Springboot啟動原理解析

我們開發(fā)任何一個Spring Boot項目，都會用到如下的啟動類

@SpringBootApplicationpublic class Application {    public static void main(String[] args) {        SpringApplication.run(Application.class, args);    }}

從上面的代碼可以修剪，Annotation定義（@SpringBootApplication）和類定義（SpringApplication.run）最耀眼，所以要揭開SpringBoot的神秘面紗，我們要從這兩個開始就可以了。

一，SpringBootApplication背后的秘密

@SpringBootApplication注解是Spring Boot的核心注解，它實際上是一個組合注解：

@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 {...}

雖然定義使用了多個Annotation進行了原信息標(biāo)注，但實際上重要的只有三個Annotation：

• @Configuration（@SpringBootConfiguration點開查看發(fā)現(xiàn)里面還是應(yīng)用了@Configuration）

• @EnableAutoConfiguration

• @ComponentScan

即??@SpringBootApplication?=（量化屬性）@Configuration?+??@EnableAutoConfiguration?+??@ComponentScan。

所以，如果我們使用如下的SpringBoot啟動類，整個SpringBoot應(yīng)用依然可以與之前的啟動類功能對等：

@Configuration@EnableAutoConfiguration@ComponentScanpublic class Application {    public static void main(String[] args) {        SpringApplication.run(Application.class, args);    }}

每次寫這3個比較累，所以寫一個@SpringBootApplication方便點。接下來分別介紹這3個Annotation。

1，@配置

這里的@Configuration對我們來說不陌生，它就是JavaConfig形式的Spring Ioc容器的配置類使用的那個@Configuration，SpringBoot社區(qū)推薦使用基于JavaConfig的配置形式，所以，這里的啟動類標(biāo)注了@Configuration之后，而實際上也是一個IoC容器的配置類。

舉幾個簡單例子回顧下，XML跟configconfig方式的區(qū)別：

（1）表達形式維度

基于XML配置的方式是這樣：

<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-3.0.xsd"       default-lazy-init="true">    beans>

而基于JavaConfig的配置方式是這樣：

@Configurationpublic class MockConfiguration{    //bean定義}

任何一個標(biāo)注了@Configuration的Java類定義都是一個JavaConfig配置類。

（2）注冊bean定義憲法

基于XML的配置形式是這樣：

"mockService" class="..MockServiceImpl">    ...</bean>

而基于JavaConfig的配置形式是這樣的：

@Configurationpublic class MockConfiguration{    @Bean    public MockService mockService(){        return new MockServiceImpl();    }}

任何一個標(biāo)注了@Bean的方法，其返回值將作為一個bean定義注冊到Spring的IoC容器，方法名將變?yōu)槌稍撛揵ean定義的id。

（3）表達依賴注入關(guān)系尺度

為了表達bean與bean之間的依賴關(guān)系，在XML形式中一般是這樣：

"mockService" class="..MockServiceImpl">   <propery name ="dependencyService" ref="dependencyService" />bean>"dependencyService" class="DependencyServiceImpl">bean>

而基于JavaConfig的配置形式是這樣的：

@Configurationpublic class MockConfiguration{    @Bean    public MockService mockService(){        return new MockServiceImpl(dependencyService());    }
    @Bean    public DependencyService dependencyService(){        return new DependencyServiceImpl();    }}

如果一個bean的定義依賴其他bean，則直接調(diào)用對應(yīng)的JavaConfig類中依賴bean的創(chuàng)建方法就可以了。

@Configuration：提到@Configuration就要提到他的搭檔@Bean。使用這兩個注解就可以創(chuàng)建一個簡單的spring配置類，可以使用替代相應(yīng)的XML配置文件。

<beans>     <bean id = "car" class="com.test.Car">         <property name="wheel" ref = "wheel">property>     bean>     <bean id = "wheel" class="com.test.Wheel">bean> beans>

相當(dāng)于：

@Configuration public class Conf {     @Bean     public Car car() {         Car car = new Car();         car.setWheel(wheel());         return car;     }
    @Bean     public Wheel wheel() {         return new Wheel();     } }

