SpringBoot之自动装配和启动流程分析

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Spring Boot为我们提供了一种极简的项目搭建方式，看一下Spring Boot项目的启动类：

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

1 注解启动分析

注解启动分析，就是说的@SpringBootApplication
首先看一下@SpringBootApplication这个组合注解，除去元注解外，它还引入了其他三个重要的注解：

@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan

1.1 @SpringBootConfiguration

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Configuration
public @interface SpringBootConfiguration {
}

从源码可以看到，其实@SpringBootConfiguration并没有额外功能，它只是Spring中@Configuration的派生注解，用于标注配置类，完成Bean的配置与管理
@SpringBootConfiguration只是Spring标准@Configuration批注的替代方法。 两者之间的唯一区别是@SpringBootConfiguration允许自动找到配置
应用程序应该只包含一个@SpringBootConfiguration并且大多数惯用的 SpringBoot 应用程序将从@SpringBootApplication继承它

1.2 @ComponentScan

Spring中的注解，用于包的扫描，并把声明了特定注解的类交给spring的ioc容器

1.3 自动装配@EnableAutoConfiguration

SpringBoot根据应用所声明的依赖来对Spring框架进行自动配置，其中包括两个重要注解：@AutoConfigurationPackage和@Import({AutoConfigurationImportSelector.class})

在这里插入图片描述

1.3.1 @AutoConfigurationPackage

@AutoConfigurationPackage：该注解上有一个@Import({Registrar.class}) 注解，其中Registrar类的作用是将启动类所在的包下的所有子包组件扫描注入到spring容器中，因此这就是为什么将controller、service等包放在启动类的同级目录下的原因

1.3.2 @Import({AutoConfigurationImportSelector.class})

1.3.2.1 AutoConfigurationImportSelector.class

Spring Boot有中一个非常重要的理念就是约定大于配置。而自动配置这一机制的核心实现就是靠@EnableAutoConfiguration注解完成的
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可以看出，在@EnableAutoConfiguration注解中，使用@Import导入了AutoConfigurationImportSelector这个类，实现了ImportSelector接口的selectImports()方法。spring中会把selectImports()方法返回的String数组中的类的全限定名实例化为bean，并交给spring容器管理
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1.3.2.2 getAutoConfigurationEntry方法

查看其中的getAutoConfigurationEntry方法：
在这里插入图片描述
在执行完getCandidateConfigurations后，把众多类的全限定名存储到了一个List中
在这里插入图片描述
SpringFactoriesLoader这个类非常重要，属于Spring框架的一种扩展方案，提供一种了配置查找的功能支持。其主要功能就是读取配置文件META-INF/spring.factories，决定要加载哪些类
在这里插入图片描述
当然，并不是所有spring.factories中的类都会被加载到spring容器中，很多情况下需要按照需求所需的情况引入，依赖条件注解@Conditional进行判断。例如ServletWebServerFactoryAutoConfiguration类
在这里插入图片描述
只有在classpath下存在ServletRequest这一类时，才将ServletWebServerFactoryAutoConfiguration作为配置类导入spring容器中

1.3.2.3 loadFactoryNames方法

进入loadFactoryNames方法：
在这里插入图片描述
这个方法非常简短，因为他调用了真正实现的方法：loadSpringFactories
这一行return代码复制在下面：

loadSpringFactories(classLoader)
     .getOrDefault(factoryTypeName, Collections.emptyList());

可以分析得出：loadSpringFactories方法的返回值又调用了一个getOrDefault方法，这明显是一个容器类的方法，目的是从容器中拿点东西出来

就此推测：loadSpringFactories返回了一个包含我们需要的Config全类名（字符串）的集合容器，然后从这个集合容器中拿出来的东西就是我们的configurations

1.3.2.4 loadSpringFactories方法

看这个loadSpringFactories方法：
在这里插入图片描述

它确实返回了一个容器：Map<String, List> 这个容器的类型是：MultiValueMap<String, String>
这个数据结构就非常牛逼了，多值集合映射
简单来说，一个key可以对应多个value，根据他的返回值，我们可以看到在这个方法中一个String对应了一个List

