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Spring Boot干货系列：（三）启动原理解析

Spring Boot 干货系列：（三）启动原理解析

2017-03-13 嘟嘟 MD 嘟爷 java 超神学堂

前言

前面几章我们见识了 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

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

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：

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：

而基于 JavaConfig 的配置方式是这样：

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：

而基于 JavaConfig 的配置形式是这样的：

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：

而基于 JavaConfig 的配置形式是这样的：

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：

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

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！

自动配置幕后英雄：SpringFactoriesLoader 详解

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。

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。

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：

  • 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。

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！”。

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）。

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！”。

5） 如果 SpringApplication 的 showBanner 属性被设置为 true，则打印 banner。

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。

8） 遍历调用所有 SpringApplicationRunListener 的 contextPrepared() 方法。

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。

10） 遍历调用所有 SpringApplicationRunListener 的 contextLoaded() 方法。

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

12） 查找当前 ApplicationContext 中是否注册有 CommandLineRunner，如果有，则遍历执行它们。

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：

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。