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spring boot 啟動原理剖析

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準備

SpringBoot為我們做的自動配置,確實方便快捷,若不大明白SpringBoot內部啟動原理,以後難免會吃虧,所以這次博主就跟你們一起一步步揭開SpringBoot的神秘面紗,讓它不再神秘。

旅程開始

開發任何一個SpringBoot項目,都會用到如下啟動類:

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

從上面代碼可以看出,Annotation定義

(@SpringBootApplication)和類定義(SpringApplication.run)最為耀眼,所以要揭開SpringBoot的神秘面紗,我們要從這兩位開始就可以了。

@SpringBootApplication開始:

@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進行了原信息標註,但實際上重要的只有三個Annotation:

  • @Configuration(@SpringBootConfiguration點開查看發現裏面還是應用了@Configuration)
  • @EnableAutoConfiguration
  • @ComponentScan

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

@Configuration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan
public 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。

@Configuration

這裏的@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社區推薦使用基於JavaConfig的配置形式,所以,這裏的啟動類標註了@Configuration之後,本身其實也是一個IoC容器的配置類。
舉幾個簡單例子回顧下,XML跟config配置方式的區別:

    • 表達形式層面
      基於XML配置的方式是這樣:

<?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定義-->
</beans>

而基於JavaConfig的配置方式是這樣:

@Configuration
public class MockConfiguration{
    //bean定義
}

任何一個標註了@Configuration的Java類定義都是一個JavaConfig配置類。

      • 註冊bean定義層面
        基於XML的配置形式是這樣:

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

而基於JavaConfig的配置形式是這樣的:

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

任何一個標註了@Bean的方法,其返回值將作為一個bean定義註冊到Spring的IoC容器,方法名將默認成該bean定義的id。

    • 表達依賴註入關系層面
      為了表達bean與bean之間的依賴關系,在XML形式中一般是這樣:
    • <bean id="mockService" class="..MockServiceImpl">
          <propery name ="dependencyService" ref="dependencyService" />
      </bean>
      
      <bean id="dependencyService" class="DependencyServiceImpl"></bean>

      而基於JavaConfig的配置形式是這樣的:

      @Configuration
      public 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,則直接調用對應的JavaConfig類中依賴bean的創建方法就可以了。

@ComponentScan

@ComponentScan這個註解在Spring中很重要,它對應XML配置中的元素,@ComponentScan的功能其實就是自動掃描並加載符合條件的組件(比如@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自動掃描的範圍,如果不指定,則默認Spring框架實現會從聲明@ComponentScan所在類的package進行掃描。

註:所以SpringBoot的啟動類最好是放在root package下,因為默認不指定basePackages。

@EnableAutoConfiguration

個人感覺@EnableAutoConfiguration這個Annotation最為重要,所以放在最後來解讀,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?比如@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,借助@Import的支持,收集和註冊特定場景相關的bean定義。

  • @EnableScheduling是通過@Import將Spring調度框架相關的bean定義都加載到IoC容器。
  • @EnableMBeanExport是通過@Import將JMX相關的bean定義加載到IoC容器。

而@EnableAutoConfiguration也是借助@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作為一個復合Annotation,其自身定義關鍵信息如下:

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

其中,最關鍵的要屬@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class),借助EnableAutoConfigurationImportSelector,@EnableAutoConfiguration可以幫助SpringBoot應用將所有符合條件的@Configuration配置都加載到當前SpringBoot創建並使用的IoC容器。就像一只“八爪魚”一樣

借助於Spring框架原有的一個工具類:SpringFactoriesLoader的支持,@EnableAutoConfiguration可以智能的自動配置功效才得以大功告成!

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自動配置幕後英雄:SpringFactoriesLoader詳解
SpringFactoriesLoader屬於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 <T> List<T> loadFactories(Class<T> factoryClass, ClassLoader classLoader) {
        ...
    }


    public static List<String> 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@EnableAutoConfiguration的完整類名org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration作為查找的Key,獲取對應的一組@Configuration類

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上圖就是從SpringBoot的autoconfigure依賴包中的META-INF/spring.factories配置文件中摘錄的一段內容,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classpath中搜尋所有的META-INF/spring.factories配置文件,並將其中org.springframework.boot.autoconfigure.EnableutoConfiguration對應的配置項通過反射(Java Refletion)實例化為對應的標註了@Configuration的JavaConfig形式的IoC容器配置類,然後匯總為一個並加載到IoC容器。

深入探索SpringApplication執行流程

SpringApplication的run方法的實現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run方法,那麽,這個方法裏面首先要創建一個SpringApplication對象實例,然後調用這個創建好的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classpath裏面是否存在某個特征類(org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext)來決定是否應該創建一個為Web應用使用的ApplicationContext類型。
  • 使用SpringFactoriesLoader在應用的classpath中查找並加載所有可用的ApplicationContextInitializer。
  • 使用SpringFactoriesLoader在應用的classpath中查找並加載所有可用的ApplicationListener。
  • 推斷並設置main方法的定義類。

2) SpringApplication實例初始化完成並且完成設置後,就開始執行run方法的邏輯了,方法執行伊始,首先遍歷執行所有通過SpringFactoriesLoader可以查找到並加載的SpringApplicationRunListener。調用它們的started()方法,告訴這些SpringApplicationRunListener,“嘿,SpringBoot應用要開始執行咯!”。

3) 創建並配置當前Spring Boot應用將要使用的Environment(包括配置要使用的PropertySource以及Profile)。

4) 遍歷調用所有SpringApplicationRunListener的environmentPrepared()的方法,告訴他們:“當前SpringBoot應用使用的Environment準備好了咯!”。

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

6) 根據用戶是否明確設置了applicationContextClass類型以及初始化階段的推斷結果,決定該為當前SpringBoot應用創建什麽類型的ApplicationContext並創建完成,然後根據條件決定是否添加ShutdownHook,決定是否使用自定義的BeanNameGenerator,決定是否使用自定義的ResourceLoader,當然,最重要的,將之前準備好的Environment設置給創建好的ApplicationContext使用。

7) ApplicationContext創建好之後,SpringApplication會再次借助Spring-FactoriesLoader,查找並加載classpath中所有可用的ApplicationContext-Initializer,然後遍歷調用這些ApplicationContextInitializer的initialize(applicationContext)方法來對已經創建好的ApplicationContext進行進一步的處理。

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

9) 最核心的一步,將之前通過@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準備完畢的ApplicationContext。

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

11) 調用ApplicationContext的refresh()方法,完成IoC容器可用的最後一道工序。

12) 查找當前ApplicationContext中是否註冊有CommandLineRunner,如果有,則遍歷執行它們。

13) 正常情況下,遍歷執行SpringApplicationRunListener的finished()方法、(如果整個過程出現異常,則依然調用所有SpringApplicationRunListener的finished()方法,只不過這種情況下會將異常信息一並傳入處理)
去除事件通知點後,整個流程如下:

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旅程結束

到此,SpringBoot的核心組件完成了基本的解析,綜合來看,大部分都是Spring框架背後的一些概念和實踐方式,SpringBoot只是在這些概念和實踐上對特定的場景事先進行了固化和升華,而也恰恰是這些固化讓我們開發基於Sping框架的應用更加方便高效。

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