接下来我们继续思考：我们来的目的是获取configurations，所以无论你做什么，必须得读取配置文件，拿到configurations
于是我们在try方法体中果然发现了这个操作：
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获取了一个路径urls，那么这个路径是否就是我们前面验证的META-INF/spring.factories呢？
查看静态常量FACTORIES_RESOURCE_LOCATION的值：
在这里插入图片描述

继续往下看，果然他遍历了urls中的内容，从这个路径加载了配置文件：终于看到了我们熟悉的loadProperties方法！
在这里插入图片描述

那我们大概就知道了，他确实是通过找到路径，然后根据路径读取了配置文件，然后返回了读取的result

这就是loadFactoryNames方法的内部实现。

1.3.2.5 cache探秘

细心地朋友已经发现了玄机，隐藏在loadFactoryNames方法的开头和结尾：
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它是从cache缓存中取出来的
根据下面的if判断，如果从缓存中读取出来了result，并且result的结果不为空，就直接返回，不需要再进行下面的读写操作了，这样减少了磁盘频繁的读写I/O
同理，更新完所有的配置文件资源之后，退出时也要更新缓存。

1.3.2.6 getAutoConfigurationEntry再探

关键部分已经过去，重新审视一下遗漏的内容：
还记得getAutoConfigurationEntry方法吗？
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我们最后来研究一下这个类除了getCandidateConfigurations还干了哪些事情：

  • removeDuplicates
  • configurations.removeAll(exclusions)

可以看到，这里对加载进来的配置进行了去重、排除的操作，这是为了使得用户自定义的排除包生效，同时避免包冲突异常，在SpringBoot的入口函数中我们可以通过注解指定需要排除哪些不用的包：
例如我不使用RabbitMQ的配置包，就把它的配置类的class传给exclude

@SpringBootApplication(exclude = {RabbitAutoConfiguration.class})

1.3.2.7 自动装配本质

SpringBoot自动装配的本质就是通过Spring去读取META-INF/spring.factories中保存的配置类文件然后加载bean定义的过程。
如果是标了@Configuration注解，就是批量加载了里面的bean定义
如何实现自动：通过配置文件获取对应的批量配置类，然后通过配置类批量加载bean定义，只要有写好的配置文件spring.factories就实现了自动。

1.3.2.8 自动装配总结

Spring Boot的自动装配特性可以说是Spring Boot最重要、最核心的一环，正是因为这个特性，使得我们的生产复杂性大大降低，极大地简化了开发流程

Spring Boot自动装配详细流程图：
在这里插入图片描述
自动装配部分转载于：https://mp.weixin.qq.com/s/1u_Pyu1CQbYrgELRbo8Qyw

1.3.3 自动装配用到类总结

最后，总结一下整个自动装配的过程：

  • 引入 META-INF/spring.factories 配置文件，在 EnableAutoConfiguration 对应的 value 中配置需要引入的配置类。
  • 启动类增加 @EnableAutoConfiguration 注解，@SpringBootApplication 已经自带。
  • @EnableAutoConfiguration 注解中通过 @Import 标注了 AutoConfigurationImportSelector 类。
  • AutoConfigurationImportSelector 继承了 DeferredImportSelector 接口，在 Spring 生命周期处理 BeanFactoryPostProcessors 的时候会对配置信息进行后置处理，这是会调用到 AutoConfigurationImportSelector.process 方法。
  • process 方法中会读取 META-INF/spring.factories 配置文件中的内容为 Key-Value 形式，读取完后值返回 key = EnableAutoConfiguration 对应的配置类信息，保存到 autoConfigurationEntries 中。
  • AutoConfigurationGroup#selectImports 方法返回排序、筛选后的配置类信息，然后依次遍历，递归调用 processImports， 根据这些配置类的全路径名读取并注册在 Spring 容器中。

在这里插入图片描述

2 SpringApplication引导启动

SpringApplication类是用来执行Spring框架启动的引导类。有两种方式可以进行启动引导：

  • 通过静态方法 SpringApplication.run启动。
  • 先创建 SpringApplication实例，在调用的实例方法 run进行启动。

无论是以上哪种方式，最终都是通过创建SpringApplication实例，在调用run()启动

2.1 SpringApplication—创建引导启动的实例

SpringApplication提供了一个简单的方式以启动Spring boot程序，查看SpringApplication.run方法调用：
在这里插入图片描述
在此创建了一个SpringApplication的实例，并调用了它的run方法
在这里插入图片描述
在创建实例的过程中，会根据用户输入和工程环境做一些基础配置，供之后引导启动中使用:

