Spring Boot干货系列:(三)启动原理解析

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

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@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

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@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 {
...
}

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:

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@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:
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    <?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:

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

而基于JavaConfig的配置形式是这样的:

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@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:
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<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:

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@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。

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:

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

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。

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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。

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。

想要查看更多Spring Boot干货教程,可前往:Spring Boot干货系列总纲

参考

本章节大部分参考了《SpringBoot揭秘快速构建为服务体系》这本书的第三章,个人看过的几本书就感觉这本书介绍原理的章节最为透彻,本章也算这本书最精华的部分。所以我没忍住就分享出来给大家学习。当然主要是我也没有这本书的电子版,无法分享给大家了,深表遗憾(。・_・。)ノ


一直觉得自己写的不是技术,而是情怀,一篇篇文章是自己这一路走来的痕迹。靠专业技能的成功是最具可复制性的,希望我的这条路能让你少走弯路,希望我能帮你抹去知识的蒙尘,希望我能帮你理清知识的脉络,希望未来技术之巅上有你也有我,希望大爷你看完打赏点零花钱给我。

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文章目录
  1. 1. 前言
  2. 2. 正文
    1. 2.1. SpringBootApplication背后的秘密
    2. 2.2. @Configuration
    3. 2.3. @ComponentScan
    4. 2.4. @EnableAutoConfiguration
    5. 2.5. 深入探索SpringApplication执行流程
  3. 3. 总结
  4. 4. 参考
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