@Configuration的注解類標(biāo)識這個類可以使用Spring IoC容器作為bean定義的來源。

@Bean注解告訴Spring，一個帶有@Bean的注解方法將返回一個對象，該對象應(yīng)該被注冊為在Spring應(yīng)用程序某些中的bean。

2，@ ComponentScan

@ComponentScan這個注解在Spring中很重要，它對應(yīng)XML配置中的元素，@ComponentScan的功能其實就是自動掃描并加載符合條件的組件（例如@Component和@Repository等）或者bean定義，最終將這些bean定義加載到IoC容器中。

我們可以通過basePackages等屬性來細粒度的定制@ComponentScan自動掃描的范圍，如果不指定，則是Spring框架實現(xiàn)會從聲明@ComponentScan所在類的包裝進行掃描。

注：所以SpringBoot的啟動類最好是放在root package下，因為交替不指定basePackages。

3，@啟用自動配置

個人感覺@EnableAutoConfiguration這個Annotation最為重要，所以放在最后來解讀，大家是否還記得Spring框架提供的各種名字為@Enable開頭的Annotation定義？類似@EnableScheduling、@EnableCaching、@EnableMBeanExport等，@EnableAutoConfiguration的理念和做事方式其實一脈相承，簡單概括一下就是，采納@Import的支持，收集和注冊特定場景相關(guān)的bean定義。

@EnableScheduling是通過@Import將Spring調(diào)試框架相關(guān)的bean定義都加載到IoC容器。
@EnableMBeanExport是通過@Import將JMX相關(guān)的bean定義加載到IoC容器。
而@EnableAutoConfiguration也是通過@Import的幫助，將所有符合自動配置條件的bean定義加載到IoC容器，僅此而已！

@EnableAutoConfiguration會根據(jù)類路徑中的jar依賴為項目進行自動配置，如：添加了spring-boot-starter-web依賴，會自動添加Tomcat和Spring MVC的依賴，Spring Boot Tomcat和Spring MVC進行自動配置。

@EnableAutoConfiguration作為一個復(fù)合注釋，其自身定義關(guān)鍵信息如下：

@SuppressWarnings("deprecation")@Target(ElementType.TYPE)@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)@Documented@Inherited@AutoConfigurationPackage@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)public @interface EnableAutoConfiguration {    ...}

其中，最關(guān)鍵的要屬@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)，EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以可以幫助SpringBoot應(yīng)用將所有符合條件的@Configuration配置都加載到當(dāng)前SpringBoot創(chuàng)建并使用的IoC容器。就像一只“八爪魚”一樣，可以用作Spring框架內(nèi)置的一個工具類：SpringFactoriesLoader的支持，@EnableAutoConfiguration可以智能的自動配置功效才得以實現(xiàn)大功告成！

自動配置幕后英雄：SpringFactoriesLoader詳解

SpringFactoriesLoader屬于Spring框架私有的一種擴展方案，其主要功能就是從指定的配置文件META-INF/spring.factories加載配置。

public abstract class SpringFactoriesLoader {    //...    public static  List loadFactories(Class<T> factoryClass, ClassLoader classLoader) {        ...????}    public static List loadFactoryNames(Class factoryClass, ClassLoader classLoader) {        ....    }}

配合@EnableAutoConfiguration使用的話，它更多是提供一種配置查找的功能支持，即根據(jù)@EnableAutoConfiguration的完整類名org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration作為查找的鍵，獲取對應(yīng)的一組@Configuration類。

上圖就是從SpringBoot的自動配置依賴包中的META-INF/spring.factories配置文件中摘錄的一段內(nèi)容，可以很好地說明問題。

所以，@EnableAutoConfiguration自動配置的魔法騎士就變成了：從類路徑搜尋中所有的META-INF/spring.factories配置文件，其中并將org.springframework.boot.autoconfigure.EnableutoConfiguration對應(yīng)的配置項通過反射（Java的Refletion）化為實例對應(yīng)的標(biāo)注了@Configuration的JavaConfig形式的的IoC容器配置類，然后匯總為一個并加載到IoC容器。

二，深入探索SpringApplication執(zhí)行流程

SpringApplication的run方法的實現(xiàn)是我們本次旅程的主要線路，該方法的主要流程大體可以歸納如下：

1）如果我們使用的是SpringApplication的靜態(tài)運行方法，那么，這個方法里面首先要創(chuàng)建一個SpringApplication對象實例，然后調(diào)用這個創(chuàng)建好的SpringApplication的實例方法。在SpringApplication實例初始化的時候，它會提前做幾件事情：

