SpringBoot（六）外部化配置 - @ConfigurationProperties

3、外部化配置的核心
- 3.2 @ConfigurationProperties
4、总结

3、外部化配置的核心

3.2 @ConfigurationProperties

众所周知，当 Spring Boot 集成外部组件后，就可在 properties 或 YAML 配置文件中定义组件需要的属性，如 Redis 组件：

spring.redis.url=redis://user:password@example.com:6379
spring.redis.host=localhost
spring.redis.password=123456
spring.redis.port=6379

其中都是以 spring.redis 为前缀。这其实是 Spring Boot 为每个组件提供了对应的 Properties 配置类，并将配置文件中的属性值給映射到配置类中，而且它们有个特点，都是以 Properties 结尾，如 Redis 对应的配置类是 RedisProperties：

@ConfigurationProperties(prefix = "spring.redis")
public class RedisProperties {
    private String url;

	private String host = "localhost";

	private String password;

	private int port = 6379;
	
	...
}

其中有个名为 @ConfigurationProperties 的注解，它的 prefix 参数就是约定好的前缀。该注解的功能就是将配置文件中的属性和 Properties 配置类中的属性进行映射，来达到自动配置的目的。这个过程分为两步，第一步是注册 Properties 配置类，第二步是绑定配置属性，过程中还涉及到一个注解，它就是 @EnableConfigurationProperties ，该注解是用来触发那两步操作的。我们以 Redis 为例来看它使用方式：

...
@EnableConfigurationProperties(RedisProperties.class)
public class RedisAutoConfiguration {
    ...
}

可以看到它的参数是 RedisProperties 配置类。通过前面的《Spring Boot 自动装配（一）》我们知道，该注解是属于 @Enable 模块注解，所以，该注解中必然有 @Import 导入的实现了 ImportSelector 或 ImportBeanDefinitionRegistrar 接口的类，具体的功能都由导入的类来实现。我们进入该注解：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Import(EnableConfigurationPropertiesImportSelector.class)
public @interface EnableConfigurationProperties {

	/**
	 * Convenient way to quickly register {@link ConfigurationProperties} annotated beans
	 * with Spring. Standard Spring Beans will also be scanned regardless of this value.
	 * @return {@link ConfigurationProperties} annotated beans to register
	 */
	Class<?>[] value() default {};

}

果不其然，通过 @Import 导入了 EnableConfigurationPropertiesImportSelector 类，整个的处理流程都是在该类中进行处理：

class EnableConfigurationPropertiesImportSelector implements ImportSelector {

	private static final String[] IMPORTS = { ConfigurationPropertiesBeanRegistrar.class.getName(),
			ConfigurationPropertiesBindingPostProcessorRegistrar.class.getName() };

	@Override
	public String[] selectImports(AnnotationMetadata metadata) {
		return IMPORTS;
	}

	...
}

该类实现了 ImportSelector 接口，并重写了 selectImports 方法，该方法返回的类会被 Spring 加载。可以看到这里返回了两个类，其中 ConfigurationPropertiesBeanRegistrar 就是用来注册 Properties 配置类的，而 ConfigurationPropertiesBindingPostProcessorRegistrar 则是用来绑定配置属性，且它们都实现了 ImportBeanDefinitionRegistrar 接口，会在重写的 registerBeanDefinitions 方法中进行直接注册 Bean 的操作。以上特性都在《Spring Boot 自动装配（一）》的 3.1 小节介绍过，这里不在叙述。接下来，我们分别介绍这两个类。

3.2.1 注册 Properties 配置类

我们先来看看 ConfigurationPropertiesBeanRegistrar 是如何注册这些配置类的。我们直接进入该类的实现：

public static class ConfigurationPropertiesBeanRegistrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar {

        // 1、第一步会先执行重写的 registerBeanDefinitions 方法，
        // 入参分别是 AnnotationMetadata 和 BeanDefinitionRegistry。
        // AnnotationMetadata 是获取类的元数据的，如注解信息、 classLoader 等，
        // BeanDefinitionRegistry 则是直接注册所需要的 Bean 
		public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
			
			// 2、调用 getTypes 方法，返回 Properties 配置类集合。进入 2.1 详细查看
			// 3、调用 register 方法，把 Properties 配置类注册到 Spring 容器中。进入 3.1 详细查看
			getTypes(metadata).forEach((type) -> register(registry, (ConfigurableListableBeanFactory) registry, type));
		}

