javax.inject.Provider

javax.inject.Provider

一、基本信息

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二、接口描述

javax.inject.Provider<T> 是一个在 JSR-330 "Dependency Injection for Java" 规范中定义的接口，它用于延迟地获取注入的依赖项。Spring 框架支持 JSR-330，并因此也支持 javax.inject.Provider 接口。

三、接口源码

Provider<T> 接口的目的主要是为了允许实时、按需的创建和提供对象。

/**
 * 代表一个特定类型T的实例提供者。
 * 它是 JSR-330 "Java的依赖注入" 规范的一部分。
 * 该接口允许实现每次调用 get 方法时产生新的实例（类似于工厂方法），
 * 或者为多次调用返回相同的实例。
 * 
 * 它在以下情况尤为有用：
 * - 懒加载或按需创建对象。
 * - 检索多个原型作用域 bean 的实例。
 * - 在某些情况下解决循环依赖。
 */
public interface Provider<T> {

    /**
     * 提供 T 的一个实例。根据实现情况，
     * 每次调用此方法时都可能创建一个新的实例，
     * 或者为多次调用返回相同的实例。
     *
     * @return T 的一个实例
     * @throws RuntimeException 如果在提供实例时出现错误。
     * 例如，在 T 的注入或构造过程中出现错误。
     * 建议调用者不要捕获这些异常，因为行为可能因不同的注入器实现或配置而异。
     */
    T get();
}

四、主要功能

按需创建和提供实例
- 当我们请求一个对象的实例时，Provider<T> 可以为我们提供一个实例，而不需要直接实例化或查找对象。这为按需创建对象提供了一种机制。
处理原型作用域的 beans
- 在Spring中，如果我们有一个原型作用域的bean，使用 Provider<T> 可以确保每次调用 get() 方法时都获得一个新的bean实例。
解决循环依赖
- 在某些情况下，特别是当涉及到原型作用域的bean时，使用 Provider<T> 可以帮助解决因直接注入而产生的循环依赖问题。
提供更多的灵活性
- 与直接注入bean相比，使用 Provider<T> 可以让我们决定何时以及如何获取bean实例。这可以为那些需要在运行时基于特定条件决定是否创建或获取bean的应用程序提供更大的灵活性。

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。然后从Spring上下文中获取一个MyController类型的bean并调用了showService方法，

public class ProviderApplication {

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

在MyConfiguration类中，使用了@ComponentScan("com.xcs.spring")注解告诉 Spring 在指定的包（在这里是 "com.xcs.spring"）及其子包中搜索带有 @Component、@Service、@Repository 和 @Controller 等注解的类，并将它们自动注册为 beans。这样，spring就不必为每个组件明确写一个 bean 定义。Spring 会自动识别并注册它们。

@Configuration
@ComponentScan("com.xcs.spring")
public class MyConfiguration {

}

MyController，它使用@Autowired注入了一个Provider<MyService>。然后，MyController类的showService方法中使用myServiceProvider来获取MyService的两个实例。

@Controller
public class MyController {

    @Autowired
    private Provider<MyService> myServiceProvider;

    public void showService(){
        System.out.println("myServiceProvider1 = " + myServiceProvider.get());
        System.out.println("myServiceProvider2 = " + myServiceProvider.get());
    }
}

MyService 是一个简单的服务类，但我们没有定义任何方法或功能。

@Service
public class MyService {
    
}

运行结果发现，myServiceProvider1 和 myServiceProvider2 两次获取到的 MyService 实例具有相同的对象引用（@235ecd9f）。这说明 MyService bean 是单例作用域的。

⚠️ 注意！
在 Spring 中，默认的作用域是单例（singleton），这意味着在整个 Spring 容器中，一个特定的 bean 定义只有一个实例。因此，无论我们调用多少次 `myServiceProvider.get()`，它都会返回相同的 `MyService` 实例。如果我们想每次都获得一个新的 `MyService` 实例，我们需要将 `MyService` 定义为原型作用域（prototype）。

myServiceProvider1 = com.xcs.spring.service.MyService@235ecd9f
myServiceProvider2 = com.xcs.spring.service.MyService@235ecd9f

