spring 中的字节码文件访问 -- classreading 包

位于 spring-core 模块下的 org.springframework.core.type.classreading 包提供了读取类中元数据的功能。其实就是在不加载类的情况下，获取 class 文件中定义的类的相关信息：类名、接口、注解、方法及其注解、字段及其注解等。方便 spring 进行类型或指定注解的判断，对符合条件的类才进行加载并进行实例化对象的创建。

下面我们先来看看这个 classreading 包下都有哪些类。

主要类介绍

为方便使用，自 spring 5.2 版本后，废弃了 classreading 包下不少操作类。今天要介绍的这些类都是 classreading 包下正在使用的类，不包含废弃的类。

MetadataReaderFactory

这是一个接口，也是 spring 中获取 MetadataReader 操作的入口，主要功能就是创建、获取 MetadataReader 实例对象。

MetadataReader getMetadataReader(String className) throws IOException;MetadataReader getMetadataReader(Resource resource) throws IOException;

实现类有两个：

SimpleMetadataReaderFactory，MetadataReaderFactory 接口的主要实现类，MetadataReader 的创建就在此完成。
CachingMetadataReaderFactory，继承 SimpleMetadataReaderFactory，扩展了缓存创建的 MetadataReader 的功能。

@Override
public MetadataReader getMetadataReader(Resource resource) throws IOException {return new SimpleMetadataReader(resource, this.resourceLoader.getClassLoader());
}

这是创建 MetadataReader 的入口。当传参为 String 类型的 className 时，通过创建 SimpleMetadataReaderFactory 时传入的 resourceLoader，调用 getResource 方法得到 Resource 后，再调用上面的 getMetadataReader 方法创建 SimpleMetadataReader 实例对象。

MetadataReader

这是一个接口，提供了对获取 class 文件元数据信息的简单封装。

Resource getResource();ClassMetadata getClassMetadata();AnnotationMetadata getAnnotationMetadata();

目前实现类只有一个，SimpleMetadataReader，基于 ASM 中的 ClassReader 来实现 class 文件的读取功能，传入的 ClassVisit 为 SimpleAnnotationMetadataReadingVisitor。并且在 SimpleMetadataReader 中实现了对 getClassMetatdata 和 getAnnotationMetadata 的统一，返回的都是 SimpleAnnotationMetadataReadingVisitor 中生成的 SimpleAnnotationMetadata。

SimpleMetadataReader(Resource resource, @Nullable ClassLoader classLoader) throws IOException {// 引入 ClassVisitSimpleAnnotationMetadataReadingVisitor visitor = new SimpleAnnotationMetadataReadingVisitor(classLoader);// 利用 ClassReader 接收 ClassVisit 访问这个类getClassReader(resource).accept(visitor, PARSING_OPTIONS);this.resource = resource;this.annotationMetadata = visitor.getMetadata();
}

class 文件访问

可以看到，是通过 SimpleAnnotationMetadataReadingVisitor 来对 class 文件进行访问的，SimpleAnnotationMetadataReadingVisitor 继承 ASM 中的 ClassVisit，通过重写 ClassVisit 中的相关方法，实现对 class 文件中类的元数据获取。主要关注以下几个重写的方法：

visit: 访问 className，access，superClassName，interfaceNames
visitAnnotation: 注解的访问，委托给 MergedAnnotationReadingVisitor 来处理
visitMethod: 方法的访问，委托给 SimpleMethodMetadataReadingVisitor 来处理
visitEnd: 封装 SimpleAnnotationMetadata，赋值给 metadata 属性

其中，不管是类上面的注解，还是方法中的注解，最终都是通过 MergedAnnotationReadingVisitor 来访问的；不管是接口还是类，一个方法对应一个 SimpleMethodMetadataReadingVisit 实例对象。

下面我们来看下具体的访问过程：

在 ClassReader 中定义了读取 class 文件中类相关信息的操作流程和方法，之后通过 ClassVisit 进行访问。ClassVisit 是一个抽象类，也就是说，具体的访问操作，由用户自行指定。而 ClassReader 是固定的，按照虚拟机规范中 class 的文件结构，对 class 文件中的各个部分进行读取。

visit

@Override
public void visit(int version, int access, String name, String signature,@Nullable String supername, String[] interfaces) {this.className = toClassName(name);this.access = access;if (supername != null && !isInterface(access)) {this.superClassName = toClassName(supername);}this.interfaceNames = new String[interfaces.length];for (int i = 0; i < interfaces.length; i++) {this.interfaceNames[i] = toClassName(interfaces[i]);}
}

此方法的主要作用，就是将 ClassReader 读取的类相关信息，赋值给 SimpleAnnotationMetadataReadingVisitor 中的相关变量。

visitAnnotation

如果 class 文件定义的类上有注解，会调用此方法：

@Override
@Nullable
public AnnotationVisitor visitAnnotation(String descriptor, boolean visible) {return MergedAnnotationReadingVisitor.get(this.classLoader, getSource(),descriptor, visible, this.annotations::add);
}