        // 2.1 
		private List<Class<?>> getTypes(AnnotationMetadata metadata) {
			
			// 获取指定注解的所有属性值，key是属性名称，Value是值
			MultiValueMap<String, Object> attributes = metadata
					.getAllAnnotationAttributes(EnableConfigurationProperties.class.getName(), false);
			
			// 返回 key 名称为 value 的值，这里返回的就是 Properties 配置类
			return collectClasses((attributes != null) ? attributes.get("value") : Collections.emptyList());
		}

        // 3.1
		private void register(BeanDefinitionRegistry registry, ConfigurableListableBeanFactory beanFactory,
				Class<?> type) {
			// getName 返回的是 Bean 的名称。进入 3.2 详细查看
			String name = getName(type);
			
			// 判断有没有注册过这个 Bean
			if (!containsBeanDefinition(beanFactory, name)) {
			
			    // 没有则注册该 Bean。入参是注册器、Bean 的名称、需注册的 Bean。进入 4 详细查看
				registerBeanDefinition(registry, name, type);
			}
		}

        // 3.2
		private String getName(Class<?> type) {
			
			// 获取 Properties 配置类上标注的 ConfigurationProperties 注解信息
			ConfigurationProperties annotation = AnnotationUtils.findAnnotation(type, ConfigurationProperties.class);
			
			// 获取该注解中 prefix 的属性值
			String prefix = (annotation != null) ? annotation.prefix() : "";
			
			// 最后返回的是名称格式是 属性前缀-配置类全路径名，如：
			// spring.redis-org.springframework.boot.autoconfigure.data.redis.RedisProperties
			return (StringUtils.hasText(prefix) ? prefix + "-" + type.getName() : type.getName());
		}

        // 4、
		private void registerBeanDefinition(BeanDefinitionRegistry registry, String name, Class<?> type) {
			assertHasAnnotation(type);
			GenericBeanDefinition definition = new GenericBeanDefinition();
			definition.setBeanClass(type);
			
			// 通过 registerBeanDefinition 方法，注册 Bean 。
			// 后期会有 Spring 系列的文章详细介绍该过程，到时候大家再一起讨论。
			registry.registerBeanDefinition(name, definition);
		}
	}

执行完后，我们所有的 Properties 配置类就被注册到了 Spring 容器中。接下来，我们来看看配置文件中的数据是如何与 Properties 配置类中的属性进行绑定的。

3.2.2 绑定配置属性

我们直接进入 ConfigurationPropertiesBindingPostProcessorRegistrar 类中进行查看：

public class ConfigurationPropertiesBindingPostProcessorRegistrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar {

	@Override
	public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata importingClassMetadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
		if (!registry.containsBeanDefinition(ConfigurationPropertiesBindingPostProcessor.BEAN_NAME)) {
			registerConfigurationPropertiesBindingPostProcessor(registry);
			registerConfigurationBeanFactoryMetadata(registry);
		}
	}

	...
}

这里也是在重写的 registerBeanDefinitions 方法中注册了两个 Bean，一个是 ConfigurationBeanFactoryMetadata，这个是用来存储元数据的，我们不做过多关注；另一个是 ConfigurationPropertiesBindingPostProcessor ，该类就是用来绑定属性的，我们主要对该类进行讨论：

public class ConfigurationPropertiesBindingPostProcessor
		implements BeanPostProcessor, PriorityOrdered, ApplicationContextAware, InitializingBean {

    ...
}

可以看到，该类实现了几个接口，且都是 Spring 提供的扩展接口。这里我们简要介绍一下：

1、BeanPostProcessor：这是 Bean 的后置处理器。该类有两个方法，一个是 postProcessBeforeInitialization ，Bean 初始化前该方法会被调用；
另一个是 postProcessAfterInitialization ，Bean 初始化后该方法会被调用；需注意的是，Spring 上下文中所有 Bean 的初始化都会触发这两个方法。

2、ApplicationContextAware：这是 Spring 的 Aware 系列接口之一。该类有一个 setApplicationContext 方法，主要是用来获取 ApplicationContext 上下文对象；同理，如果是其它前缀的 Aware，则获取相应前缀名的对象。