六、时序图

Provider注册

sequenceDiagram
Title: Provider注册时序图

NamedApplication->>AnnotationConfigApplicationContext: AnnotationConfigApplicationContext(componentClasses)
Note right of AnnotationConfigApplicationContext: 创建一个基于注解的应用上下文

AnnotationConfigApplicationContext->>AnnotationConfigApplicationContext: AnnotationConfigApplicationContext()
Note right of AnnotationConfigApplicationContext: AnnotationConfigApplicationContext 构造器

AnnotationConfigApplicationContext->>GenericApplicationContext:GenericApplicationContext()
Note right of GenericApplicationContext: 基于GenericApplicationContext的构造

GenericApplicationContext->>DefaultListableBeanFactory: new DefaultListableBeanFactory()
Note right of DefaultListableBeanFactory: 创建一个默认的可列出的bean工厂

DefaultListableBeanFactory->>DefaultListableBeanFactory: ClassUtils.forName("javax.inject.Provider",classLoader)
Note right of DefaultListableBeanFactory: 执行DefaultListableBeanFactory内的静态代码块

Provider实例化

sequenceDiagram
Title: Provider实例化时序图

AbstractAutowireCapableBeanFactory->>AutowiredAnnotationBeanPostProcessor: postProcessProperties(pvs,bean,beanName)
Note right of AutowiredAnnotationBeanPostProcessor: 处理bean属性的注入

AutowiredAnnotationBeanPostProcessor->>InjectionMetadata: inject(target,beanName,pvs)
Note right of InjectionMetadata: 对目标bean执行依赖注入

InjectionMetadata->>AutowiredFieldElement: inject(bean,beanName,pvs)
Note right of AutowiredFieldElement: 对具体的字段执行依赖注入

AutowiredFieldElement->>AutowiredFieldElement: resolveFieldValue(field,bean,beanName)
Note right of AutowiredFieldElement: 解析字段值以进行注入

AutowiredFieldElement->>DefaultListableBeanFactory: resolveDependency(desc, beanName, autowiredBeanNames, typeConverter)
Note right of DefaultListableBeanFactory: 解析指定的依赖关系

DefaultListableBeanFactory->>Jsr330Factory: new Jsr330Factory()
Note right of Jsr330Factory: 创建一个新的JSR-330工厂

Jsr330Factory->>DefaultListableBeanFactory: 返回Factory
Note right of DefaultListableBeanFactory: 获取JSR-330工厂实例

DefaultListableBeanFactory->>Jsr330Factory: createDependencyProvider(descriptor,beanName)
Note right of Jsr330Factory: 创建依赖提供者

Jsr330Factory->>Jsr330Provider: new Jsr330Provider(descriptor, beanName)
Note right of Jsr330Provider: 创建一个新的JSR-330提供者

Jsr330Provider->>Jsr330Factory: 返回Provider
Note right of Jsr330Factory: 获取JSR-330提供者实例

Jsr330Factory->>DefaultListableBeanFactory: 返回Provider
Note right of DefaultListableBeanFactory: 获取JSR-330提供者

DefaultListableBeanFactory->>AutowiredFieldElement: 返回Provider
Note right of AutowiredFieldElement: 

AutowiredFieldElement->>Field: field.set(bean, Provider)
Note right of Field: 使用Provider设置字段值

Provider泛型提取

sequenceDiagram
Title: Provider泛型提取时序图

MyController->>Jsr330Provider:get()
Note over Jsr330Provider: MyController尝试获取Bean。

Jsr330Provider->>DependencyObjectProvider:getValue()
Note over DependencyObjectProvider: Jsr330Provider委托给DependencyObjectProvider来实际获取值。

DependencyObjectProvider->>DefaultListableBeanFactory:doResolveDependency(descriptor,beanName,autowiredBeanNames,typeConverter)
Note over DefaultListableBeanFactory: DependencyObjectProvider将实际的依赖解析任务交给DefaultListableBeanFactory。

DefaultListableBeanFactory->>DependencyObjectProvider:返回Bean
Note over DependencyObjectProvider: DefaultListableBeanFactory完成解析并返回相关Bean。

DependencyObjectProvider->>Jsr330Provider:返回Bean
Note over Jsr330Provider: DependencyObjectProvider将Bean返回给Jsr330Provider。

Jsr330Provider->>MyController:返回Bean
Note over MyController: Jsr330Provider将Bean返回给MyController。

