還不懂Spring Boot啓動原理的話，必定要看看！

時間  2020-12-27
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回覆」666「獲取新整理的面試資料web

連接 ：cnblogs.com/xiaoxi/p/7999885.html面試

咱們開發任何一個Spring Boot項目，都會用到以下的啓動類redis

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

從上面代碼能夠看出，Annotation定義（@SpringBootApplication）和類定義（SpringApplication.run）最爲耀眼，因此要揭開SpringBoot的神祕面紗，咱們要從這兩位開始就能夠了。spring

1、SpringBootApplication背後的祕密

@SpringBootApplication註解是Spring Boot的核心註解，它實際上是一個組合註解：sql

@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：數組

  • @Configuration（@SpringBootConfiguration點開查看發現裏面仍是應用了@Configuration）springboot

  • @EnableAutoConfiguration微信

  • @ComponentScanmybatis

即 @SpringBootApplication = (默認屬性)@Configuration + @EnableAutoConfiguration + @ComponentScan。

因此，若是咱們使用以下的SpringBoot啓動類，整個SpringBoot應用依然能夠與以前的啓動類功能對等：

@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，因此寫一個@SpringBootApplication方便點。接下來分別介紹這3個Annotation。

一、@Configuration

這裏的@Configuration對咱們來講不陌生，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，因此，這裏的啓動類標註了@Configuration以後，自己其實也是一個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：

（1）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。

（2）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，其返回值將做爲一個bean定義註冊到Spring的IoC容器，方法名將默認成該bean定義的id。

（3）表達依賴注入關係層面

爲了表達bean與bean之間的依賴關係，在XML形式中通常是這樣：

<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();
    }
}

若是一個bean的定義依賴其餘bean，則直接調用對應的JavaConfig類中依賴bean的建立方法就能夠了。

@Configuration：提到@Configuration就要提到他的搭檔@Bean。使用這兩個註解就能夠建立一個簡單的spring配置類，能夠用來替代相應的xml配置文件。

<beans> 
    <bean id = "car" class="com.test.Car"> 
        <property name="wheel" ref = "wheel"></property> 
    </bean> 
    <bean id = "wheel" class="com.test.Wheel"></bean> 
</beans>

至關於：

@Configuration 
public class Conf { 
    @Bean 
    public Car car() { 
        Car car = new Car(); 
        car.setWheel(wheel()); 
        return car; 
    }

    @Bean 
    public Wheel wheel() { 
        return new Wheel(); 
    } 
}

@Configuration的註解類標識這個類可使用Spring IoC容器做爲bean定義的來源。

@Bean註解告訴Spring，一個帶有@Bean的註解方法將返回一個對象，該對象應該被註冊爲在Spring應用程序上下文中的bean。

二、@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（好比@Component和@Repository等）或者bean定義，最終將這些bean定義加載到IoC容器中。

咱們能夠經過basePackages等屬性來細粒度的定製@ComponentScan自動掃描的範圍，若是不指定，則默認Spring框架實現會從聲明@ComponentScan所在類的package進行掃描。

注：因此SpringBoot的啓動類最好是放在root package下，由於默認不指定basePackages。

三、@EnableAutoConfiguration

我的感受@EnableAutoConfiguration這個Annotation最爲重要，因此放在最後來解讀，你們是否還記得Spring框架提供的各類名字爲@Enable開頭的Annotation定義？好比@EnableScheduling、@EnableCaching、@EnableMBeanExport等，@EnableAutoConfiguration的理念和作事方式其實一脈相承，簡單歸納一下就是，藉助@Import的支持，收集和註冊特定場景相關的bean定義。

@EnableScheduling是經過@Import將Spring調度框架相關的bean定義都加載到IoC容器。
@EnableMBeanExport是經過@Import將JMX相關的bean定義加載到IoC容器。
而@EnableAutoConfiguration也是藉助@Import的幫助，將全部符合自動配置條件的bean定義加載到IoC容器，僅此而已！

