springboot之启动原理解析及源码阅读
前言
SpringBoot为我们做的自动配置，确实方便快捷，但是对于新手来说，如果不大懂SpringBoot内部启动原理，以后难免会吃亏。所以这次博主就跟你们一起一步步揭开SpringBoot的神秘面纱，让它不在神秘。
正文
我们开发任何一个Spring Boot项目，都会用到如下的启动类
@SpringBootApplication public class Application { public static void main(String[] args) { SpringApplication.run(Application.class, args); } }
从上面代码可以看出，Annotation定义（@SpringBootApplication）和类定义（SpringApplication.run）最为耀眼，所以要揭开SpringBoot的神秘面纱，我们要从这两位开始就可以了。
SpringBootApplication背后的秘密
@Target(ElementType.TYPE) // 注解的适用范围，其中TYPE用于描述类、接口（包括包注解类型）或enum声明 @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) // 注解的生命周期，保留到class文件中（三个生命周期） @Documented // 表明这个注解应该被javadoc记录 @Inherited // 子类可以继承该注解 @SpringBootConfiguration // 继承了Configuration，表示当前是注解类 @EnableAutoConfiguration // 开启springboot的注解功能，springboot的四大神器之一，其借助@import的帮助 @ComponentScan(excludeFilters = { // 扫描路径设置（具体使用待确认） @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class), @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) }) public @interface SpringBootApplication { ... }
虽然定义使用了多个Annotation进行了原信息标注，但实际上重要的只有三个Annotation：
- @Configuration（@SpringBootConfiguration点开查看发现里面还是应用了@Configuration）
- @EnableAutoConfiguration
- @ComponentScan
所以，如果我们使用如下的SpringBoot启动类，整个SpringBoot应用依然可以与之前的启动类功能对等：
@Configuration @EnableAutoConfiguration @ComponentScan public class Application { public static void main(String[] args) { SpringApplication.run(Application.class, args); } }
每次写这3个比较累，所以写一个@SpringBootApplication方便点。接下来分别介绍这3个Annotation。
@Configuration
这里的@Configuration对我们来说不陌生，它就是JavaConfig形式的Spring Ioc容器的配置类使用的那个@Configuration，SpringBoot社区推荐使用基于JavaConfig的配置形式，所以，这里的启动类标注了@Configuration之后，本身其实也是一个IoC容器的配置类。
举几个简单例子回顾下，XML跟config配置方式的区别：
- 表达形式层面
基于XML配置的方式是这样：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <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"> <!--bean定义--> </beans>
而基于JavaConfig的配置方式是这样：
@Configuration public class MockConfiguration{ //bean定义 }
任何一个标注了@Configuration的Java类定义都是一个JavaConfig配置类。
- 注册bean定义层面
基于XML的配置形式是这样：
<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl"> ... </bean>
而基于JavaConfig的配置形式是这样的：
@Configuration public class MockConfiguration{ @Bean public MockService mockService(){ return new MockServiceImpl(); } }
任何一个标注了@Bean的方法，其返回值将作为一个bean定义注册到Spring的IoC容器，方法名将默认成该bean定义的id。
- 表达依赖注入关系层面
为了表达bean与bean之间的依赖关系，在XML形式中一般是这样：
<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl"> <propery name ="dependencyService" ref="dependencyService" /> </bean> <bean id="dependencyService" class="DependencyServiceImpl"></bean>
而基于JavaConfig的配置形式是这样的：
@Configuration public class MockConfiguration{ @Bean public MockService mockService(){ return new MockServiceImpl(dependencyService()); } @Bean public DependencyService dependencyService(){ return new DependencyServiceImpl(); } }
如果一个bean的定义依赖其他bean,则直接调用对应的JavaConfig类中依赖bean的创建方法就可以了。
@ComponentScan
@ComponentScan这个注解在Spring中很重要，它对应XML配置中的元素，@ComponentScan的功能其实就是自动扫描并加载符合条件的组件（比如@Component和@Repository等）或者bean定义，最终将这些bean定义加载到IoC容器中。
我们可以通过basePackages等属性来细粒度的定制@ComponentScan自动扫描的范围，如果不指定，则默认Spring框架实现会从声明@ComponentScan所在类的package进行扫描。
注：所以SpringBoot的启动类最好是放在root package下，因为默认不指定basePackages。
@EnableAutoConfiguration
个人感觉@EnableAutoConfiguration这个Annotation最为重要，所以放在最后来解读，大家是否还记得Spring框架提供的各种名字为@Enable开头的Annotation定义？比如@EnableScheduling、@EnableCaching、@EnableMBeanExport等，@EnableAutoConfiguration的理念和做事方式其实一脉相承，简单概括一下就是，借助@Import的支持，收集和注册特定场景相关的bean定义。
- @EnableScheduling是通过@Import将Spring调度框架相关的bean定义都加载到IoC容器。
- @EnableMBeanExport是通过@Import将JMX相关的bean定义加载到IoC容器。
而@EnableAutoConfiguration也是借助@Import的帮助，将所有符合自动配置条件的bean定义加载到IoC容器，仅此而已！
@EnableAutoConfiguration作为一个复合Annotation,其自身定义关键信息如下：
@SuppressWarnings("deprecation")
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {
...