七、源码分析

Provider注册

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。然后从Spring上下文中获取一个MyController类型的bean并调用了showService方法，

public class ProviderApplication {

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

在org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext#AnnotationConfigApplicationContext构造函数中，执行了三个步骤，我们本次重点关注this()。

public AnnotationConfigApplicationContext(Class<?>... componentClasses) {
    this();
    register(componentClasses);
    refresh();
}

在org.springframework.context.annotation.AnnotationConfigApplicationContext#AnnotationConfigApplicationContext()方法中，初始化了的两个核心组件，一个用于读取注解定义的bean (AnnotatedBeanDefinitionReader)，另一个用于扫描类路径并自动检测bean组件 (ClassPathBeanDefinitionScanner)，也是本次重点分析的内容。

public AnnotationConfigApplicationContext() {
    StartupStep createAnnotatedBeanDefReader = this.getApplicationStartup().start("spring.context.annotated-bean-reader.create");
    this.reader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(this);
    createAnnotatedBeanDefReader.end();
    this.scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(this);
}

在org.springframework.context.support.GenericApplicationContext#GenericApplicationContext()方法中，创建了一个新的DefaultListableBeanFactory实例并赋值给beanFactory属性

public GenericApplicationContext() {
    this.beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
}

在org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory静态代码块中，尝试加载JSR-330（即javax.inject API）中定义的Provider接口。这个接口是Java的依赖注入规范中的一部分。如果该接口可用，它将被赋给javaxInjectProviderClass变量；否则，如果接口不可用（例如，运行环境中没有提供相关的库），javaxInjectProviderClass将被设置为null。

static {
    try {
        javaxInjectProviderClass =
            ClassUtils.forName("javax.inject.Provider", DefaultListableBeanFactory.class.getClassLoader());
    }
    catch (ClassNotFoundException ex) {
        // JSR-330 API not available - Provider interface simply not supported then.
        javaxInjectProviderClass = null;
    }
}

Provider实例化

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@Autowired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@Autowired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;
}

在org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory#resolveDependency方法中，如果依赖类型确实是javax.inject.Provider，则创建一个Jsr330Factory实例并调用其createDependencyProvider方法。这将创建并返回一个满足JSR-330规范的Provider实例。

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

    // ... [代码部分省略以简化]
    if (javaxInjectProviderClass == descriptor.getDependencyType()) {
        return new Jsr330Factory().createDependencyProvider(descriptor, requestingBeanName);
    }
    // ... [代码部分省略以简化]
}

在org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory.Jsr330Factory#createDependencyProvider方法中，创建并返回了一个 Jsr330Provider 的新实例。这个 Jsr330Provider 类是一个适配器或代理，用于实现 JSR-330 的 Provider 接口，从而允许 Spring 框架与其他遵循 JSR-330 规范的依赖注入框架互操作。

public Object createDependencyProvider(DependencyDescriptor descriptor, @Nullable String beanName) {
    return new Jsr330Provider(descriptor, beanName);
}

Provider泛型提取

MyController，它使用@Autowired注入了一个Provider<MyService>。然后，MyController类的showService方法中使用myServiceProvider来获取MyService的两个实例。

@Controller
public class MyController {

    @Autowired
    private Provider<MyService> myServiceProvider;

    public void showService(){
        System.out.println("myServiceProvider1 = " + myServiceProvider.get());
        System.out.println("myServiceProvider2 = " + myServiceProvider.get());
    }
}

在org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory.Jsr330Factory.Jsr330Provider#get方法中，简单地调用了 getValue() 方法来获取并返回一个对象。

@Override
@Nullable
public Object get() throws BeansException {
    return getValue();
}

在org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory.DependencyObjectProvider#getValue方法中，直接解析和返回该依赖。

@Nullable
protected Object getValue() throws BeansException {
    if (this.optional) {
        return createOptionalDependency(this.descriptor, this.beanName);
    }
    else {
        return doResolveDependency(this.descriptor, this.beanName, null, null);
    }
}

