SpringBoot-啓動原理（一）

1、開發任何一個Spring Boot項目，都會用到以下的啓動類

@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。

一、SpringBootApplication

@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 {
...
}

（1）@Target：

        說明了Annotation所修飾的對象範圍：Annotation可被用於 packages、types（類、接口、枚舉、Annotation類型）、類型成員（方法、構造方法、成員變量、枚舉值）、方法參數和本地變量（如循環變量、catch參數）。在Annotation類型的聲明中使用了target可更加明晰其修飾的目標。

        做用：用於描述註解的使用範圍（即：被描述的註解能夠用在什麼地方）

        取值(ElementType)有：

　　　　1.CONSTRUCTOR:用於描述構造器
　　　　2.FIELD:用於描述域
　　　　3.LOCAL_VARIABLE:用於描述局部變量
　　　　4.METHOD:用於描述方法
　　　　5.PACKAGE:用於描述包
　　　　6.PARAMETER:用於描述參數
　　　　7.TYPE:用於描述類、接口(包括註解類型) 或enum聲明

        使用實例：

@Target(ElementType.TYPE)
public @interface Table {
    /**
     * 數據表名稱註解，默認值爲類名稱
     * @return
     */
    public String tableName() default "className";
}

@Target(ElementType.FIELD)
public @interface NoDBColumn {

}

       註解Table 能夠用於註解類、接口(包括註解類型) 或enum聲明,而註解NoDBColumn僅可用於註解類的成員變量。

（2）@Retention：

       定義了該Annotation被保留的時間長短：某些Annotation僅出如今源代碼中，而被編譯器丟棄；而另外一些卻被編譯在class文件中；編譯在class文件中的Annotation可能會被虛擬機忽略，而另外一些在class被裝載時將被讀取（請注意並不影響class的執行，由於Annotation與class在使用上是被分離的）。使用這個meta-Annotation能夠對 Annotation的「生命週期」限制。

      做用：表示須要在什麼級別保存該註釋信息，用於描述註解的生命週期（即：被描述的註解在什麼範圍內有效）

      取值（RetentionPoicy）有：

　　　　1.SOURCE:在源文件中有效（即源文件保留）
　　　　2.CLASS:在class文件中有效（即class保留）
　　　　3.RUNTIME:在運行時有效（即運行時保留）

      Retention meta-annotation類型有惟一的value做爲成員，它的取值來自java.lang.annotation.RetentionPolicy的枚舉類型值。具體實例以下：

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface Column {
    public String name() default "fieldName";
    public String setFuncName() default "setField";
    public String getFuncName() default "getField"; 
    public boolean defaultDBValue() default false;
}

      Column註解的的RetentionPolicy的屬性值是RUTIME,這樣註解處理器能夠經過反射，獲取到該註解的屬性值，從而去作一些運行時的邏輯處理。

（3）@Documented:

      @Documented用於描述其它類型的annotation應該被做爲被標註的程序成員的公共API，所以能夠被例如javadoc此類的工具文檔化。Documented是一個標記註解，沒有成員。    

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface Column {
    public String name() default "fieldName";
    public String setFuncName() default "setField";
    public String getFuncName() default "getField"; 
    public boolean defaultDBValue() default false;
}

（4）@Inherited：

       @Inherited 元註解是一個標記註解，@Inherited闡述了某個被標註的類型是被繼承的。若是一個使用了@Inherited修飾的annotation類型被用於一個class，則這個annotation將被用於該class的子類。

       注意：@Inherited annotation類型是被標註過的class的子類所繼承。類並不從它所實現的接口繼承annotation，方法並不從它所重載的方法繼承annotation。

　　當@Inherited annotation類型標註的annotation的Retention是RetentionPolicy.RUNTIME，則反射API加強了這種繼承性。若是咱們使用java.lang.reflect去查詢一個@Inherited annotation類型的annotation時，反射代碼檢查將展開工做：檢查class和其父類，直到發現指定的annotation類型被發現，或者到達類繼承結構的頂層。

/**
 * 
 * @author peida
 *
 */
@Inherited
public @interface Greeting {
    public enum FontColor{ BULE,RED,GREEN};
    String name();
    FontColor fontColor() default FontColor.GREEN;
}

（5）自定義註解：

        使用@interface自定義註解時，自動繼承了java.lang.annotation.Annotation接口，由編譯程序自動完成其餘細節。在定義註解時，不能繼承其餘的註解或接口。@interface用來聲明一個註解，其中的每個方法其實是聲明瞭一個配置參數。方法的名稱就是參數的名稱，返回值類型就是參數的類型（返回值類型只能是基本類型、Class、String、enum）。能夠經過default來聲明參數的默認值。

        定義註解格式：
　　 public @interface 註解名 {定義體}

        註解參數的可支持數據類型：

　　　　1.全部基本數據類型（int,float,boolean,byte,double,char,long,short)
　　　　2.String類型
　　　　3.Class類型
　　　　4.enum類型
　　　　5.Annotation類型
　　　　6.以上全部類型的數組

