SpringBoot启动原理分析

用了差不多两年的SpringBoot了，可以说对SpringBoot已经很熟了，但是仔细一想SpringBoot的启动流程，还是让自己有点懵逼，不得不说是自己工作和学习的失误，所以以此文对SpringBoot的启动流程略作记录。

此文的SpringBoot启动流程分析是基于SpringBoot 1.x的，SpringBoot 2.x的启动流程与1.x的略有不同，后续再进行补充分析。

核心注解@SpringBootApplication

每个SpringBoot应用，都有一个入口类，标注@SpringBootApplication注解。

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

点开@SpringBootApplication的源码，可以看到这个注解其实包含了@SpringBootConfiguration，@EnableAutoConfiguration，@ComponentScan三个注解。

下面对这三个注解简单解释解释。

@SpringBootConfiguration

对于这个注解不做解释，将这个注解点进去，发现还有@Configuration注解，对于@Configuration注解，用过Spring或SpringBoot的基本上都不陌生，标注了@Configuration的类相当于Spring中的配置XML，不过SpringBoot社区推荐使用JavaConfig，所以@Configuration就构建出了一个基础JavaConfig的Ioc容器。
@EnableAutoConfiguration

Spring中有很多Enable*的注解，表示开启某项东西，如@EnableSchuduling。所以看这个注解的名字就知道是开启自动配置。这是一个复合注解，其中最主要的还是@Import，借助于EnableAutoConfigurationImportSelector，将所有符合自动配置条件的Bean加载到Ioc容器里。

SpringBoot加载自动配置的方式有两种（目前我知道的）：
- 在classpath下新建META-INF/spring.factories文件，将标注了@Configuration的类的全路径配置到此文件中，如：
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  org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
  com.quartz.config.QuartzBeanConfiguration,\
  com.quartz.config.QuartzAutoConfiguration
  在启动时，通过SpringFactoriesLoader工具类，将所有META-INF目录下的spring.factories文件中的配置类加载到Ioc容器里。
- 使用@Import，将配置类加载到Ioc容器里。
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  @Target(ElementType.TYPE)
  @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
  @Documented
  @Import({QuartzAutoConfiguration.class})
  public @interface EnableQuartz {
  }
  使用@Import导入的类必须满足以下任意一个要求：
  1. 导入的类使用@Configuration进行标注
  2. 导入的类中至少有一个使用@Bean标准的方法
  3. 导入的类实现了ImportSelector接口
  4. 导入的类实现了ImportBeanDefinitionRegistrar接口
@ComponentScan

看到这个注解，可以回想一下以前使用SpringMVC时，xml配置文件里的一个标签
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<context:component-scan base-package="" />
不过这个注解一般不需要手动指定扫描的包路径，它默认会从标注了@ComponentScan的类所在包往下查找，将标注了如@Component，@Service等Bean加载到Ioc容器里。

自动配置核心类SpringFactoriesLoader

上面在说@EnableAutoConfiguration的时候有说META-INF下的spring.factories文件，那么这个文件是怎么被spring加载到的呢，其实就是SpringFactoriesLoader类。

SpringFactoriesLoader是一个供Spring内部使用的通用工厂装载器，SpringFactoriesLoader里有两个方法，

// 加载工厂类并实例化
public static <T> List<T> loadFactories(Class<T> factoryClass, ClassLoader classLoader) {}
// 加载工厂类的类名
public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, ClassLoader classLoader) {}

在这个SpringBoot应用启动过程中，SpringFactoriesLoader做了以下几件事：

加载所有META-INF/spring.factories中的Initializer
加载所有META-INF/spring.factories中的Listener
加载EnvironmentPostProcessor（允许在Spring应用构建之前定制环境配置）
接下来加载Properties和YAML的PropertySourceLoader（针对SpringBoot的两种配置文件的加载器）
各种异常情况的FailureAnalyzer（异常解释器）
加载SpringBoot内部实现的各种AutoConfiguration
模板引擎TemplateAvailabilityProvider（如Freemarker、Thymeleaf、Jsp、Velocity等）

总得来说，SpringFactoriesLoader和@EnableAutoConfiguration配合起来，整体功能就是查找spring.factories文件，加载自动配置类。

整体启动流程

在我们执行入口类的main方法之后，运行SpringApplication.run，后面new了一个SpringApplication对象，然后执行它的run方法。

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

初始化SpringApplication类

创建一个SpringApplication对象时，会调用它自己的initialize方法

private void initialize(Object[] sources) {
	if (sources != null && sources.length > 0) {
		this.sources.addAll(Arrays.asList(sources));
	}
  	// 根据标志类javax.servlet.Servlet,org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext是否存在，判断是否是web环境
	this.webEnvironment = deduceWebEnvironment();
  	// 通过SpringFactoriesLoader，获取到所有META-INF/spring.factories中的ApplicationContextInitializer，并实例化
	setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(
			ApplicationContextInitializer.class));
  	// 通过SpringFactoriesLoader，获取到所有META-INF/spring.factories中的ApplicationListener，并实例化
	setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
  	// 获取执行当前main方法的类，也就是启动类
	this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
}