3、InitializingBean：这是 Bean 的生命周期相关接口。该类有一个 afterPropertiesSet 方法，当 Bean 的所有属性初始化后，该方法会被调用。

其中， BeanPostProcessor 和 InitializingBean 的功能都是在 Bean 的生命周期中执行额外的操作。

这里我们简单的了解就行，后面会在 Spring 系列的文章中详细讨论。

接着，我们介绍该类中的方法：

public class ConfigurationPropertiesBindingPostProcessor
		implements BeanPostProcessor, PriorityOrdered, ApplicationContextAware, InitializingBean {

    ...

    public static final String VALIDATOR_BEAN_NAME = "configurationPropertiesValidator";

	private ConfigurationBeanFactoryMetadata beanFactoryMetadata;

	private ApplicationContext applicationContext;

	private ConfigurationPropertiesBinder configurationPropertiesBinder;

    // 1、这是重写的 ApplicationContextAware 接口中的方法，用来获取 ApplicationContext 上下文对象
	@Override
	public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
		this.applicationContext = applicationContext;
	}

    // 2、这是重写的 InitializingBean 接口中的方法，当 Bean 的属性初始化后会被调用。
    // 该方法主要对 ConfigurationBeanFactoryMetadata 和 ConfigurationPropertiesBinder 进行实例化
	@Override
	public void afterPropertiesSet() throws Exception {
		this.beanFactoryMetadata = this.applicationContext.getBean(ConfigurationBeanFactoryMetadata.BEAN_NAME,
				ConfigurationBeanFactoryMetadata.class);
		this.configurationPropertiesBinder = new ConfigurationPropertiesBinder(this.applicationContext,
				VALIDATOR_BEAN_NAME);
	}

    // 3、这是重写的 BeanPostProcessor 接口中的方法，在 Bean 初始化前会被调用，绑定属性的操作就是从这里开始。
    // 入参 bean 就是待初始化的 Bean，beanName 就是 Bean 的名称
	@Override
	public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
		ConfigurationProperties annotation = getAnnotation(bean, beanName, ConfigurationProperties.class);
		if (annotation != null) {
			bind(bean, beanName, annotation);
		}
		return bean;
	}

	...
}

我们先来看第二步的 afterPropertiesSet 方法，该方法中实例化了两个类，一个是从 ApplicationContext 中获取的
ConfigurationBeanFactoryMetadata 类，是用来操作元数据的，不做过多关注；另一个是通过带参构造器初始化的 ConfigurationPropertiesBinder 类，参数是 ApplicationContext 对象和 configurationPropertiesValidator 字符串。我们进入该类的构造器中：

class ConfigurationPropertiesBinder {

    private final ApplicationContext applicationContext;

	private final PropertySources propertySources;

	private final Validator configurationPropertiesValidator;

	private final boolean jsr303Present;

	...

	ConfigurationPropertiesBinder(ApplicationContext applicationContext, String validatorBeanName) {
		this.applicationContext = applicationContext;
		this.propertySources = new PropertySourcesDeducer(applicationContext).getPropertySources();
		this.configurationPropertiesValidator = getConfigurationPropertiesValidator(applicationContext,
				validatorBeanName);
		this.jsr303Present = ConfigurationPropertiesJsr303Validator.isJsr303Present(applicationContext);
	}
	...
}

该类中又实例化了四个类，我们重点关注 PropertySources 的实例化过程，具体是通过 PropertySourcesDeducer 类的 getPropertySources 方法，我们进入该类：

class PropertySourcesDeducer {
    
    ...
    private final ApplicationContext applicationContext;

	PropertySourcesDeducer(ApplicationContext applicationContext) {
		this.applicationContext = applicationContext;
	}

    // 1、通过 extractEnvironmentPropertySources 方法，返回 MutablePropertySources 对象，
    // MutablePropertySources 是 PropertySources 的实现类
	public PropertySources getPropertySources() {
		
		...
		
		MutablePropertySources sources = extractEnvironmentPropertySources();
		if (sources != null) {
			return sources;
		}
		throw new IllegalStateException(
				"Unable to obtain PropertySources from " + "PropertySourcesPlaceholderConfigurer or Environment");
	}
	
    // 2、调用 Environment 的 getPropertySources 方法，返回 MutablePropertySources
	private MutablePropertySources extractEnvironmentPropertySources() {
		Environment environment = this.applicationContext.getEnvironment();
		if (environment instanceof ConfigurableEnvironment) {
			return ((ConfigurableEnvironment) environment).getPropertySources();
		}
		return null;
	}
	...
    