八、注意事项

依赖检查
- 与直接注入Bean不同，使用 Provider 注入的Bean在启动时不会进行立即检查。如果我们希望容器启动时进行依赖检查，我们应该避免使用 Provider。
性能
- 每次调用 Provider.get() 时，都可能会触发一个新的Bean的创建（如果该Bean的scope是prototype的话）。所以，频繁地调用 Provider.get() 可能会有性能问题。
原型作用域
- 如果我们使用 Provider 来注入原型作用域的Bean，那么每次调用 Provider.get() 都会返回一个新的实例。需要确保这是我们所期望的行为。
泛型类型
- 当使用 Provider 时，必须为其提供泛型类型以指示所期望注入的Bean的类型。
与其他注解的组合
- 虽然 Provider 可以与其他Spring注解（如 @Qualifier）组合使用，但必须确保这些组合在语义上是有意义的。
错误处理
- Provider.get() 方法可能会抛出 BeansException。在使用它时，我们应该准备处理这些异常。
与JSR-330的兼容性
- 尽管 Spring 提供了对 Provider 的支持，但如果我们正在使用其他支持JSR-330的容器，确保 Provider 的行为在这些容器中是一致的。
循环依赖
- 与直接Bean注入相比，使用 Provider 可能会更容易解决某些循环依赖的问题，但仍然要注意避免引入不必要的复杂性。

九、总结

最佳实践总结

启动类与上下文配置
- 利用 AnnotationConfigApplicationContext 为 Spring 提供了基于 Java 注解的配置方式。在这里，我们使用 MyConfiguration 类作为配置类来初始化 Spring 上下文。
组件扫描
- 通过在 MyConfiguration 配置类上使用 @ComponentScan 注解，我们指示 Spring 自动扫描指定包及其子包中的组件（如 @Component、@Service、@Repository 和 @Controller 注解的类），并将它们注册为 beans，从而减少了明确为每个组件定义 bean 的需要。
服务注入
- 在 MyController 类中，我们使用 @Autowired 注解来自动注入 Provider<MyService> 类型的 bean。通过这种方式，我们可以轻松地从 Provider 中获取 MyService 实例。
服务使用
- 在 MyController 的 showService 方法中，我们两次调用 myServiceProvider.get() 以演示如何从 Provider 获取 MyService 的实例。
单例作用域
- 通过运行结果，我们可以观察到两次获取的 MyService 实例是相同的，这说明 MyService bean 是单例作用域的。在 Spring 中，默认的 bean 作用域是单例，这意味着对于一个特定的 bean 定义，在整个 Spring 容器中只有一个实例。
注意点
- 尽管 Spring 的默认作用域是单例，但在某些场景下，我们可能希望每次请求都返回一个新的 bean 实例。在这种情况下，我们可以考虑将 bean 定义为原型作用域。

源码分析总结

初始化与上下文配置
- 启动时，我们使用AnnotationConfigApplicationContext为Spring创建了基于Java注解的配置环境，并使用MyConfiguration组件类作为构造参数。
- 在其构造函数中，通过this()初始化了两个核心组件：一个用于读取注解定义的bean (AnnotatedBeanDefinitionReader) 和一个用于扫描类路径并自动检测bean组件 (ClassPathBeanDefinitionScanner)。
JSR-330 Provider的加载
- 在DefaultListableBeanFactory的静态代码块中，尝试加载了JSR-330规范的Provider接口。
- 如果Provider接口可用，它就会被赋给一个特定的类变量。
处理@Autowired注解
- 通过AutowiredAnnotationBeanPostProcessor处理bean属性，尤其是通过@Autowired进行的属性注入。
- 在处理过程中，会解析字段的值并进行注入，其中涉及到Provider的使用和处理。
解析Provider的依赖
- 当遇到一个字段或属性的类型为Provider<T>时，Spring会在DefaultListableBeanFactory中特殊处理它。
- 对于JSR-330的Provider类型的依赖，Spring会创建一个特定的Provider实例来满足这个依赖，这是通过Jsr330Factory和其内部类Jsr330Provider实现的。
获取Provider的值
- 在Jsr330Provider中的get方法被调用时，会进一步调用getValue方法。
- getValue方法负责实际的依赖解析，返回所需的bean实例。

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javax.inject.Provider

一、基本信息

二、接口描述

三、接口源码

四、主要功能

五、最佳实践

六、时序图

Provider注册

Provider实例化

Provider泛型提取

七、源码分析

Provider注册

Provider实例化

Provider泛型提取

八、注意事项

九、总结

最佳实践总结

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