       Annotation類型裏面的參數該怎麼設定: 
　　      第一,只能用public或默認(default)這兩個訪問權修飾.例如,String value();這裏把方法設爲defaul默認類型；　 　
　　      第二,參數成員只能用基本類型byte,short,char,int,long,float,double,boolean八種基本數據類型和 String,Enum,Class,annotations等數據類型,以及這一些類型的數組.例如,String value();這裏的參數成員就爲String;　　
　　      第三,若是隻有一個參數成員,最好把參數名稱設爲"value",後加小括號.例:下面的例子FruitName註解就只有一個參數成員。

       簡單的自定義註解和使用註解實例：

package annotation;

import java.lang.annotation.Documented;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

/**
 * 水果名稱註解
 * @author peida
 *
 */
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface FruitName {
    String value() default "";
}

package annotation;

import java.lang.annotation.Documented;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

/**
 * 水果顏色註解
 * @author peida
 *
 */
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface FruitColor {
    /**
     * 顏色枚舉
     * @author peida
     *
     */
    public enum Color{ BULE,RED,GREEN};
    
    /**
     * 顏色屬性
     * @return
     */
    Color fruitColor() default Color.GREEN;

}

package annotation;

import annotation.FruitColor.Color;

public class Apple {
    
    @FruitName("Apple")
    private String appleName;
    
    @FruitColor(fruitColor=Color.RED)
    private String appleColor;
    
    
    
    
    public void setAppleColor(String appleColor) {
        this.appleColor = appleColor;
    }
    public String getAppleColor() {
        return appleColor;
    }
    
    
    public void setAppleName(String appleName) {
        this.appleName = appleName;
    }
    public String getAppleName() {
        return appleName;
    }
    
    public void displayName(){
        System.out.println("水果的名字是：蘋果");
    }
}

       註解元素的默認值：

　　註解元素必須有肯定的值，要麼在定義註解的默認值中指定，要麼在使用註解時指定，非基本類型的註解元素的值不可爲null。所以, 使用空字符串或0做爲默認值是一種經常使用的作法。這個約束使得處理器很難表現一個元素的存在或缺失的狀態，由於每一個註解的聲明中，全部元素都存在，而且都具備相應的值，爲了繞開這個約束，咱們只能定義一些特殊的值，例如空字符串或者負數，一次表示某個元素不存在，在定義註解時，這已經成爲一個習慣用法。例如：

package annotation;

import java.lang.annotation.Documented;
import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

/**
 * 水果供應者註解
 * @author peida
 *
 */
@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface FruitProvider {
    /**
     * 供應商編號
     * @return
     */
    public int id() default -1;
    
    /**
     * 供應商名稱
     * @return
     */
    public String name() default "";
    
    /**
     * 供應商地址
     * @return
     */
    public String address() default "";
}

      定義了註解，並在須要的時候給相關類，類屬性加上註解信息，若是沒有響應的註解信息處理流程，註解能夠說是沒有實用價值。如何讓註解真真的發揮做用，主要就在於註解處理方法，下一步咱們將學習註解信息的獲取和處理！

      註解的使用：

      第一步：新建一個annotation，名字爲：MyAnnotation.java。

package com.dragon.test.annotation;

import java.lang.annotation.ElementType;
import java.lang.annotation.Retention;
import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
import java.lang.annotation.Target;

/**
 * Created by gmq on 2015/9/10.
 */
@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MyAnnotation
{

    String hello () default "hello";
    String world();
}

     第二步：創建一個MyTest.java 來使用上面的annotation。

package com.dragon.test.annotation;

/**
 * Created by gmq on 2015/9/10.
 */
public class MyTest
{

    @MyAnnotation(hello = "Hello,Beijing",world = "Hello,world")
    public void output() {
        System.out.println("method output is running ");
    }
}

    第三步：用反射機制來調用註解中的內容

package com.dragon.test.annotation;

import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.Method;

/**
 * 用反射機制來調用註解中的內容
 * Created by gmq on 2015/9/10.
 */
public class MyReflection
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        // 得到要調用的類
        Class<MyTest> myTestClass = MyTest.class;
        // 得到要調用的方法，output是要調用的方法名字，new Class[]{}爲所須要的參數。空則不是這種
        Method method = myTestClass.getMethod("output", new Class[]{});
        // 是否有類型爲MyAnnotation的註解
        if (method.isAnnotationPresent(MyAnnotation.class))
        {
            // 得到註解
            MyAnnotation annotation = method.getAnnotation(MyAnnotation.class);
            // 調用註解的內容
            System.out.println(annotation.hello());
            System.out.println(annotation.world());
        }
        System.out.println("----------------------------------");
        // 得到全部註解。必須是runtime類型的
        Annotation[] annotations = method.getAnnotations();
        for (Annotation annotation : annotations)
        {
            // 遍歷全部註解的名字
            System.out.println(annotation.annotationType().getName());
        }
    }
}

      輸出：

      Hello,Beijing
      Hello,world
      ----------------------------------
      com.dragon.test.annotation.MyAnnotation

===================================================================================

      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點開查看發現裏面仍是應用了@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。

二、@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。

三、@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。

四、@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！

   （1）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、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：

總結

      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昇華，而也偏偏是這些固化讓咱們開發基於Sping框架的應用更加方便高效。