}

看到这，大家应该比较熟悉了，Environment 就是我们在《Spring Boot 外部化配置（一）》中 3.1 小节讲过的应用运行时的环境，通过该类可获取所有的外部化配置数据，而 MutablePropertySources 则是底层真正存储外部化配置对象的。

到这里，第二步的 afterPropertiesSet 方法就执行完了，主要是实例化了 ConfigurationPropertiesBinder 对象，而该对象中存储了所有的外部化配置。接着看第三步的 postProcessBeforeInitialization 方法：

public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
	ConfigurationProperties annotation = getAnnotation(bean, beanName, ConfigurationProperties.class);
	if (annotation != null) {
		bind(bean, beanName, annotation);
	}
	return bean;
}

上面说过，所有 Bean 初始化都会调用这个方法，所以先判断当前 Bean 有没有标注 @ConfigurationProperties 注解，有则表示当前 Bean 是 Properties 配置类，并调用 bind 方法对该类进行绑定属性的操作，我们进入该方法：

private void bind(Object bean, String beanName, ConfigurationProperties annotation) {
	
	...
	
	try {
		this.configurationPropertiesBinder.bind(target);
	}
	catch (Exception ex) {
		throw new ConfigurationPropertiesBindException(beanName, bean, annotation, ex);
	}
}

这里调用了在第二步实例化的 ConfigurationPropertiesBinder 对象中的 bind 方法：

class ConfigurationPropertiesBinder {
    
    ...
    
    public void bind(Bindable<?> target) {
		
		...
		
		getBinder().bind(annotation.prefix(), target, bindHandler);
	}
	
	...
	
	private Binder getBinder() {
		if (this.binder == null) {
			this.binder = new Binder(getConfigurationPropertySources(), getPropertySourcesPlaceholdersResolver(),
					getConversionService(), getPropertyEditorInitializer());
		}
		return this.binder;
	}
	
	private Iterable<ConfigurationPropertySource> getConfigurationPropertySources() {
		return ConfigurationPropertySources.from(this.propertySources);
	}
	
	...
}

里面先通过 getBinder() 返回 Binder 对象。在 getBinder 方法中是通过 Binder 带参构造器创建的该对象，我们主要关注 getConfigurationPropertySources 方法返回的第一个参数：

class ConfigurationPropertiesBinder {
    
    ...
    
    private final PropertySources propertySources;
    
    ...
    
    private Iterable<ConfigurationPropertySource> getConfigurationPropertySources() {
		return ConfigurationPropertySources.from(this.propertySources);
	}
	
    ...
}

具体的是通过 ConfigurationPropertySources 中的 from 方法返回，入参 propertySources 是在第二步实例化 ConfigurationPropertiesBinder 对象时初始化好的值，里面存储的是外部化配置的源对象 PropertySource ，我们进入该方法：

public final class ConfigurationPropertySources {
    
    ...

    public static Iterable<ConfigurationPropertySource> from(Iterable<PropertySource<?>> sources) {
		return new SpringConfigurationPropertySources(sources);
	}
	
	...
}

最终返回的就是 SpringConfigurationPropertySources 配置源对象，在《Spring Boot 外部化配置（一）》中讲过，该类主要是做一个适配器的工作，将 MutablePropertySources 转换为 ConfigurationPropertySource。

之后，该对象传入了 Binder 的构造器中，用于创建该对象：

public class Binder {
    
    ...
    
    private final Iterable<ConfigurationPropertySource> sources;
    
    ...
    
    public Binder(Iterable<ConfigurationPropertySource> sources,
			PlaceholdersResolver placeholdersResolver,
			ConversionService conversionService,
			Consumer<PropertyEditorRegistry> propertyEditorInitializer) {
		
		this.sources = sources;
		
		...
	}
	
    ...
}

至此， Binder 对象中就存有一份外部化配置的数据，且后续所有的绑定操作都在该类中进行。因后续中间过程实在太过庞杂，且不易理解，这里我们直接进入最后一步，对详细过程感兴趣的同学请自行研究，这里不再赘述。