• 根據(jù)類路徑里面是否存在某個特征類org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext來決定是否應(yīng)該創(chuàng)建一個為Web應(yīng)用程序使用的ApplicationContext類型。

• 使用SpringFactoriesLoader在應(yīng)用的classpath中查找并加載所有可用的ApplicationContextInitializer。

• 使用SpringFactoriesLoader在應(yīng)用的classpath中查找并加載所有可用的ApplicationListener。

• 初步并設(shè)置main方法的定義類。

2）SpringApplication實例初始化完成并完成設(shè)置后，就開始執(zhí)行run方法的邏輯了，方法執(zhí)行伊始，首先遍歷執(zhí)行所有通過SpringFactoriesLoader可以查找到并加載的SpringApplicationRunListener。調(diào)用它們的started()方法，告訴這些SpringApplicationRunListener，“嘿，SpringBoot應(yīng)用要開始執(zhí)行咯！”。

3）創(chuàng)建并配置當(dāng)前Spring Boot應(yīng)用將要使用的環(huán)境（包括配置要使用的PropertySource以及Profile）。

4）遍歷調(diào)用所有SpringApplicationRunListener的environmentPrepared()方法，告訴他們：“當(dāng)前SpringBoot應(yīng)用使用的環(huán)境準(zhǔn)備好了咯！”。

5）如果SpringApplication的showBanner屬性被設(shè)置為true，則打印banner。

6）根據(jù)用戶是否明確設(shè)置了applicationContextClass類型以及初始化階段的初始結(jié)果，決定該為當(dāng)前SpringBoot應(yīng)用程序創(chuàng)建的類型的ApplicationContext并創(chuàng)建完成，然后根據(jù)條件決定是否添加ShutdownHook，決定是否使用自定義的BeanNameGenerator，決定是否使用自定義的ResourceLoader，當(dāng)然，最重要的，將之前準(zhǔn)備好的環(huán)境設(shè)置給創(chuàng)建好的ApplicationContext使用。

7）ApplicationContext創(chuàng)建好之后，SpringApplication會再次替換Spring-FactoriesLoader，查找并加載classpath中所有可用的ApplicationContext-Initializer，然后遍歷調(diào)用這些ApplicationContextInitializer的initialize（applicationContext）方法來對已經(jīng)創(chuàng)建好的ApplicationContext進行進一步的處理。

8）遍歷調(diào)用所有SpringApplicationRunListener的contextPrepared()方法。

9）最核心的一步，將先通過@EnableAutoConfiguration獲取的所有配置以及其他形式的IoC容器配置加載到已經(jīng)準(zhǔn)備完畢的ApplicationContext。

10）遍歷調(diào)用所有SpringApplicationRunListener的contextLoaded()方法。

11）調(diào)用ApplicationContext的refresh()方法，完成IoC容器可用的最后一道工序。

12）發(fā)現(xiàn)當(dāng)前ApplicationContext中是否注冊有CommandLineRunner，如果有，則遍歷執(zhí)行它們。

13）正常情況下，遍歷執(zhí)行SpringApplicationRunListener的finished()方法，（如果整個過程出現(xiàn)異常，則依然調(diào)用所有SpringApplicationRunListener的finished()方法，只不過這種情況下發(fā)生異常信息一并替換處理）

去除事件通知點后，整個流程如下：

本文以調(diào)試一個實際的SpringBoot啟動程序為例，參考流程中主要類圖，來分析其啟動邏輯和自動化配置原理。

總覽：

上圖為SpringBoot啟動結(jié)構(gòu)圖，我們發(fā)現(xiàn)啟動流程主要分為三個部分：

• 第一部分進行SpringApplication的初始化模塊，配置一些基本的環(huán)境變量，資源，構(gòu)造器，監(jiān)聽器；

• 第二部分實現(xiàn)了應(yīng)用具體的啟動方案，包括啟動流程的監(jiān)聽模塊，加載配置環(huán)境模塊，以及核心的創(chuàng)建上下文環(huán)境模塊；

• 第三部分是自動化配置模塊，該模塊作為springboot自動配置核心，在后面的分析中會詳細討論。在下面的啟動程序中我們會串聯(lián)起結(jié)構(gòu)中的主要功能。

啟動：

每個SpringBoot程序都有一個主入口，也就是main方法，main里面調(diào)用SpringApplication.run()啟動整個spring-boot程序，該方法所在類需要使用@SpringBootApplication注解，以及@ImportResource注解（如果需要），@SpringBootApplication包括三個注解，功能如下：