注： 各方法内部执行逻辑就不做说明了，比较简单，需要的读者可自行点进源码查看

根据classpath里是否存在某个特征类(javax.servlet.Servlet,org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext)来判断是否需要创建一个为Web应用使用的ApplicationContext。
使用SpringFactoriesLoader在应用的classpath下的所有META-INF/spring.factories中查找并加载所有可用的ApplicationContextInitializer。
使用SpringFactoriesLoader在应用的classpath下的所有META-INF/spring.factories中查找并加载所有可用的ApplicationListener。
设置main方法的定义类

执行核心run方法

初始化initialize方法执行完之后，会调用run方法，开始启动SpringBoot。

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
  	// 启动任务执行的时间监听器
	StopWatch stopWatch = new StopWatch();
	stopWatch.start();

	ConfigurableApplicationContext context = null;
	FailureAnalyzers analyzers = null;
  	// 设置系统java.awt.headless属性，确定是否开启headless模式(默认开启headless模式)
	configureHeadlessProperty();
  	// 通过SpringFactoriesLoader，获取到所有META-INF/spring.factories下的SpringApplicationRunListeners并实例化
	SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
  	// 开始广播启动
	listeners.started();
	try {
        // 创建SpringBoot默认启动参数对象
		ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
        // 根据启动参数创建并配置Environment(所有有效的配置，如Profile)，并遍历所有的listeners，广播启动环境已准备
		ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,applicationArguments);
        // 打印启动图案
		Banner printedBanner = printBanner(environment);
        // 根据标志类(上面有提到过)，创建对应类型的ApplicationContext
		context = createApplicationContext();
        // 创建异常解析器(当启动失败时，由此解析器处理失败结果)
		analyzers = new FailureAnalyzers(context);
        // 准备Spring上下文环境
        // 在这个方法中，主要完成了以下几件事：
        // 	1、设置SpringBoot的环境配置(Environment)
        // 	2、注册Spring Bean名称的序列化器BeanNameGenerator，并设置资源加载器ResourceLoader
        //	3、加载ApplicationContextInitializer初始化器，并进行初始化
        //	4、统一将上面的Environment、BeanNameGenerator、ResourceLoader使用默认的Bean注册器进行注册
		prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,printedBanner);
        // 注册一个关闭Spring容器的钩子
		refreshContext(context);
        // 获取当前所有ApplicationRunner和CommandLineRunner接口的实现类，执行其run方法
        // ApplicationRunner和CommandLineRunner功能基本一样，在Spring容器启动完成时执行，唯一不同的是ApplicationRunner的run方法入参是ApplicationArguments，而CommandLineRunner是String数组
		afterRefresh(context, applicationArguments);
        // 通知所有listener，Spring容器启动完成
		listeners.finished(context, null);
        // 停止时间监听器
		stopWatch.stop();
		if (this.logStartupInfo) {
			new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)
					.logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
		}
		return context;
	} catch (Throwable ex) {
        // 启动有异常时，调用异常解析器解析异常信息，根据异常级别，判断是否退出Spring容器
		handleRunFailure(context, listeners, analyzers, ex);
		throw new IllegalStateException(ex);
	}
}

首先遍历执行所有通过SpringFactoriesLoader，在当前classpath下的META-INF/spring.factories中查找所有可用的SpringApplicationRunListeners并实例化。调用它们的started()方法，通知这些监听器SpringBoot应用启动。
创建并配置当前SpringBoot应用将要使用的Environment，包括当前有效的PropertySource以及Profile。
遍历调用所有的SpringApplicationRunListeners的environmentPrepared()的方法，通知这些监听器SpringBoot应用的Environment已经完成初始化。
打印SpringBoot应用的banner，SpringApplication的showBanner属性为true时，如果classpath下存在banner.txt文件，则打印其内容，否则打印默认banner。
根据启动时设置的applicationContextClass和在initialize方法设置的webEnvironment，创建对应的applicationContext。
创建异常解析器，用在启动中发生异常的时候进行异常处理(包括记录日志、释放资源等)。
设置SpringBoot的Environment，注册Spring Bean名称的序列化器BeanNameGenerator，并设置资源加载器ResourceLoader，通过SpringFactoriesLoader加载ApplicationContextInitializer初始化器，调用initialize方法，对创建的ApplicationContext进一步初始化。
调用所有的SpringApplicationRunListeners的contextPrepared方法，通知这些Listener当前ApplicationContext已经创建完毕。
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。
调用所有的SpringApplicationRunListener的contextLoaded方法，加载准备完毕的ApplicationContext。
调用refreshContext，注册一个关闭Spring容器的钩子ShutdownHook，当程序在停止的时候释放资源（包括：销毁Bean，关闭SpringBean的创建工厂等）

注：钩子可以在以下几种场景中被调用：

1）程序正常退出

2）使用System.exit()

3）终端使用Ctrl+C触发的中断

4）系统关闭

5）使用Kill pid命令杀死进程
获取当前所有ApplicationRunner和CommandLineRunner接口的实现类，执行其run方法
遍历所有的SpringApplicationRunListener的finished()方法，完成SpringBoot的启动。