进入最后阶段的 bind 方法：

// 这里着重介绍一下 BeanProperty 类，该类存储了 properties 配置类中的字段及字段的set、get方法，存储的是反射中的类。
// 如 RedisProperties 中的 url 字段，则 BeanProperty 对象中存储的是
// url 的 Field 类、setUrl 的 Method 类、getUrl 的 Method 类。
private <T> boolean bind(BeanSupplier<T> beanSupplier,
			BeanPropertyBinder propertyBinder, BeanProperty property) {
	
	// 这里获取的是字段名
	String propertyName = property.getName();
	
	// 这里获取的是字段类型
	ResolvableType type = property.getType();
	Supplier<Object> value = property.getValue(beanSupplier);
	Annotation[] annotations = property.getAnnotations();
	
	// 这里获取到了配置文件中的值，该值来源于 SpringConfigurationPropertySources 对象
	Object bound = propertyBinder.bindProperty(propertyName,
			Bindable.of(type).withSuppliedValue(value).withAnnotations(annotations));
	if (bound == null) {
		return false;
	}
	if (property.isSettable()) {
	    
	    // 最后则是通过 set Method 的 invoke 方法，也就是反射的形式进行赋值。
		property.setValue(beanSupplier, bound);
	}
	else if (value == null || !bound.equals(value.get())) {
		throw new IllegalStateException(
				"No setter found for property: " + property.getName());
	}
	return true;
}

至此，整个绑定配置属性的流程结束。可以看到，最终获取的外部化配置数据来源于前文加载的 Environment 对象。

最后来简单回顾一下 @ConfigurationProperties 注解实现配置文件中属性值和配置类属性映射的过程：

1、首先将 @ConfigurationProperties 标注在 Properties 配置类中，参数是约定好的属性前缀。

2、然后通过 @EnableConfigurationProperties 来触发整个流程，参数是 Properties 配置类。

3、在 @EnableConfigurationProperties 中通过 @import 导入了 EnableConfigurationPropertiesImportSelector 类，该类中又加载了两个类，一个用来注册 Properties 配置类，另一个用来绑定配置属性。

4、最后，是通过反射的方式进行属性绑定，且属性值来源于 Environment 。

3.1.3 ConfigurationPropertiesAutoConfiguration

其实，当我们使用 @ConfigurationProperties 时，无需标注 @EnableConfigurationProperties 注解，因为 Spring Boot 在自动装配的过程中会帮我们加载一个名为 ConfigurationPropertiesAutoConfiguration 的类，该类是在 spring.factories 中定义好的：

# Auto Configure
org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
org.springframework.boot.autoconfigure.context.ConfigurationPropertiesAutoConfiguration

具体的自动装配过程在《Spring Boot 自动装配（二）》这篇文章中讨论过，这里不再赘述。我们来看看 ConfigurationPropertiesAutoConfiguration 实现：

@Configuration
@EnableConfigurationProperties
public class ConfigurationPropertiesAutoConfiguration {

}

很简单，直接通过标注 @EnableConfigurationProperties 注解来开启自动配置的流程。那这样怎么注册 Properties 配置类呢？因为上面说过，Properties 配置类是通过该注解的参数传递进来的。其实，只需在配置类上标注 @Component 注解就行了，之后会被 Spring 扫描到，然后注册。

4、总结

最后，来对 Spring Boot 外部化配置做一个整体的总结：

1、首先，外部化配置是 Spring Boot 的一个特性，主要是通过外部的配置资源实现与代码的相互配合，来避免硬编码，提供应用数据或行为变化的灵活性。

2、然后介绍了几种外部化配置的资源类型，如 properties 和 YAML 配置文件类型，并介绍了获取外部化配置资源的几种方式。

3、其次，介绍了 Environment 类的加载流程，以及所有外部化配置加载到 Environment 中的底层是实现。Environment 是 Spring Boot 外部化配置的核心类，该类存储了所有的外部化配置资源，且其它获取外部化配置资源的方式也都依赖于该类。

4、最后，介绍了 Spring Boot 框架中核心的 @ConfigurationProperties 注解，该注解是将 application 配置文件中的属性值和 Properties 配置类中的属性进行映射，来达到自动配置的目的，并带大家探讨了这一过程的底层实现。

以上就是本章的内容，如过文章中有错误或者需要补充的请及时提出，本人感激不尽。

posted @ 2019-12-21 11:35 龙四丶阅读(5547) 评论(0) 编辑收藏举报

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