• @EnableAutoConfiguration：SpringBoot根據(jù)應(yīng)用所聲明的依賴來對Spring框架進行自動配置。

• @SpringBootConfiguration（內(nèi)部為@Configuration）：被標(biāo)注的類等于在spring的XML配置文件中（applicationContext.xml），裝配所有bean事務(wù)，提供一個spring的所在環(huán)境。

• @ComponentScan：組件掃描，可自動發(fā)現(xiàn)和裝配Bean，替換掃描SpringApplication的run方法里的Booter.class所在的包路徑下文件，所以最好將其啟動類放到根包路徑下。

SpringBoot啟動類

首先進入run方法

run方法中去創(chuàng)建了一個SpringApplication實例，在該構(gòu)造方法內(nèi)，我們可以發(fā)現(xiàn)其調(diào)用了一個初始化的初始化方法

這里主要是為SpringApplication對象賦值一些初值。構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行完成后，我們回到run方法

該方法中實現(xiàn)了如下幾個關(guān)鍵步驟：

1.創(chuàng)建了應(yīng)用的監(jiān)聽器SpringApplicationRunListeners并開始監(jiān)聽

2.加載SpringBoot配置環(huán)境（ConfigurableEnvironment），如果是通過web容器發(fā)布，會加載StandardEnvironment，其最終也是繼承了ConfigurableEnvironment，類圖如下

可以拋光，* Environment最終都實現(xiàn)了PropertyResolver接口，我們平時通過environment對象獲取配置文件中指定鍵對應(yīng)的值方法時，就是調(diào)用了propertyResolver接口的getProperty方法

3.配置環(huán)境（Environment）加入到監(jiān)聽器對象中（SpringApplicationRunListeners）

4.創(chuàng)建運行方法的返回對象：（ConfigurableApplicationContext應(yīng)用配置文件），我們可以看一下創(chuàng)建方法：

方法會先獲取顯式設(shè)置的應(yīng)用程序（applicationContextClass），如果不存在，再加載操作系統(tǒng)的環(huán)境配置（通過是否是web environment判斷），AnnotationConfigApplicationContext替換選擇注釋解（通過掃描所有注解類來加載bean），最后通過BeanUtils實例化上方對象，并返回。

ConfigurableApplicationContext類圖如下：

主要看其繼承的兩個方向：

• LifeCycle：生命周期類，定義了開始啟動，停止結(jié)束，isRunning是否運行中等生命周期空值方法

• ApplicationContext：應(yīng)用某些類，其主要繼承了beanFactory（bean的工廠類）

5.返回運行方法內(nèi)，prepareContext方法將listeners、environment、applicationArguments、banner等重要組件與某些對象關(guān)聯(lián)

6.接下來的refreshContext(context)方法（初始化方法如下）將是實現(xiàn)spring-boot-starter-*（mybatis，redis等）自動化配置的關(guān)鍵，包括spring.factories的加載，bean的實例化等核心工作。

回顧整體流程，Springboot的啟動，主要創(chuàng)建了配置環(huán)境（環(huán)境），事件監(jiān)聽（監(jiān)聽器），應(yīng)用上下文（applicationContext），并基于以上條件，在容器中開始實例化我們需要的Bean，至此，通過SpringBoot啟動器的程序已經(jīng)構(gòu)造完成，接下來我們來探討自動化配置是如何實現(xiàn)。

自動化配置：

之前的啟動結(jié)構(gòu)示意圖，我們注意到無論是應(yīng)用初始化還是具體的執(zhí)行過程，都調(diào)用了SpringBoot自動配置模塊。

SpringBoot自動配置模塊

該配置模塊的主要使用到了SpringFactoriesLoader，即Spring工廠加載器，該對象提供了loadFactoryNames方法，入?yún)閒actoryClass和classLoader，即需要對齊上圖中的工廠類名稱和對應(yīng)的類加載器，方法會根據(jù)指定的classLoader，加載該類加器搜索路徑下的指定文件，即spring.factories文件，轉(zhuǎn)化的工廠類為接口，而文件中對應(yīng)的類則是接口的實現(xiàn)類，或最終作為實現(xiàn)類，所以文件中一般為如下圖這種一對多的類名集合，獲取到這些實現(xiàn)類的類名后，loadFactoryNames方法返回類名集合，方法調(diào)用方得到這些集合后，再通過反射獲取這些類的類對象，構(gòu)造方法，最終生成實例。