@EnableAutoConfiguration會根據類路徑中的jar依賴爲項目進行自動配置，如：添加了spring-boot-starter-web依賴，會自動添加Tomcat和Spring MVC的依賴，Spring Boot會對Tomcat和Spring MVC進行自動配置。

@EnableAutoConfiguration做爲一個複合Annotation，其自身定義關鍵信息以下：

@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)，藉助EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration能夠幫助SpringBoot應用將全部符合條件的@Configuration配置都加載到當前SpringBoot建立並使用的IoC容器。就像一隻「八爪魚」同樣，藉助於Spring框架原有的一個工具類：SpringFactoriesLoader的支持，@EnableAutoConfiguration能夠智能的自動配置功效才得以大功告成！

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，它更可能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做爲查找的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配置文件中摘錄的一段內容，能夠很好地說明問題。

因此，@EnableAutoConfiguration自動配置的魔法騎士就變成了：從classpath中搜尋全部的META-INF/spring.factories配置文件，並將其中org.springframework.boot.autoconfigure.EnableutoConfiguration對應的配置項經過反射（Java Refletion）實例化爲對應的標註了@Configuration的JavaConfig形式的IoC容器配置類，而後彙總爲一個並加載到IoC容器。

2、深刻探索SpringApplication執行流程

SpringApplication的run方法的實現是咱們本次旅程的主要線路，該方法的主要流程大致能夠概括以下：

1） 若是咱們使用的是SpringApplication的靜態run方法，那麼，這個方法裏面首先要建立一個SpringApplication對象實例，而後調用這個建立好的SpringApplication的實例方法。在SpringApplication實例初始化的時候，它會提早作幾件事情：

  • 根據classpath裏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爲Web應用使用的ApplicationContext類型。

  • 使用SpringFactoriesLoader在應用的classpath中查找並加載全部可用的ApplicationContextInitializer。

  • 使用SpringFactoriesLoader在應用的classpath中查找並加載全部可用的ApplicationListener。

  • 推斷並設置main方法的定義類。

2） SpringApplication實例初始化完成而且完成設置後，就開始執行run方法的邏輯了，方法執行伊始，首先遍歷執行全部經過SpringFactoriesLoader能夠查找到並加載的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） 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）。

4） 遍歷調用全部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） 若是SpringApplication的showBanner屬性被設置爲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，決定該爲當前SpringBoot應用建立什麼類型的ApplicationContext並建立完成，而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，固然，最重要的，將以前準備好的Environment設置給建立好的ApplicationContext使用。

7） ApplicationContext建立好以後，SpringApplication會再次藉助Spring-FactoriesLoader，查找並加載classpath中全部可用的ApplicationContext-Initializer，而後遍歷調用這些ApplicationContextInitializer的initialize（applicationContext）方法來對已經建立好的ApplicationContext進行進一步的處理。

8） 遍歷調用全部SpringApplicationRunListener的contextPrepared()方法。

9） 最核心的一步，將以前經過@EnableAutoConfiguration獲取的全部配置以及其餘形式的IoC容器配置加載到已經準備完畢的ApplicationContext。

10） 遍歷調用全部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，若是有，則遍歷執行它們。

13） 正常狀況下，遍歷執行SpringApplicationRunListener的finished()方法、（若是整個過程出現異常，則依然調用全部SpringApplicationRunListener的finished()方法，只不過這種狀況下會將異常信息一併傳入處理）

去除事件通知點後，整個流程以下：


本文以調試一個實際的SpringBoot啓動程序爲例，參考流程中主要類類圖，來分析其啓動邏輯和自動化配置原理。

總覽：

上圖爲SpringBoot啓動結構圖，咱們發現啓動流程主要分爲三個部分：

  • 第一部分進行SpringApplication的初始化模塊，配置一些基本的環境變量、資源、構造器、監聽器；

  • 第二部分實現了應用具體的啓動方案，包括啓動流程的監聽模塊、加載配置環境模塊、及核心的建立上下文環境模塊；

  • 第三部分是自動化配置模塊，該模塊做爲springboot自動配置核心，在後面的分析中會詳細討論。在下面的啓動程序中咱們會串聯起結構中的主要功能。

啓動：

每一個SpringBoot程序都有一個主入口，也就是main方法，main裏面調用SpringApplication.run()啓動整個spring-boot程序，該方法所在類須要使用@SpringBootApplication註解，以及@ImportResource註解(if need)，@SpringBootApplication包括三個註解，功能以下：

