SpringBoot啟動原理及相關流程
一、springboot啟動原理及相關流程概覽
springboot是基於spring的新型的輕量級框架，最厲害的地方當屬自動配置。那我們就可以根據啟動流程和相關原理來看看，如何實現傳奇的自動配置
二、springboot的啟動類入口
用過springboot的技術人員很顯而易見的兩者之間的差別就是視覺上很直觀的：springboot有自己獨立的啟動類（獨立程式）
@SpringBootApplication
public class Application {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(Application.class, args);
}
}
從上面程式碼可以看出，Annotation定義（@SpringBootApplication）和類定義（SpringApplication.run）最為耀眼，所以要揭開SpringBoot的神祕面紗，我們要從這兩位開始就可以了。
三、單單是SpringBootApplication介面用到了這些註解
@Target(ElementType.TYPE) // 註解的適用範圍，其中TYPE用於描述類、介面（包括包註解型別）或enum宣告
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) // 註解的生命週期，保留到class檔案中（三個生命週期）
@Documented // 表明這個註解應該被javadoc記錄
@Inherited // 子類可以繼承該註解
@SpringBootConfiguration // 繼承了Configuration，表示當前是註解類
@EnableAutoConfiguration // 開啟springboot的註解功能，springboot的四大神器之一，其藉助@import的幫助
@ComponentScan(excludeFilters = { // 掃描路徑設定（具體使用待確認）
@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {
...
}在其中比較重要的有三個註解，分別是：
1）@SpringBootConfiguration // 繼承了Configuration，表示當前是註解類
2）@EnableAutoConfiguration // 開啟springboot的註解功能，springboot的四大神器之一，其藉助@import的幫助
3）@ComponentScan(excludeFilters = { // 掃描路徑設定（具體使用待確認）
接下來對三個註解一一詳解，增加對springbootApplication的理解
1）@Configuration註解
按照原來xml配置檔案的形式，在springboot中我們大多用配置類來解決配置問題
配置bean方式的不同：
a）xml配置檔案的形式配置bean
<?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>
b）javaconfiguration的配置形式配置bean
@Configuration
public class MockConfiguration{
//bean定義
}
注入bean方式的不同：
a）xml配置檔案的形式注入bean
<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl"> ... </bean>
b）javaconfiguration的配置形式注入bean
@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，方法名將預設成該bean定義的id。
表達bean之間依賴關係的不同：
a）xml配置檔案的形式表達依賴關係
<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl"> <propery name ="dependencyService" ref="dependencyService" /> </bean> <bean id="dependencyService" class="DependencyServiceImpl"></bean>
b）javaconfiguration配置的形式表達依賴關係
@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,則直接呼叫對應的JavaConfig類中依賴bean的建立方法就可以了。
2） @ComponentScan註解
作用：a）對應xml配置中的元素；
b） ComponentScan的功能其實就是自動掃描並載入符合條件的元件（比如@Component和@Repository等）或者bean定義;
c) 將這些bean定義載入到IoC容器中.
我們可以通過basePackages等屬性來細粒度的定製@ComponentScan自動掃描的範圍，如果不指定，則預設Spring框架實現會從宣告@ComponentScan所在類的package進行掃描。
1
注：所以SpringBoot的啟動類最好是放在root package下，因為預設不指定basePackages。
3) @EnableAutoConfiguration
此註解顧名思義是可以自動配置，所以應該是springboot中最為重要的註解。
在spring框架中就提供了各種以@Enable開頭的註解，例如： @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，藉助@Import的支援，收集和註冊特定場景相關的bean定義。
- @EnableScheduling是通過@Import將Spring排程框架相關的bean定義都載入到IoC容器【定時任務、時間排程任務】
- @EnableMBeanExport是通過@Import將JMX相關的bean定義載入到IoC容器【監控JVM執行時狀態】
@EnableAutoConfiguration也是藉助@Import的幫助，將所有符合自動配置條件的bean定義載入到IoC容器。
@EnableAutoConfiguration作為一個複合Annotation,其自身定義關鍵資訊如下：
@SuppressWarnings("deprecation")
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage【重點註解】
@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)【重點註解】
public @interface EnableAutoConfiguration {
...