  • 设置资源加载器ResourceLoader和PrimarySources，用于将资源加载到加载器中
  • 从类中加载initializer和listener放在集合
  • 判断当前项目类型是什么？ 提供了NONE，SERVLET，REACTIVE 三种类型备选
  • 使用SpringFactoriesLoader查找并加载所有可用的ApplicationContextInitializer
  • 使用SpringFactoriesLoader查找并加载所有可用的监听器ApplicationListener
  • 推断并设置main方法的定义类
  • 设置是否为Web环境(先确认用户是否指定，未指定则根据工程目录下是否有servlet相关环境)
  • 从工程环境中决定主入口的类

2.2 run()—开始引导启动

SpringApplication完成初始化后，调用run方法，下面对run方法中核心代码进行分析：
在这里插入图片描述
按照图中标注序号进行分析：

  1. spring监听器的使用，要获取这些监听器的对象，就要知道其全路径。通过SpringFactoriesLoader查找spring.factories获得，之后再调用它们的started()方法。
  2. 创建并配置当前Spring Boot应用将要使用的Environment，根据监听器和默认应用参数来准备所需要的环境。
  3. 打印Banner
  4. 创建spring应用上下文。根据之前推断的项目类型，决定该为当前SpringBoot应用创建什么类型的ApplicationContext并创建完成。
  5. 准备应用上下文，首先将之前准备好的Environment设置给创建好的ApplicationContext使用。
    然后遍历调用所有ApplicationContextInitializer的initialize方法来对已经创建好的ApplicationContext进行进一步的处理。
    最后，遍历调用所有SpringApplicationRunListener的contextPrepared()方法。
  6. 这里最终调用了Spring中AbstractApplicationContext的refresh方法，可以说这个refresh方法是Spring中最重要的方法之一，完成了Bean工厂创建，后置管理器注册，Bean实例化等最重要的工作。这一步工作完成后，spring的ioc容器就完成了。
  7. 如果有Bean实现了CommandLineRunner接口并重写了run方法，则遍历执行CommandLineRunner中的方法

2.2.1 new StopWatch()—创建计时器

StopWatch是springframework.util中提供的一个工具类，在启动过程中使用StopWatch是为了记录启动花费的时间。

2.2.2 configureHeadlessProperty()—配置Headless模式

Headless模式是在环境缺少显示器等设备情况下的一种配置，和我们启动流程并无太多关系

2.2.3 SpringApplicationRunListener.start()—获取监听器,启动监听

监听器可以用来监听SpringApplication启动过程中的各个阶段。默认的监听器是EventPublishRunListener，用户也可以通过实现SpringApplicationRunListener接口，实现应用程序对SpringApplication启动过程的监听。

在resources/META-INF 下建立 spring.factories 文件，文件中添加 key=value形式，其中 key 为 SpringApplicationRunListener 的全路径名，value 为应用程序对该接口的实现类(类需要一个参数类型为 SpringApplication 和 String 数组的构造函数，用于通过反射创建实例)。

2.2.4 prepareEnvironment()—准备环境，创建ConfigurableEnvironment对象

在这一步，SpringApplication会创建Spring启动所需的环境，这个环境主要由ConfigurableEnviroment对象表示。首先，该对象确认了程序是否需要设置Web环境，其次，该对象还确定了程序所需要的参数和读取的配置文件等信息。

此步骤会回调SpringApplicationRunListener的environmentPrepared()方法，通知监听器环境已经准备好。

2.2.5 printBanner()—打印横幅

这一步骤其实和启动并没有太大关系，只是会向控制台或是日志中输出Spring的Logo和版本信息。

2.2.6 createApplicationContext()—创建应用程序上下文并加载Bean

在准备好环境之后，接下来要做的就是创建应用程序上下文ApplicationContext对象。
ApplicationContext是Spring IoC的核心组件，它不仅是程序所需Bean的容器，还提供了国际化，事件发布等功能。