}
两个比较重要的注解：
-
@AutoConfigurationPackage：自动配置包
-
@Import: 导入自动配置的组件
AutoConfigurationPackage注解：
1 static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {
2
3 @Override
4 public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata,
5 BeanDefinitionRegistry registry) {
6 register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());
7 }
它其实是注册了一个Bean的定义。
new PackageImport(metadata).getPackageName()，它其实返回了当前主程序类的 同级以及子级 的包组件。
以上图为例，DemoApplication是和demo包同级，但是demo2这个类是DemoApplication的父级，和example包同级
也就是说，DemoApplication启动加载的Bean中，并不会加载demo2，这也就是为什么，我们要把DemoApplication放在项目的最高级中。
Import(AutoConfigurationImportSelector.class)注解：
可以从图中看出 AutoConfigurationImportSelector 继承了 DeferredImportSelector 继承了 ImportSelector
ImportSelector有一个方法为：selectImports。
@Override public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) { if (!isEnabled(annotationMetadata)) { return NO_IMPORTS; } AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader .loadMetadata(this.beanClassLoader); AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata); List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes); configurations = removeDuplicates(configurations); Set<String> exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes); checkExcludedClasses(configurations, exclusions); configurations.removeAll(exclusions); configurations = filter(configurations, autoConfigurationMetadata); fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions); return StringUtils.toStringArray(configurations); }
可以看到第九行，它其实是去加载 public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";外部文件。这个外部文件，有很多自动配置的类。如下：
其中，最关键的要属@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)，借助EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以帮助SpringBoot应用将所有符合条件的@Configuration配置都加载到当前SpringBoot创建并使用的IoC容器。就像一只“八爪鱼”一样。
自动配置幕后英雄：SpringFactoriesLoader详解
借助于Spring框架原有的一个工具类：SpringFactoriesLoader的支持，@EnableAutoConfiguration可以智能的自动配置功效才得以大功告成！
SpringFactoriesLoader属于Spring框架私有的一种扩展方案，其主要功能就是从指定的配置文件META-INF/spring.factories加载配置。
public abstract class SpringFactoriesLoader { //... public static <T> List<T> loadFactories(Class<T> factoryClass, ClassLoader classLoader) { ... } public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, ClassLoader classLoader) { .... } }
配合@EnableAutoConfiguration使用的话，它更多是提供一种配置查找的功能支持，即根据@EnableAutoConfiguration的完整类名org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration作为查找的Key,获取对应的一组@Configuration类
上图就是从SpringBoot的autoconfigure依赖包中的META-INF/spring.factories配置文件中摘录的一段内容，可以很好地说明问题。
所以，@EnableAutoConfiguration自动配置的魔法骑士就变成了：从classpath中搜寻所有的META-INF/spring.factories配置文件，并将其中org.springframework.boot.autoconfigure.EnableutoConfiguration对应的配置项通过反射（Java Refletion）实例化为对应的标注了@Configuration的JavaConfig形式的IoC容器配置类，然后汇总为一个并加载到IoC容器。
SpringBoot的启动原理基本算是讲完了，为了方便记忆，我根据上面的分析画了张图
深入探索SpringApplication执行流程
SpringApplication的run方法的实现是我们本次旅程的主要线路，该方法的主要流程大体可以归纳如下：
1） 如果我们使用的是SpringApplication的静态run方法，那么，这个方法里面首先要创建一个SpringApplication对象实例，然后调用这个创建好的SpringApplication的实例方法。在SpringApplication实例初始化的时候，它会提前做几件事情：
public static ConfigurableApplicationContext run(Object[] sources, String[] args) { return new SpringApplication(sources).run(args); }
- 根据classpath里面是否存在某个特征类（org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext）来决定是否应该创建一个为Web应用使用的ApplicationContext类型。
- 使用SpringFactoriesLoader在应用的classpath中查找并加载所有可用的ApplicationContextInitializer。
- 使用SpringFactoriesLoader在应用的classpath中查找并加载所有可用的ApplicationListener。
- 推断并设置main方法的定义类。
@SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" })
private void initialize(Object[] sources) {
if (sources != null && sources.length > 0) {
this.sources.addAll(Arrays.asList(sources));
}
this.webEnvironment = deduceWebEnvironment();
setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(
ApplicationContextInitializer.class));
setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
}
2） SpringApplication实例初始化完成并且完成设置后，就开始执行run方法的逻辑了，方法执行伊始，首先遍历执行所有通过SpringFactoriesLoader可以查找到并加载的SpringApplicationRunListener。调用它们的started()方法，告诉这些SpringApplicationRunListener，“嘿，SpringBoot应用要开始执行咯！”。
public ConfigurableApplicationContext run(String... args) { StopWatch stopWatch = new StopWatch(); stopWatch.start(); ConfigurableApplicationContext context = null; FailureAnalyzers analyzers = null; configureHeadlessProperty(); SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args); listeners.starting(); try { ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments( args); ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments); Banner printedBanner = printBanner(environment); context = createApplicationContext(); analyzers = new FailureAnalyzers(context); prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
// 核心点：会打印springboot的启动标志，直到server.port端口启动 refreshContext(context); afterRefresh(context, applicationArguments); listeners.finished(context, null); stopWatch.stop(); if (this.logStartupInfo) { new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass) .logStarted(getApplicationLog(), stopWatch); } return context; } catch (Throwable ex) { handleRunFailure(context, listeners, analyzers, ex); throw new IllegalStateException(ex); } }
3） 创建并配置当前Spring Boot应用将要使用的Environment（包括配置要使用的PropertySource以及Profile）。
private ConfigurableEnvironment prepareEnvironment( SpringApplicationRunListeners listeners, ApplicationArguments applicationArguments) { // Create and configure the environment ConfigurableEnvironment environment = getOrCreateEnvironment(); configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs()); listeners.environmentPrepared(environment); if (!this.webEnvironment) { environment = new EnvironmentConverter(getClassLoader()) .convertToStandardEnvironmentIfNecessary(environment); } return environment; }
4） 遍历调用所有SpringApplicationRunListener的environmentPrepared()的方法，告诉他们：“当前SpringBoot应用使用的Environment准备好了咯！”。
public void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment) { for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) { listener.environmentPrepared(environment); } }
5） 如果SpringApplication的showBanner属性被设置为true，则打印banner。
private Banner printBanner(ConfigurableEnvironment environment) { if (this.bannerMode == Banner.Mode.OFF) { return null; } ResourceLoader resourceLoader = this.resourceLoader != null ? this.resourceLoader : new DefaultResourceLoader(getClassLoader()); SpringApplicationBannerPrinter bannerPrinter = new SpringApplicationBannerPrinter( resourceLoader, this.banner); if (this.bannerMode == Mode.LOG) { return bannerPrinter.print(environment, this.mainApplicationClass, logger); } return bannerPrinter.print(environment, this.mainApplicationClass, System.out); }
6） 根据用户是否明确设置了applicationContextClass类型以及初始化阶段的推断结果，决定该为当前SpringBoot应用创建什么类型的ApplicationContext并创建完成，然后根据条件决定是否添加ShutdownHook，决定是否使用自定义的BeanNameGenerator，决定是否使用自定义的ResourceLoader，当然，最重要的，将之前准备好的Environment设置给创建好的ApplicationContext使用。
