springboot之启动原理解析及源码阅读

前言

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

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

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

@Target(ElementType.TYPE)            // 注解的适用范围,其中TYPE用于描述类、接口(包括包注解类型)或enum声明
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)  // 注解的生命周期,保留到class文件中(三个生命周期)
@Documented                          // 表明这个注解应该被javadoc记录
@Inherited                           // 子类可以继承该注解
@SpringBootConfiguration             // 继承了Configuration,表示当前是注解类
@EnableAutoConfiguration             // 开启springboot的注解功能,springboot的四大神器之一,其借助@import的帮助
@ComponentScan(excludeFilters = {    // 扫描路径设置(具体使用待确认)
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {
...
}

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:

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

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:
<?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定义-->
</beans>

而基于JavaConfig的配置方式是这样:

@Configuration
public class MockConfiguration{
    //bean定义
}

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

而基于JavaConfig的配置形式是这样的:

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

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:
<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl">
    <propery name ="dependencyService" ref="dependencyService" />
</bean>

<bean id="dependencyService" class="DependencyServiceImpl"></bean>

而基于JavaConfig的配置形式是这样的:

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

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。

@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:

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

两个比较重要的注解:

  • @AutoConfigurationPackage:自动配置包

  • @Import: 导入自动配置的组件

AutoConfigurationPackage注解:

复制代码
1     static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {
2 
3         @Override
4         public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata,
5                 BeanDefinitionRegistry registry) {
6             register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());
7         }
复制代码

它其实是注册了一个Bean的定义。

new PackageImport(metadata).getPackageName(),它其实返回了当前主程序类的 同级以及子级     的包组件

以上图为例,DemoApplication是和demo包同级,但是demo2这个类是DemoApplication的父级,和example包同级

也就是说,DemoApplication启动加载的Bean中,并不会加载demo2,这也就是为什么,我们要把DemoApplication放在项目的最高级中

Import(AutoConfigurationImportSelector.class)注解:

可以从图中看出  AutoConfigurationImportSelector 继承了 DeferredImportSelector 继承了 ImportSelector

ImportSelector有一个方法为: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,它其实是去加载  public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";外部文件。这个外部文件,有很多自动配置的类。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。

 

 

自动配置幕后英雄:SpringFactoriesLoader详解

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!

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。

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。


SpringBoot的启动原理基本算是讲完了,为了方便记忆,我根据上面的分析画了张图

 

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:

public static ConfigurableApplicationContext run(Object[] sources, String[] args) {
        return new SpringApplication(sources).run(args);
    }
  • 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。
@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!”。

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);
       // 核心点:会打印springboot的启动标志,直到server.port端口启动 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) 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)。

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!”。

public void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment) {
        for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) {
            listener.environmentPrepared(environment);
        }
    }

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

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

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context,
            ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners,
            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,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。

private void prepareAnalyzer(ConfigurableApplicationContext context,
            FailureAnalyzer analyzer) {
        if (analyzer instanceof BeanFactoryAware) {
            ((BeanFactoryAware) analyzer).setBeanFactory(context.getBeanFactory());
        }
    }

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

public void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext context) {
        for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) {
            listener.contextLoaded(context);
        }
    }

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

private void refreshContext(ConfigurableApplicationContext context) {
        refresh(context);
        if (this.registerShutdownHook) {
            try {
                context.registerShutdownHook();
            }
            catch (AccessControlException ex) {
                // Not allowed in some environments.
            }
        }
    }

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

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:

public void finished(ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception) {
        for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) {
            callFinishedListener(listener, context, exception);
        }
    }

 

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。

posted @ 2018-01-03 17:51  那啥快看  阅读(...)  评论(... 编辑 收藏