在创建应用程序上下文的时候，首先会根据之前配置决定上下文的具体类型（AnnotationConfigApplicationContext或是AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext）。
再通过反射实例化到对象。

protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
    Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;
    if (contextClass == null) {
        try {
            switch (this.webApplicationType) {
                case SERVLET:
                    contextClass = Class.forName(DEFAULT_SERVLET_WEB_CONTEXT_CLASS);
                    break;
                case REACTIVE:
                    contextClass = Class.forName(DEFAULT_REACTIVE_WEB_CONTEXT_CLASS);
                    break;
                default:
                    contextClass = Class.forName(DEFAULT_CONTEXT_CLASS);
            }
        }
        catch (ClassNotFoundException ex) {
            throw new IllegalStateException(
                    "Unable to create a default ApplicationContext, " +
                    "please specify an ApplicationContextClass", ex);
        }
    }
    return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);
}

在 createApplicationContext() 方法中，Spring Boot 首先会判断应用程序的类型，如果是 Web 应用程序，则会创建一个 WebApplicationContext；否则，会创建一个普通的 ApplicationContext。调用 BeanUtils.instantiateClass(contextClass) 方法创建应用程序的上下文。这个方法会根据上面的逻辑创建一个相应的 ApplicationContext。调用 load() 方法加载应用程序的配置。
这个方法会扫描 classpath 中的各种配置文件，例如 application.properties、application.yml、META-INF/spring.factories 等，自动配置各种组件和 Bean。调用 postProcessApplicationContext() 方法对应用程序的上下文进行后处理。这个方法会调用各种初始化器和监听器，执行各种初始化任务。

2.2.7 prepareContext()—准备ApplicationContext

虽然已经得到了ApplicationContext对象，但此时的对象还只是一个空白对象，需要准备和处理后，ApplicationContext才能被使用。

在准备过程中主要做了做了几件事：

  • 为ApplicationContext设置之前准备好的Environment对象。
  • 通过对ApplicationContext后置处理或是BeanDefinitionLoader等方式往容器中添加一些初始的Bean
  • 应用默认的初始化器初始化应用程序上下文(责任链模式的应用，多个初始化器形成一个List，应用程序需要被每个初始化器应用一次，每个初始化器有自己的职责)。
  • 准备过程中ApplicationRunListener发出两个消息，分别是contextPrepared和contextLoaded

2.2.8 refreshContext()—刷新上下文

在应用程序上下文准备好后，可以通过刷新应用程序上下文发现Bean并加载到容器中。
refreshContext()会调用ApplicationContext.refresh()方法。
AbstractApplicationContext中定义了refresh()方法的基本框架(模板模式的应用)。

在刷新上下文阶段中，Spring Boot 会执行各种启动任务，包括创建 Web 服务器、加载应用程序的配置、初始化各种组件等。这个阶段的核心源码是 Spring Boot的刷新机制，它会调用各种初始化器和监听器，执行各种启动任务。

protected void refreshContext(ConfigurableApplicationContext applicationContext) {
    refresh(applicationContext);
    if (this.registerShutdownHook) {
        try {
            applicationContext.registerShutdownHook();
        }
        catch (AccessControlException ex) {
            // Not allowed in some environments.
        }
    }
}

在 refreshContext() 方法中调用 refresh(applicationContext) 方法刷新上下文。这个方法是 ApplicationContext 接口的核心方法，会启动上下文，执行各种启动任务。调用 registerShutdownHook() 方法注册应用程序的关闭钩子。这个方法会在应用程序关闭时自动执行，清理资源、关闭线程等,所以我们利用此特性在服务关闭的时候清理一些资源。并向外部发送告警通知。
在 refresh(applicationContext) 方法中，Spring Boot 会执行上下文的各种启动任务，包括创建 Web 服务器、加载应用程序的配置、初始化各种组件等。具体的启动任务会调用各种初始化器和监听器，例如：

for (ApplicationContextInitializer<?> initializer : getInitializers()) {
    initializer.initialize(applicationContext);
}