工廠接口既有幾個實現(xiàn)類接口名稱

下圖優(yōu)點我們形象理解自動配置流程。

SpringBoot自動化配置關(guān)鍵組件關(guān)系圖

mybatis-spring-boot-starter，spring-boot-starter-web等組件的META-INF文件下均包含spring.factories文件，自動配置模塊中，SpringFactoriesLoader收集到文件中的類全名并返回一個類全名的數(shù)組，返回的類全名通過反射被實例化，就形成了具體的工廠實例，工廠實例來生成組件具體需要的bean。

之前我們提到了EnableAutoConfiguration注解，其類圖如下：

可以發(fā)現(xiàn)其最終實現(xiàn)了ImportSelector（選擇器）和BeanClassLoaderAware（bean類加載器中間件），重點關(guān)注一下AutoConfigurationImportSelector的selectImports方法。

該方法在springboot啟動流程——bean實例化前被執(zhí)行，返回要實例化的類信息列表。我們知道，如果獲取到類信息，spring自然可以通過類加載器將類加載到j(luò)vm中，現(xiàn)在我們已經(jīng)通過spring-boot的啟動程序依賴方式依賴了我們需要的組件，那么這些組建的類信息在選擇方法中也是可以被獲取到的，不要急我們繼續(xù)向下分析。

該方法中的getCandidateConfigurations方法，通過方法注釋了解到，其返回一個自動配置類的類名列表，方法調(diào)用了loadFactoryNames方法，查看該方法

上面在代碼的可以看到自動配置器會根據(jù)傳入的factoryClass.getName()到項目系統(tǒng)-路徑下所有的spring.factories文件中找到相應(yīng)的鍵，從而加載里面的類。就我們這個選取mybatis-spring-boot-autoconfigure下的spring.factories文件

進入org.mybatis.spring.boot.autoconfigure.MybatisAutoConfiguration中，主要看一下類頭：

發(fā)現(xiàn)Spring的@Configuration，儼然是一個通過注解標(biāo)注的springBean，繼續(xù)向下看，

• @ConditionalOnClass({ SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class})：當(dāng)存在時SqlSessionFactory.class，??SqlSessionFactoryBean.class這兩個類時才解析MybatisAutoConfiguration配置類，否則不解析這一個配置類，發(fā)出聲音，我們需要mybatis為我們返回會話對象，就必須有會話工廠相關(guān)類。

• @CondtionalOnBean(DataSource.class)：只有處理已經(jīng)被聲明為bean的dataSource。

• @ConditionalOnMissingBean(MapperFactoryBean.class)這個注解的意思是如果容器中不存在名稱指定的bean則創(chuàng)建bean注入，否則不執(zhí)行（該類二進制代碼，篇幅限制不全堵塞）

以上配置可以保證sqlSessionFactory、sqlSessionTemplate、dataSource等mybatis所需的組件通常被自動配置，@Configuration注解已經(jīng)提供了Spring的上下文環(huán)境，所以以上組件的配置方式與Spring啟動時通過mybatis.xml文件進行配置具有一個效果。

通過分析我們可以發(fā)現(xiàn)，只要一個基于SpringBoot項目的類路徑下存在SqlSessionFactory.class，，??SqlSessionFactoryBean.class和容器中已經(jīng)注冊了dataSourceBean，就可以觸發(fā)自動化配置，意思是說我們只要在maven的項目中加入了mybatis所需要的幾個依賴，就可以觸發(fā)自動配置，但?mybatis原生依賴的話，每集成一個功能都要去修改其自動化配置類，那就得不到開箱即用的效果了。

所以Spring-boot為我們提供了統(tǒng)一的starter可以直接配置好相關(guān)的類，觸發(fā)自動配置所需的依賴（mybatis）如下：

這里是截取的mybatis-spring-boot-starter的源碼中pom.xml文件中所有依賴：

因為maven依賴的傳遞性，我們只要依賴starter就可以依賴到所有需要自動配置的類，實現(xiàn)開箱即用的功能。也體現(xiàn)出Springboot簡化了Spring框架帶來的大量XML配置以及復(fù)雜的依賴管理，讓開發(fā)人員可以更加關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯的開發(fā)。

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