SpringBoot启动原理及相关流程

一、springboot启动原理及相关流程概览

springboot是基于spring的新型的轻量级框架,最厉害的地方当属自动配置。那我们就可以根据启动流程和相关原理来看看,如何实现传奇的自动配置


二、springboot的启动类入口

用过springboot的技术人员很显而易见的两者之间的差别就是视觉上很直观的:springboot有自己独立的启动类(独立程序)

@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。

三、单单是SpringBootApplication接口用到了这些注解

@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 {

...

}

在其中比较重要的有三个注解,分别是:

1)@SpringBootConfiguration // 继承了Configuration,表示当前是注解类

2)@EnableAutoConfiguration // 开启springboot的注解功能,springboot的四大神器之一,其借助@import的帮助

3)@ComponentScan(excludeFilters = { // 扫描路径设置(具体使用待确认)

 接下来对三个注解一一详解,增加对springbootApplication的理解

1)@Configuration注解

按照原来xml配置文件的形式,在springboot中我们大多用配置类来解决配置问题

配置bean方式的不同:

a)xml配置文件的形式配置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定义-->

</beans>

b)javaconfiguration的配置形式配置bean

@Configuration

public class MockConfiguration{

    //bean定义

}

注入bean方式的不同:

a)xml配置文件的形式注入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bean之间依赖关系的不同:

a)xml配置文件的形式表达依赖关系

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

<propery name ="dependencyService" ref="dependencyService" />

</bean>

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

b)javaconfiguration配置的形式表达依赖关系

@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。

2) @ComponentScan注解

作用:a)对应xml配置中的元素;

b) 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;

c) 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。

1

注:所以SpringBoot的启动类最好是放在root package下,因为默认不指定basePackages。

3) @EnableAutoConfiguration

此注解顾名思义是可以自动配置,所以应该是springboot中最为重要的注解。

在spring框架中就提供了各种以@Enable开头的注解,例如: @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【定时任务、时间调度任务】

@EnableMBeanExport是通过@Import将JMX相关的bean定义加载到IoC容器【监控JVM运行时状态】

 @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。

@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【重点注解】

@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)【重点注解】

public @interface EnableAutoConfiguration {

...

}

其中最重要的两个注解已经标注:1、@AutoConfigurationPackage【重点注解】2、@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)【重点注解】

  当然还有其中比较重要的一个类就是:EnableAutoConfigurationImportSelector.class

AutoConfigurationPackage注解:

static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {


@Override

public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata,BeanDefinitionRegistry registry) {

register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());

}

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。

 四、springboot启动流程概览图


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,<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,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。

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