/services/ 目录下创建一个以服务接口命名的文件，该文件里配置着一组 Key-Value，用于指定服务接口与实现该服务接口具体实现类的映射关系。而当外部程序装配这个 jar 包时，就能通过该 jar 包 META-INF/services/ 目录中的配置文件找到具体的实现类名，并装载实例化，从而完成模块的注入。SPI 提供了一种约定，基于该约定就能很好地找到服务接口的实现类，而不需要在代码里硬编码指定。JDK 中 SPI 机制开发流程如下图所示：

SpringFactoriesLoader

SpringFactoriesLoader 类似这种 SPI 机制，只不过以服务接口命名的文件是放在 META-INF/spring.factories 文件夹下，对应的 Key 为 EnableAutoConfiguration。SpringFactoriesLoader 会查找所有 META-INF/spring.factories 文件夹中的配置文件，并把 Key 为 EnableAutoConfiguration 所对应的配置项通过反射实例化为配置类并加载到容器中。这一点我们可以在 SpringFactoriesLoader 的 loadSpringFactories 方法中进行印证：

private static Map<String, List<String>> loadSpringFactories(@Nullable ClassLoader classLoader) {
        MultiValueMap<String, String> result = cache.get(classLoader);
        if (result != null) {
            return result;
        }
 
        try {
            Enumeration<URL> urls = (classLoader != null ?
                    classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION) :
                    ClassLoader.getSystemResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION));
            result = new LinkedMultiValueMap<>();
            while (urls.hasMoreElements()) {
                URL url = urls.nextElement();
                UrlResource resource = new UrlResource(url);
                Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(resource);
                for (Map.Entry<?, ?> entry : properties.entrySet()) {
                    String factoryClassName = ((String) entry.getKey()).trim();
                    for (String factoryName : StringUtils.commaDelimitedListToStringArray((String) entry.getValue())) {
                        result.add(factoryClassName, factoryName.trim());
                    }
                }
            }
            cache.put(classLoader, result);
            return result;
        }
        catch (IOException ex) {
            throw new IllegalArgumentException("Unable to load factories from location [" +
                    FACTORIES_RESOURCE_LOCATION + "]", ex);
        }
}

以下就是 spring-boot-autoconfigure 工程中所使用的 spring.factories 配置文件片段，可以看到 EnableAutoConfiguration 项中包含了各式各样的配置项，这些配置项在 Spring Boot 启动过程中都能够通过 SpringFactoriesLoader 加载到运行时环境，从而实现自动化配置：

# Auto Configure
org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
org.springframework.boot.autoconfigure.admin.SpringApplicationAdminJmxAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.aop.AopAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.amqp.RabbitAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.MessageSourceAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.PropertyPlaceholderAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.batch.BatchAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.cache.CacheAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.cassandra.CassandraAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.cloud.CloudAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.context.ConfigurationPropertiesAutoConfiguration,\
…

以上就是 Spring Boot 中基于 @SpringBootApplication 注解实现自动配置的基本过程和原理。当然，@SpringBootApplication 注解也可以基于外部配置文件加载配置信息。基于约定优于配置思想，Spring Boot 在加载外部配置文件的过程中大量使用了默认配置。

@ConditionalOn 系列条件注解

Spring Boot 默认提供了 100 多个 AutoConfiguration 类，显然我们不可能会全部引入。所以在自动装配时，系统会去类路径下寻找是否有对应的配置类。如果有对应的配置类，则按条件进行判断，决定是否需要装配。这里就引出了在阅读 Spring Boot 代码时经常会碰到的另一批注解，即 @ConditionalOn 系列条件注解。

@ConditionalOn 系列条件注解的示例

我们先通过一个简单的示例来了解 @ConditionalOn 系列条件注解的使用方式，例如以下代码就是这类注解的一种典型应用，该代码位于 Spring Cloud Config 的客户端代码工程 spring-cloud-config-client 中：

@Bean    @ConditionalOnMissingBean(ConfigServicePropertySourceLocator.class)
@ConditionalOnProperty(value = "spring.cloud.config.enabled", matchIfMissing = true)
    public ConfigServicePropertySourceLocator configServicePropertySource(ConfigClientProperties properties) {
        ConfigServicePropertySourceLocator locator = new ConfigServicePropertySourceLocator(
                properties);
        return locator;
}

可以看到，这里运用了两个 @ConditionalOn 注解，一个是 @ConditionalOnMissingBean，一个是 @ConditionalOnProperty。再比如在 Spring Cloud Config 的服务器端代码工程 spring-cloud-config-server 中，存在如下 ConfigServerAutoConfiguration 自动配置类：

@Configuration
@ConditionalOnBean(ConfigServerConfiguration.Marker.class)
@EnableConfigurationProperties(ConfigServerProperties.class)
@Import({ EnvironmentRepositoryConfiguration.class, CompositeConfiguration.class, ResourceRepositoryConfiguration.class,         ConfigServerEncryptionConfiguration.class, ConfigServerMvcConfiguration.class })
public class ConfigServerAutoConfiguration {
}