另外，Spring Boot 还会调用各种监听器，我们不做赘述，例如：

for (ApplicationListener<?> listener : getApplicationListeners()) {
    if (listener instanceof SmartApplicationListener) {
        SmartApplicationListener smartListener = (SmartApplicationListener) listener;
        if (smartListener.supportsEventType(eventType)
                && smartListener.supportsSourceType(sourceType)) {
            invokeListener(smartListener, event);
        }
    }
    else if (supportsEvent(listener, eventType)) {
        invokeListener(listener, event);
    }
}

2.2.8.1 prepareRefresh()—准备刷新

准备刷新的阶段做了初始化和校验的工作。比如初始化启动时间，初始化PropertySources(在AbstractApplicationContext中只是一个空方法，留给子类根据需要实现)，以及校验环境中是否已经有必要的参数。

2.2.8.2 prepareBeanFactory()—准备BeanFactory

BeanFactory是 Spring 框架中容器的底层实现，所有的 Bean 都存放在BeanFactory中，虽然ApplicationContext也实现了BeanFactory接口，但是在其内部还是将获取 Bean 的相关操作委托给内部的DefaultListableBeanFactory变量，只是ApplicationContext帮用户屏蔽了底层的操作，同时提供出一些更符合外部用户使用的接口。

对BeanFactory的准备主要是：

  • 添加一些必要组件，比如类加载器，表达式解析器，属性编辑器注册表等。
    以及一些后置处理器，比如ApplicationContextAwareProcessor(xxxAware的接口就是通过后置处理器在Bean创建的时候，通过后置处理器设置的)。
    此外还有一些特殊的Bean，environment,systemProperties和systemEnvirnoment。
  • 点击查看Spring核心之bean生命周期和三级缓存

2.2.8.3 postProcessBeanFactory()—后置处理BeanFactory

对于非WebServlet环境的ApplicationContext而言这个方法是个空方法，但是Web环境下的ApplicationContext会通过这个方法定制一些后处理动作，比如添加WebApplicationContextServletAwareProcessor后置处理器，添加在web环境中可能使用的Scope（session和request）。

2.2.8.4 invokeBeanFactoryPostProcessors()—实例化并调用BeanFactoryPostProcessor

BeanFactoryPostProcessor是一种特殊的后置处理器，其操作的对象是针对BeanFactory。
此时主要有三个后置处理器，分别是:SharedMetadataReaderFactoryContextInitializer$CachingMetadataReaderFactoryPostProcessor , ConfigurationWarningsApplicationContextInitializer$ConfigurationWarningsPostProcessor和ConfigFileApplicationListener$PropertySourceOrderingPostProcessor。这三个类名字虽然很长，但是其实是因为内部类的关系，而且我们看名字也能发现类是怎么来的(外部类是xxxInitializer的就说明是初始化器设置的)。

其中第一个类和启动流程有关，因为它会向容器注册ConfigurationClassPostProcessor。

如果BeanFactoryPostProcessor同时又是BeanDefinitionRegistryPostProcessor，则先进行针对BeanDefinition注册表的后置处理，目的是为了发现Bean。
在最初的三个BeanFactoryProcessor后置处理完成后，会从容器中获取BeanDefinitionRegistryPostProcessor类型的后置处理器（这里主要会得到刚才加载的ConfigurationClassPostProcessor实例）。再调用这些BeanDefinitionRegistry的后置处理器，继续向发现并向容器中注册新的Bean。

这里主要是通过@Configuration注解作为入口发现Bean，如果发现的Bean中又存在新的@ConfigurationBean，则以此Bean为入口再进行发现，直到所有的Bean都被发现。

在针对BeanDefinition注册表的后置处理完成（发现Bean的过程）中，如果找到了BeanFactoryPostProcessor(包括最初的三个BeanFatoryProcessor)，会进行针对BeanFactory的后置处理过程（之前只是进行针对注册表的后置处理，二者的目的还是有区别的）。

注意
Bean的发现过程只是向BeanDefinition注册表注册BeanDefinition的过程，并没有针对发现的Bean进行实例化（少部分需要用到的Bean会进行实例化，比如这部分会对BeanDefinitionRegistryPostProcessor类型的Bean实例化）。

