Spring 注解编程之 AnnotationMetadata

在上篇文章 Spring 注解编程之模式注解 中我们讲到 Spring 模式注解底层原理，依靠 AnnotationMetadata 接口判断是否存在指定元注解。

这篇文章我们主要深入 AnnotationMetadata ，了解其底层原理。

Spring 版本为 5.1.8-RELEASE

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• AnnotationMetadata 结构
• AnnotationMetadataReadingVisitor
  • AnnotationMetadataReadingVisitor#getMetaAnnotationTypes 源码解析
• StandardAnnotationMetadata

AnnotationMetadata 结构

使用 IDEA 生成 AnnotationMetadata 类图，如下：

__

AnnotationMetadata 存在两个实现类分别为 StandardAnnotationMetadata 与 AnnotationMetadataReadingVisitor 。 StandardAnnotationMetadata 主要使用 Java 反射原理获取元数据，而 AnnotationMetadataReadingVisitor 使用 ASM 框架获取元数据。

Java 反射原理大家一般比较熟悉，而 ASM 技术可能会比较陌生，下面主要篇幅介绍 AnnotationMetadataReadingVisitor 实现原理。

基于 AnnotationMetadata#getMetaAnnotationTypes 方法，查看两者实现区别。

AnnotationMetadataReadingVisitor

ASM 是一个通用的 Java 字节码操作和分析框架。它可以用于修改现有类或直接以二进制形式动态生成类。 ASM 虽然提供与其他 Java 字节码框架如 Javassist ， CGLIB 类似的功能，但是其设计与实现小而快，且性能足够高。

Spring 直接将 ASM 框架核心源码内嵌于 Spring-core 中，目前 Spring 5.1 使用 ASM 7 版本。

ASM 框架简单应用

Java 源代码经过编译器编译之后生成了 .class 文件。

Class文件是有8个字节为基础的字节流构成的，这些字节流之间都严格按照规定的顺序排列，并且字节之间不存在任何空隙，对于超过8个字节的数据，将按 照Big-Endian的顺序存储的，也就是说高位字节存储在低的地址上面，而低位字节存储到高地址上面，其实这也是class文件要跨平台的关键，因为 PowerPC架构的处理采用Big-Endian的存储顺序，而x86系列的处理器则采用Little-Endian的存储顺序，因此为了Class文 件在各中处理器架构下保持统一的存储顺序，虚拟机规范必须对起进行统一。

Class 文件中包含类的所有信息，如接口，字段属性，方法，在内部这些信息按照一定规则紧凑排序。ASM 框会以文件流的形式读取 class 文件，然后解析过程中使用观察者模式（Visitor），当解析器碰到相应的信息委托给观察者（Visitor）。

使用 ASM 框架首先需要继承 ClassVisitor ，完成解析相应信息，如解析方法，字段等。

然后使用 ClassReader 读取类文件，然后再使用 ClassReader#accpet 接受 ClassVisitor 。

输出结果为：

com/spring/learning/customizescanning/asm/Person extends java/lang/Object {

    Lcom/spring/learning/customizescanning/asm/ASMAnnotation; 
    Ljava/lang/String; name  class org.objectweb.asm.Type
    I age  class org.objectweb.asm.Type
    ()V
    add(II)I
    getName()Ljava/lang/String;
    setName(Ljava/lang/String;)V
    getAge()I
    setAge(I)V
}

可以看到 ClassVisitor 相应方法可以用来解析类的相关信息，这里我们主要关注解析类上注解信息。解析注解将会在 ClassVisitor#visitAnnotation 完成解析。 该方法返回了一个 AnnotationVisitor 对象，其也是一个 Visitor 对象。后续解析器会继续调用 AnnotationVisitor 内部方法进行再次解析。

以上实现采用 ASM Core API ,而 ASM 框架还提供 Tree API 用法。具体用法参考： https://asm.ow2.io/

AnnotationMetadataReadingVisitor#getMetaAnnotationTypes 源码解析

AnnotationMetadataReadingVisitor#getMetaAnnotationTypes 方法实现非常简单，直接从 metaAnnotationMap 根据注解类名称获取其上面所有元注解。注解相关信息解析由 AnnotationMetadataReadingVisitor#visitAnnotation 完成。

在 visitAnnotation 方法中， metaAnnotationMap 当做构造参数传入了 AnnotationAttributesReadingVisitor 对象中， metaAnnotationMap 会在这里面完成赋值。

AnnotationAttributesReadingVisitor#visitEnd 将会排除 java.lang.annotation 下的注解，然后通过递归调用 recursivelyCollectMetaAnnotations 获取元注解，不断将元注解置入 metaAnnotationMap 中。

最后使用 UML 时序图中，概括以上调用流程。

Spring 4 之后版本才有递归查找元注解的方法。各位同学可以翻阅 Spring3 的版本作为比较，可以看出 Spring 的代码功能也是逐渐迭代升级的。

StandardAnnotationMetadata

StandardAnnotationMetadata 主要使用 Java 反射原理获取相关信息。在 Spring 中封装很多了反射工具类用于操作。

StandardAnnotationMetadata#getMetaAnnotationTypes 通过使用 Spring 工具类 AnnotatedElementUtils.getMetaAnnotationTypes 方法获取。源码调用比较清晰，各位同学可以自行翻阅理解，可以参考下面时序图理解，这里不再叙述。

总结

本文介绍了 AnnotationMetadata 两种实现方案，一种基于 Java 反射，另一种基于 ASM 框架。

两种实现方案适用于不同场景。 StandardAnnotationMetadata 基于 Java 反射，需要加载类文件。而 AnnotationMetadataReadingVisitor 基于 ASM 框架无需提前加载类，所以适用于 Spring 应用扫描指定范围内模式注解时使用。

扩展阅读

1. 实例分析JAVA CLASS的文件结构
2. asm 官方文档
3. 『Spring Boot 编程思想』-小马哥