}
其中最重要的兩個註解已經標註：1、@AutoConfigurationPackage【重點註解】2、@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)【重點註解】
當然還有其中比較重要的一個類就是：EnableAutoConfigurationImportSelector.class
AutoConfigurationPackage註解：
static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {
@Override
public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata,BeanDefinitionRegistry registry) {
register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());
}
它其實是註冊了一個Bean的定義。
new PackageImport(metadata).getPackageName()，它其實返回了當前主程式類的 同級以及子級 的包元件。
以上圖為例，DemoApplication是和demo包同級，但是demo2這個類是DemoApplication的父級，和example包同級
也就是說，DemoApplication啟動載入的Bean中，並不會載入demo2，這也就是為什麼，我們要把DemoApplication放在專案的最高階中。
Import(AutoConfigurationImportSelector.class)註解：
可以從圖中看出 AutoConfigurationImportSelector 繼承了 DeferredImportSelector 繼承了 ImportSelector
ImportSelector有一個方法為：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，它其實是去載入 public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";外部檔案。這個外部檔案，有很多自動配置的類。如下：
其中，最關鍵的要屬@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)，藉助EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以幫助SpringBoot應用將所有符合條件的@Configuration配置都載入到當前SpringBoot建立並使用的IoC容器。就像一隻“八爪魚”一樣。
自動配置幕後英雄：SpringFactoriesLoader詳解
藉助於Spring框架原有的一個工具類：SpringFactoriesLoader的支援，@EnableAutoConfiguration可以智慧的自動配置功效才得以大功告成！
SpringFactoriesLoader屬於Spring框架私有的一種擴充套件方案，其主要功能就是從指定的配置檔案META-INF/spring.factories載入配置。
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詢的功能支援，即根據@EnableAutoConfiguration的完整類名org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration作為查詢的Key,獲取對應的一組@Configuration類
上圖就是從SpringBoot的autoconfigure依賴包中的META-INF/spring.factories配置檔案中摘錄的一段內容，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配置檔案，並將其中org.springframework.boot.autoconfigure.EnableutoConfiguration對應的配置項通過反射（Java Refletion）例項化為對應的標註了@Configuration的JavaConfig形式的IoC容器配置類，然後彙總為一個並載入到IoC容器。
四、springboot啟動流程概覽圖
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，那麼，這個方法裡面首先要建立一個SpringApplication物件例項，然後呼叫這個建立好的SpringApplication的例項方法。在SpringApplication例項初始化的時候，它會提前做幾件事情：
public static ConfigurableApplicationContext run(Object[] sources, String[] args) {
return new SpringApplication(sources).run(args);
}
- 根據classpath裡面是否存在某個特徵類（org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext）來決定是否應該建立一個為Web應用使用的ApplicationContext型別。
- 使用SpringFactoriesLoader在應用的classpath中查詢並載入所有可用的ApplicationContextInitializer。
- 使用SpringFactoriesLoader在應用的classpath中查詢並載入所有可用的ApplicationListener。
- 推斷並設定main方法的定義類。
@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例項初始化完成並且完成設定後，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可以查詢到並載入的SpringApplicationRunListener。呼叫它們的started()方法，告訴這些SpringApplicationRunListener，“嘿，SpringBoot應用要開始執行咯！”。
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);
// 核心點：會列印springboot的啟動標誌，直到server.port埠啟動
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） 建立並配置當前Spring Boot應用將要使用的Environment（包括配置要使用的PropertySource以及Profile）。
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） 遍歷呼叫所有SpringApplicationRunListener的environmentPrepared()的方法，告訴他們：“當前SpringBoot應用使用的Environment準備好了咯！”。
public void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment) {
for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) {
listener.environmentPrepared(environment);
}
}
5） 如果SpringApplication的showBanner屬性被設定為true，則列印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） 根據使用者是否明確設定了applicationContextClass型別以及初始化階段的推斷結果，決定該為當前SpringBoot應用建立什麼型別的ApplicationContext並建立完成，然後根據條件決定是否新增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設定給建立好的ApplicationContext使用。
7） ApplicationContext建立好之後，SpringApplication會再次藉助Spring-FactoriesLoader，查詢並載入classpath中所有可用的ApplicationContext-Initializer，然後遍歷呼叫這些ApplicationContextInitializer的initialize（applicationContext）方法來對已經建立好的ApplicationContext進行進一步的處理。
@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） 遍歷呼叫所有SpringApplicationRunListener的contextPrepared()方法。
private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context,ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners,<br>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，將之前通過@EnableAutoConfiguration獲取的所有配置以及其他形式的IoC容器配置載入到已經準備完畢的ApplicationContext。
private void prepareAnalyzer(ConfigurableApplicationContext context,FailureAnalyzer analyzer) {
if (analyzer instanceof BeanFactoryAware) {
((BeanFactoryAware) analyzer).setBeanFactory(context.getBeanFactory());
}
}
10） 遍歷呼叫所有SpringApplicationRunListener的contextLoaded()方法。
public void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext context) {
for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) {
listener.contextLoaded(context);
}
}
11) 呼叫ApplicationContext的refresh()方法，完成IoC容器可用的最後一道工序。
private void refreshContext(ConfigurableApplicationContext context) {
refresh(context);
if (this.registerShutdownHook) {
try {
context.registerShutdownHook();
}catch (AccessControlException ex) {
// Not allowed in some environments.
}
}
}
12） 查詢當前ApplicationContext中是否註冊有CommandLineRunner，如果有，則遍歷執行它們。
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） 正常情況下，遍歷執行SpringApplicationRunListener的finished()方法、（如果整個過程出現異常，則依然呼叫所有SpringApplicationRunListener的finished()方法，只不過這種情況下會將異常資訊一併傳入處理）
去除事件通知點後，整個流程如下：
public void finished(ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception) {
for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) {
callFinishedListener(listener, context, exception);
}
}
總結
到此，SpringBoot的核心元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昇華，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。
歡迎工作一到五年的Java工程師朋友們加入Java程式設計師開發： 721575865
群內提供免費的Java架構學習資料（裡面有高可用、高併發、高效能及分散式、Jvm效能調優、Spring原始碼，MyBatis，Netty,Redis,Kafka,Mysql,Zookeeper,Tomcat,Docker,Dubbo,Nginx等多個知識點的架構資料）合理利用自己每一分每一秒的時間來學習提升自己，不要再用"沒有時間“來掩飾自己思想上的懶惰！趁年輕，使勁拼，給未來的