  • @EnableAutoConfiguration：SpringBoot根據應用所聲明的依賴來對Spring框架進行自動配置。

  • @SpringBootConfiguration(內部爲@Configuration)：被標註的類等於在spring的XML配置文件中(applicationContext.xml)，裝配全部bean事務，提供了一個spring的上下文環境。

  • @ComponentScan：組件掃描，可自動發現和裝配Bean，默認掃描SpringApplication的run方法裏的Booter.class所在的包路徑下文件，因此最好將該啓動類放到根包路徑下。


SpringBoot啓動類

首先進入run方法

run方法中去建立了一個SpringApplication實例，在該構造方法內，咱們能夠發現其調用了一個初始化的initialize方法

這裏主要是爲SpringApplication對象賦一些初值。構造函數執行完畢後，咱們回到run方法

該方法中實現了以下幾個關鍵步驟：

1.建立了應用的監聽器SpringApplicationRunListeners並開始監聽

2.加載SpringBoot配置環境(ConfigurableEnvironment)，若是是經過web容器發佈，會加載StandardEnvironment，其最終也是繼承了ConfigurableEnvironment，類圖以下

能夠看出，*Environment最終都實現了PropertyResolver接口，咱們平時經過environment對象獲取配置文件中指定Key對應的value方法時，就是調用了propertyResolver接口的getProperty方法

3.配置環境(Environment)加入到監聽器對象中(SpringApplicationRunListeners)

4.建立run方法的返回對象：ConfigurableApplicationContext(應用配置上下文)，咱們能夠看一下建立方法：

方法會先獲取顯式設置的應用上下文(applicationContextClass)，若是不存在，再加載默認的環境配置（經過是不是web environment判斷），默認選擇AnnotationConfigApplicationContext註解上下文（經過掃描全部註解類來加載bean），最後經過BeanUtils實例化上下文對象，並返回。

ConfigurableApplicationContext類圖以下：

主要看其繼承的兩個方向：

  • LifeCycle：生命週期類，定義了start啓動、stop結束、isRunning是否運行中等生命週期空值方法

  • ApplicationContext：應用上下文類，其主要繼承了beanFactory(bean的工廠類)

5.回到run方法內，prepareContext方法將listeners、environment、applicationArguments、banner等重要組件與上下文對象關聯

6.接下來的refreshContext(context)方法(初始化方法以下)將是實現spring-boot-starter-*(mybatis、redis等)自動化配置的關鍵，包括spring.factories的加載，bean的實例化等核心工做。

配置結束後，Springboot作了一些基本的收尾工做，返回了應用環境上下文。回顧總體流程，Springboot的啓動，主要建立了配置環境(environment)、事件監聽(listeners)、應用上下文(applicationContext)，並基於以上條件，在容器中開始實例化咱們須要的Bean，至此，經過SpringBoot啓動的程序已經構造完成，接下來咱們來探討自動化配置是如何實現。

自動化配置：

以前的啓動結構圖中，咱們注意到不管是應用初始化仍是具體的執行過程，都調用了SpringBoot自動配置模塊。

SpringBoot自動配置模塊

該配置模塊的主要使用到了SpringFactoriesLoader，即Spring工廠加載器，該對象提供了loadFactoryNames方法，入參爲factoryClass和classLoader，即須要傳入上圖中的工廠類名稱和對應的類加載器，方法會根據指定的classLoader，加載該類加器搜索路徑下的指定文件，即spring.factories文件，傳入的工廠類爲接口，而文件中對應的類則是接口的實現類，或最終做爲實現類，因此文件中通常爲以下圖這種一對多的類名集合，獲取到這些實現類的類名後，loadFactoryNames方法返回類名集合，方法調用方獲得這些集合後，再經過反射獲取這些類的類對象、構造方法，最終生成實例。