2.2.8.5 registerBeanPostProcessors()—注册Bean后置处理器

上一步是针对BeanFactory和BeanDefinitionRegistry的后置处理器，这一步从BeanFactory中获取针对普通Bean的后置处理器BeanFactoryPostProcessor放到专门的容器beanPostProcessors中。

2.2.8.6 initMessageSource()—初始化MessageSource

MessageSource是拥有特殊功能的Bean，用来处理国际化相关内容。

2.2.8.7 initApplicationEventMulticaster()—初始化ApplicationEventMulticaster

ApplicationEventMulticaster是ApplicationEvent广播器，可以通过这个对象向容器中添加移除Listener，也可以通过这个对象发布事件（观察者模式的应用）。

2.2.8.8 onRefresh()—刷新应用程序

发现了所有的Bean，并且需要实例化的Bean也都被创建好了之后，Spring接下去要做的是创建ThemeSource（和主题相关的组件），以及创建Webserver(如果是Web环境的话)。

2.2.8.9 registerListeners()—注册监听器

这一步会将初始化得到的ApplicationListener方法和容器中获得ApplicationListener一起注册到ApplicationEventMulticaster中，并且如果存在需要早起发布的事件，则发布事件。

2.2.8.10 finishBeanFactoryInitialzation()—初始化容器中的Bean

经过之前的步骤，现在容器中必要的组件都已经准备好了，并且所有需要容器管理的Bean也都已经被发现注册成BeanDefinition注册表中。
对于Scope是Singleton的Bean而言，此时已经具备了实例化Bean的条件，因此在这一步中，Spring会对所有Singleton且非lazy-init的Bean进行实例化。
主要做法就是获取容器中所有为singletion且非lazyInit的BeanDefinition，然后通过getBean创建出Bean的实例，保存在容器内部。

有一种特殊的情况是针对FactoryBean，FactoryBean是一种用来创建Bean的特殊Bean，在得到FactoryBean的Bean之后，还需要判断是否要创建FactoryBean负责创建的Bean

2.2.8.11 finishRefresh()—完成刷新

在这步主要是一些资源清理以及注册LifeCycleProcessor。LifeCycleProcessor可以用来在 Spring 生命周期的refresh和close时触发回调。
并且发布Refresh的消息。

2.2.9 afterRefresh()—留给子类的钩子函数

在Application完成刷新后，SpringApplication给子类留了afterRefresh()的方法作为回调。

2.3 启动完成

启动完成后，stopWatch会记录下本次启动消费的时间。
然后向ApplicationRunListener发布started事件,说明已经启动就绪。

2.4 准备运行

启动完成后，正式运行前，SpringApplication还会执行用户定义的ApplicationRunner和CommandLineRunner两个接口中定义的run()方法。
在执行完成后，向ApplicationRunListener发布runing的消息。
至此，启动流程结束。

CommandLineRunner 和 ApplicationRunner 区别如下：

  • 方法签名不同：
    • CommandLineRunner 接口有一个 run(String... args) 方法，它接收命令行参数作为可变长度字符串数组。
    • ApplicationRunner 接口则提供了一个 run(ApplicationArguments args) 方法，它接收一个 ApplicationArguments 对象作为参数，这个对象提供了对传入的所有命令行参数（包括选项和非选项参数）的访问。
  • 参数解析方式不同：
    • CommandLineRunner 接口更简单直接，适合处理简单的命令行参数。
    • ApplicationRunner 接口提供了一种更强大的参数解析能力，可以通过 ApplicationArguments 获取详细的参数信息，比如获取选项参数及其值、非选项参数列表以及查询是否存在特定参数等。
  • 使用场景不同：
    当只需要处理一组简单的命令行参数时，可以使用 CommandLineRunner。
    对于需要精细控制和解析命令行参数的复杂场景，推荐使用 ApplicationRunner

3 总结

本文旨在对SpringBoot启动流程各个步骤做一次梳理（本文的段落标题就是启动的各个步骤，不同等级的标题也含有方法前后调用的关系），并没有对每行代码做深入分析

另外，在贴一份整理的不错的流程图帮助大家加深印象。
在这里插入图片描述

转载于 : https://www.cnblogs.com/insaneXs/p/12721306.html

posted @ 2022-03-31 10:07  上善若泪  阅读(535)  评论(0)  编辑  收藏  举报