可以看到，注解的访问委托给了 MergedAnnotationReadingVisitor 去操作。

@Nullable
static <A extends Annotation> AnnotationVisitor get(@Nullable ClassLoader classLoader,@Nullable Object source, String descriptor, boolean visible,Consumer<MergedAnnotation<A>> consumer) {// 不可见的，直接返回 nullif (!visible) {return null;}// 举例：org.springframework.stereotype.ComponentString typeName = Type.getType(descriptor).getClassName();if (AnnotationFilter.PLAIN.matches(typeName)) {return null;}try {// 用指定的 classLoader 加载 typeName 表示的注解类型Class<A> annotationType = (Class<A>) ClassUtils.forName(typeName, classLoader);return new MergedAnnotationReadingVisitor<>(classLoader, source, annotationType, consumer);}catch (ClassNotFoundException | LinkageError ex) {return null;}
}

此时还未开始访问注解，只是创建了 AnnotationVisit，供 ClassReader 使用。在 ClassReader#readElementValues 方法中，才去执行注解的访问。之后执行 annotationVisitor.visitEnd() 进入 MergedAnnotationReadingVisitor#visitEnd 中执行。

@Override
public void visitEnd() {MergedAnnotation<A> annotation = MergedAnnotation.of(this.classLoader, this.source, this.annotationType, this.attributes);this.consumer.accept(annotation);
}

创建一个 TypeMappedAnnotation 实例对象，调用 consumer 方法，此时的 consumer 就是创建 MergedAnnotationReadingVisitor 时传入的 lambda 表达式，其实就是将得到的 TypeMappedAnnotation 实例对象加入 annotations 集合，这个 annotations 集合是 SimpleAnnotationMetadataReadingVisitor 中的字段。

需要注意的一点，SimpleAnnotationMetadataReadingVisitor 并未重写 visitField 方法，也就是在此处不需要处理 Field 上的相关注解。

visitMethod

@Override
@Nullable
public MethodVisitor visitMethod(int access, String name, String descriptor, String signature, String[] exceptions) {// Skip bridge methods - we're only interested in original// annotation-defining user methods. On JDK 8, we'd otherwise run into// double detection of the same annotated method...if (isBridge(access)) {return null;}return new SimpleMethodMetadataReadingVisitor(this.classLoader, this.className,access, name, descriptor, this.annotatedMethods::add);
}

针对方法的访问，委托给 SimpleMethodMetadataReadingVisitor 来处理，一个方法对应一个 SimpleMethodMetadataReadingVisitor 实例对象。顺便说下，针对类中的 "<init>" 和 "<cinit>" 两个特殊方法，也会创建 SimpleMethodMetadataReadingVisitor 实例对象来访问。

方法上如果存在注解，调用 SimpleMethodMetadataReadingVisitor#visitAnnotation。

@Override
@Nullable
public AnnotationVisitor visitAnnotation(String descriptor, boolean visible) {return MergedAnnotationReadingVisitor.get(this.classLoader, getSource(),descriptor, visible, this.annotations::add);
}

可以看到，对注解的访问，不管是方法注解，还是类注解，都是通过 MergedAnnotationReadingVisitor 作为 AnnotationVisit 来操作的。

待类中所有方法都访问结束后，调用 SimpleMethodMetadataReadingVisitor#visitEnd。

@Override
public void visitEnd() {if (!this.annotations.isEmpty()) {String returnTypeName = Type.getReturnType(this.descriptor).getClassName();MergedAnnotations annotations = MergedAnnotations.of(this.annotations);SimpleMethodMetadata metadata = new SimpleMethodMetadata(this.methodName, this.access,this.declaringClassName, returnTypeName, getSource(), annotations);this.consumer.accept(metadata);}
}

主要是针对方法上注解的操作，封装 SimpleMethodMetadata，填充 SimpleAnnotationMetadataReadingVisitor 中 annotatedMethods 字段。

visitEnd

待 ClassReader#accept 方法执行到最后，会调用 ClassVisit#visitEnd 方法，此处调用 SimpleAnnotationMetadataReadingVisitor#visitEnd。

@Override
public void visitEnd() {// 存在内部类的情况String[] memberClassNames = StringUtils.toStringArray(this.memberClassNames);// 方法上注解MethodMetadata[] annotatedMethods = this.annotatedMethods.toArray(new MethodMetadata[0]);// 类上注解MergedAnnotations annotations = MergedAnnotations.of(this.annotations);// 将访问到的关于类的信息，封装到 SimpleAnnotationMetadata 中this.metadata = new SimpleAnnotationMetadata(this.className, this.access,this.enclosingClassName, this.superClassName, this.independentInnerClass,this.interfaceNames, memberClassNames, annotatedMethods, annotations);
}

将访问到的关于类的信息，最后都封装到了 SimpleAnnotationMetadata 类中，赋值给 SimpleAnnotationMetadataReadingVisitor 中 metadata 字段。

这样就完成了对类的访问。接着回到 SimpleMetadataReader 构造方法中，将 SimpleAnnotationMetadataReadingVisitor 中 metadata 字段返回，并赋值给 SimpleMetadataReader 中 annotationMetadata 字段。

创建完 SimpleMetadataReader 之后，如果使用的工厂是 CachingMetadataReaderFactory，会将这个 MetadataReader 实例对象缓存到 metadataReaderCache，key 为 Resource 实例对象。