这里我们运用了 @ConditionalOnBean 注解。实际上，Spring Boot 中提供了一系列的条件注解，常见的包括：

• @ConditionalOnProperty：只有当所提供的属性属于 true 时才会实例化 Bean
• @ConditionalOnBean：只有在当前上下文中存在某个对象时才会实例化 Bean
• @ConditionalOnClass：只有当某个 Class 位于类路径上时才会实例化 Bean
• @ConditionalOnExpression：只有当表达式为 true 的时候才会实例化 Bean
• @ConditionalOnMissingBean：只有在当前上下文中不存在某个对象时才会实例化 Bean
• @ConditionalOnMissingClass：只有当某个 Class 在类路径上不存在的时候才会实例化 Bean
• @ConditionalOnNotWebApplication：只有当不是 Web 应用时才会实例化 Bean

当然 Spring Boot 还提供了一些不大常用的 @ConditionalOnXXX 注解，这些注解都定义在 org.springframework.boot.autoconfigure.condition 包中。

显然上述 ConfigServicePropertySourceLocator 类中只有在 “spring.cloud.config.enabled” 属性为 true（通过 matchIfMissing 配置项表示默认即为 true）以及类路径上不存在 ConfigServicePropertySourceLocator 时才会进行实例化。而 ConfigServerAutoConfiguration 只有在类路径上存在 ConfigServerConfiguration.Marker 类时才会进行实例化，这是一种常用的自动配置控制技巧。

@ConditionalOn 系列条件注解的实现原理

@ConditionalOn 系列条件注解非常多，我们无意对所有这些组件进行展开。事实上这些注解的实现原理也大致相同，我们只需要深入了解其中一个就能做到触类旁通。这里我们挑选 @ConditionalOnClass 注解进行展开，该注解定义如下：

@Target({ ElementType.TYPE, ElementType.METHOD })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Conditional(OnClassCondition.class)
public @interface ConditionalOnClass {
  Class<?>[] value() default {};
  String[] name() default {};
}

可以看到， @ConditionalOnClass 注解本身带有两个属性，一个 Class 类型的 value，一个 String 类型的 name，所以我们可以采用这两种方式中的任意一种来使用该注解。同时 ConditionalOnClass 注解本身还带了一个 @Conditional(OnClassCondition.class) 注解。所以， ConditionalOnClass 注解的判断条件其实就包含在 OnClassCondition 这个类中。

OnClassCondition 是 SpringBootCondition 的子类，而 SpringBootCondition 又实现了Condition 接口。Condition 接口只有一个 matches 方法，如下所示：

public interface Condition {
boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata);
}

SpringBootCondition 中的 matches 方法实现如下：

@Override
public final boolean matches(ConditionContext context,             AnnotatedTypeMetadata metadata) {
        String classOrMethodName = getClassOrMethodName(metadata);
        try {
            ConditionOutcome outcome = getMatchOutcome(context, metadata);
            logOutcome(classOrMethodName, outcome);
            recordEvaluation(context, classOrMethodName, outcome);
            return outcome.isMatch();
        }
        //省略其他方法
}

这里的 getClassOrMethodName 方法获取被添加了@ConditionalOnClass 注解的类或者方法的名称，而 getMatchOutcome 方法用于获取匹配的输出。我们看到 getMatchOutcome 方法实际上是一个抽象方法，需要交由 SpringBootCondition 的各个子类完成实现，这里的子类就是 OnClassCondition 类。在理解 OnClassCondition 时，我们需要明白在 Spring Boot 中，@ConditionalOnClass 或者 @ConditionalOnMissingClass 注解对应的条件类都是 OnClassCondition，所以在 OnClassCondition 的 getMatchOutcome 中会同时处理两种情况。这里我们挑选处理 @ConditionalOnClass 注解的代码，核心逻辑如下所示：

ClassLoader classLoader = context.getClassLoader();
ConditionMessage matchMessage = ConditionMessage.empty();
List<String> onClasses = getCandidates(metadata, ConditionalOnClass.class);
if (onClasses != null) {
            List<String> missing = getMatches(onClasses, MatchType.MISSING, classLoader);
            if (!missing.isEmpty()) {
                return ConditionOutcome
                        .noMatch(ConditionMessage.forCondition(ConditionalOnClass.class)
                                .didNotFind("required class", "required classes")
                                .items(Style.QUOTE, missing));
            }
            matchMessage = matchMessage.andCondition(ConditionalOnClass.class)
                    .found("required class", "required classes").items(Style.QUOTE, getMatches(onClasses, MatchType.PRESENT, classLoader));
}

这里有两个方法值得注意，一个是 getCandidates 方法，一个是 getMatches 方法。首先通过 getCandidates 方法获取了 ConditionalOnClass 的 name 属性和 value 属性。然后通过 getMatches 方法将这些属性值进行比对，得到这些属性所指定的但在类加载器中不存在的类。如果发现类加载器中应该存在但事实上又不存在的类，则返回一个匹配失败的 Condition；反之，如果类加载器中存在对应类的话，则把匹配信息进行记录并返回一个 ConditionOutcome。

从源码解析到日常开发

自动配置是理解 Spring Boot 应用程序构建和运行的关键要素。当我们尝试去理解一个基于 Spring Boot 开发的工具或框架时，本文能帮助你快速切入该工具或框架的实现原理。同时，在日常开发过程中，诸如 SPI 机制和 @ConditionalOn 系列条件注解也都可以直接应用到我们自身的系统设计和开发中，从而提供高扩展性的架构实现方案。