7） ApplicationContext创建好之后，SpringApplication会再次借助Spring-FactoriesLoader，查找并加载classpath中所有可用的ApplicationContext-Initializer，然后遍历调用这些ApplicationContextInitializer的initialize（applicationContext）方法来对已经创建好的ApplicationContext进行进一步的处理。
@SuppressWarnings({ "rawtypes", "unchecked" })
protected void applyInitializers(ConfigurableApplicationContext context) {
for (ApplicationContextInitializer initializer : getInitializers()) {
Class<?> requiredType = GenericTypeResolver.resolveTypeArgument(
initializer.getClass(), ApplicationContextInitializer.class);
Assert.isInstanceOf(requiredType, context, "Unable to call initializer.");
initializer.initialize(context);
}
}
8） 遍历调用所有SpringApplicationRunListener的contextPrepared()方法。
private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context, ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners, ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) { context.setEnvironment(environment); postProcessApplicationContext(context); applyInitializers(context); listeners.contextPrepared(context); if (this.logStartupInfo) { logStartupInfo(context.getParent() == null); logStartupProfileInfo(context); } // Add boot specific singleton beans context.getBeanFactory().registerSingleton("springApplicationArguments", applicationArguments); if (printedBanner != null) { context.getBeanFactory().registerSingleton("springBootBanner", printedBanner); } // Load the sources Set<Object> sources = getSources(); Assert.notEmpty(sources, "Sources must not be empty"); load(context, sources.toArray(new Object[sources.size()])); listeners.contextLoaded(context); }
9） 最核心的一步，将之前通过@EnableAutoConfiguration获取的所有配置以及其他形式的IoC容器配置加载到已经准备完毕的ApplicationContext。
private void prepareAnalyzer(ConfigurableApplicationContext context, FailureAnalyzer analyzer) { if (analyzer instanceof BeanFactoryAware) { ((BeanFactoryAware) analyzer).setBeanFactory(context.getBeanFactory()); } }
10） 遍历调用所有SpringApplicationRunListener的contextLoaded()方法。
public void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext context) { for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) { listener.contextLoaded(context); } }
11） 调用ApplicationContext的refresh()方法，完成IoC容器可用的最后一道工序。
private void refreshContext(ConfigurableApplicationContext context) { refresh(context); if (this.registerShutdownHook) { try { context.registerShutdownHook(); } catch (AccessControlException ex) { // Not allowed in some environments. } } }
12） 查找当前ApplicationContext中是否注册有CommandLineRunner，如果有，则遍历执行它们。
private void callRunners(ApplicationContext context, ApplicationArguments args) { List<Object> runners = new ArrayList<Object>(); runners.addAll(context.getBeansOfType(ApplicationRunner.class).values()); runners.addAll(context.getBeansOfType(CommandLineRunner.class).values()); AnnotationAwareOrderComparator.sort(runners); for (Object runner : new LinkedHashSet<Object>(runners)) { if (runner instanceof ApplicationRunner) { callRunner((ApplicationRunner) runner, args); } if (runner instanceof CommandLineRunner) { callRunner((CommandLineRunner) runner, args); } } }
13） 正常情况下，遍历执行SpringApplicationRunListener的finished()方法、（如果整个过程出现异常，则依然调用所有SpringApplicationRunListener的finished()方法，只不过这种情况下会将异常信息一并传入处理）
去除事件通知点后，整个流程如下：
public void finished(ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception) { for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) { callFinishedListener(listener, context, exception); } }
总结
到此，SpringBoot的核心组件完成了基本的解析，综合来看，大部分都是Spring框架背后的一些概念和实践方式，SpringBoot只是在这些概念和实践上对特定的场景事先进行了固化和升华，而也恰恰是这些固化让我们开发基于Sping框架的应用更加方便高效。