工廠接口與其若干實現類接口名稱

下圖有助於咱們形象理解自動配置流程。

SpringBoot自動化配置關鍵組件關係圖

mybatis-spring-boot-starter、spring-boot-starter-web等組件的META-INF文件下均含有spring.factories文件，自動配置模塊中，SpringFactoriesLoader收集到文件中的類全名並返回一個類全名的數組，返回的類全名經過反射被實例化，就造成了具體的工廠實例，工廠實例來生成組件具體須要的bean。

以前咱們提到了EnableAutoConfiguration註解，其類圖以下：

能夠發現其最終實現了ImportSelector(選擇器)和BeanClassLoaderAware(bean類加載器中間件)，重點關注一下AutoConfigurationImportSelector的selectImports方法。

該方法在springboot啓動流程——bean實例化前被執行，返回要實例化的類信息列表。咱們知道，若是獲取到類信息，spring天然能夠經過類加載器將類加載到jvm中，如今咱們已經經過spring-boot的starter依賴方式依賴了咱們須要的組件，那麼這些組建的類信息在select方法中也是能夠被獲取到的，不要急咱們繼續向下分析。

該方法中的getCandidateConfigurations方法，經過方法註釋瞭解到，其返回一個自動配置類的類名列表，方法調用了loadFactoryNames方法，查看該方法

在上面的代碼能夠看到自動配置器會根據傳入的factoryClass.getName()到項目系統路徑下全部的spring.factories文件中找到相應的key，從而加載裏面的類。咱們就選取這個mybatis-spring-boot-autoconfigure下的spring.factories文件

進入org.mybatis.spring.boot.autoconfigure.MybatisAutoConfiguration中，主要看一下類頭：

發現Spring的@Configuration，儼然是一個經過註解標註的springBean，繼續向下看，

  • @ConditionalOnClass({ SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class})：當存在SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class這兩個類時才解析MybatisAutoConfiguration配置類，不然不解析這一個配置類，make sence，咱們須要mybatis爲咱們返回會話對象，就必須有會話工廠相關類。

  • @CondtionalOnBean(DataSource.class)：只有處理已經被聲明爲bean的dataSource。

  • @ConditionalOnMissingBean(MapperFactoryBean.class)這個註解的意思是若是容器中不存在name指定的bean則建立bean注入，不然不執行（該類源碼較長，篇幅限制不全粘貼）

以上配置能夠保證sqlSessionFactory、sqlSessionTemplate、dataSource等mybatis所需的組件都可被自動配置，@Configuration註解已經提供了Spring的上下文環境，因此以上組件的配置方式與Spring啓動時經過mybatis.xml文件進行配置起到一個效果。

經過分析咱們能夠發現，只要一個基於SpringBoot項目的類路徑下存在SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class，而且容器中已經註冊了dataSourceBean，就能夠觸發自動化配置，意思說咱們只要在maven的項目中加入了mybatis所須要的若干依賴，就能夠觸發自動配置，但引入mybatis原生依賴的話，每集成一個功能都要去修改其自動化配置類，那就得不到開箱即用的效果了。

因此Spring-boot爲咱們提供了統一的starter能夠直接配置好相關的類，觸發自動配置所需的依賴(mybatis)以下：

這裏是截取的mybatis-spring-boot-starter的源碼中pom.xml文件中全部依賴：

由於maven依賴的傳遞性，咱們只要依賴starter就能夠依賴到全部須要自動配置的類，實現開箱即用的功能。也體現出Springboot簡化了Spring框架帶來的大量XML配置以及複雜的依賴管理，讓開發人員能夠更加關注業務邏輯的開發。



   
   
    
    
             
    

   
 
 
    
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