spring-boot-2.0.3启动源码篇五 - run方法(四)之prepareContext

前言

　　此系列是针对springboot的启动，旨在于和大家一起来看看springboot启动的过程中到底做了一些什么事。如果大家对springboot的源码有所研究，可以挑些自己感兴趣或者对自己有帮助的看；但是如果大家没有研究过springboot的源码，不知道springboot在启动过程中做了些什么，那么我建议大家从头开始一篇一篇按顺序读该系列，不至于从中途插入，看的有些懵懂。当然，文中讲的不对的地方也欢迎大家指出，有待改善的地方也希望大家不吝赐教。老规矩：一周至少一更，中途会不定期的更新一些其他的博客，可能是springboot的源码，也可能是其他的源码解析，也有可能是其他的。

　　路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！

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前情回顾

　　大家还记得上篇博文讲了什么吗，或者说大家知道上篇博文讲了什么吗。这里帮大家做个简单回顾：

　　　　创建web应用上下文，对其部分属性：reader、scanner、beanFactory进行了实例化；reader中实例化了属性conditionEvaluator；scanner中添加了两个AnnotationTypeFilter：一个针对@Component，一个针对@ManagedBean；beanFactory中注册了8个注解配置处理器的Bean。应用上下文类型实际上是AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext，beanFactory的类型是DefaultListableBeanFactory，这两个类型的类图大家重点看下，既是上篇博文的重点，也是接下来系列博客的基点。创建上下文的过程其实还创建了environment，本文中会涉及到environment，大家请留意。

　　　　通过createApplicationContext方法之后，context的包含的主要内容如下：

prepareContext

　　先欣赏下我们的战绩，看看我们对run方法完成了多少的源码解读

/**
 * Run the Spring application, creating and refreshing a new
 * {@link ApplicationContext}.
 * @param args the application arguments (usually passed from a Java main method)
 * @return a running {@link ApplicationContext}
 */
public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    // 秒表，用于记录启动时间；记录每个任务的时间，最后会输出每个任务的总费时
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    // spring应用上下文，也就是我们所说的spring根容器
    ConfigurableApplicationContext context = null;
    // 自定义SpringApplication启动错误的回调接口
    Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();
    // 设置jdk系统属性java.awt.headless，默认情况为true即开启
    configureHeadlessProperty();
    // 获取启动时监听器(EventPublishingRunListener实例)
    SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args)
    // 触发ApplicationStartingEvent事件，启动监听器会被调用，一共5个监听器被调用，但只有两个监听器在此时做了事
    listeners.starting();
    try {
        // 参数封装，也就是在命令行下启动应用带的参数，如--server.port=9000
        ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(
                args);
        // 准备环境：1、加载外部化配置的资源到environment；2、触发ApplicationEnvironmentPreparedEvent事件
        ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,
                applicationArguments);
        // 配置spring.beaninfo.ignore，并添加到名叫systemProperties的PropertySource中；默认为true即开启
        configureIgnoreBeanInfo(environment);
        // 打印banner图
        Banner printedBanner = printBanner(environment);
        // 创建应用上下文，并实例化了其三个属性：reader、scanner和beanFactory
        context = createApplicationContext();
        // 获取异常报道器，即加载spring.factories中的SpringBootExceptionReporter实现类
        exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(
                SpringBootExceptionReporter.class,
                new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);
        // 准备上下文，本文重点
        prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,
                printedBanner);
        refreshContext(context);
        afterRefresh(context, applicationArguments);
        stopWatch.stop();
        if (this.logStartupInfo) {
            new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)
                    .logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
        }
        listeners.started(context);
        callRunners(context, applicationArguments);
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }

    try {
        listeners.running(context);
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
    return context;
}

　　前菜

　　　　exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class,new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);

　　　　　　getSpringFactoriesInstances这个方法在之前已经讲过，就是加载META-INF/spring.factories中指定类型的bean集合。如下图

　　　　SpringBootExceptionReporter是一个回调接口，用于支持对SpringApplication启动错误的自定义报告。

　　　　先根据SpringBootExceptionReporter获取FailureAnalyzers的全限定类名，实例化FailureAnalyzers的时候，再次调用SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames方法获取类型为FailureAnalyzer的名称列表，然后再根据名称列表实例化bean列表。

　　　　bean列表创建好之后，设置bean列表中满足条件的bean的beanFactory和environment，同时也将部分bean应用到context的environment和beanFactory中，代码如下

private void prepareFailureAnalyzers(List<FailureAnalyzer> analyzers,
        ConfigurableApplicationContext context) {
    for (FailureAnalyzer analyzer : analyzers) {
        prepareAnalyzer(context, analyzer);
    }
}

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

　　　　其中NoSuchBeanDefinitionFailureAnalyer bean的setBeanFactory方法

@Override
public void setBeanFactory(BeanFactory beanFactory) throws BeansException {
    Assert.isInstanceOf(ConfigurableListableBeanFactory.class, beanFactory);
    this.beanFactory = (ConfigurableListableBeanFactory) beanFactory;
    this.metadataReaderFactory = new CachingMetadataReaderFactory(
            this.beanFactory.getBeanClassLoader());
    // Get early as won't be accessible once context has failed to start
    this.report = ConditionEvaluationReport.get(this.beanFactory);        // 往beanFactory中注册autoConfigurationReport
}

　　　　　　往beanFactory中注册一个名叫autoConfigurationReport的单例bean（类型是ConditionEvaluationReport），这个bean用于后面自动配置条件评估的详情报告与日志记录。

　　　　exceptionReporters 获取成功后，我们来看看beanFactory的变化

　　正餐

　　　　prepareContext内容不多，源代码如下

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context,
        ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners,
        ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) {
    // 设置上下文的environment
    context.setEnvironment(environment);
    // 应用上下文后处理
    postProcessApplicationContext(context);
    // 在context refresh之前，对其应用ApplicationContextInitializer
    applyInitializers(context);
    // 上下文准备（目前是空实现，可用于拓展）
    listeners.contextPrepared(context);
    // 打印启动日志和启动应用的Profile
    if (this.logStartupInfo) {
        logStartupInfo(context.getParent() == null);
        logStartupProfileInfo(context);
    }

    // Add boot specific singleton beans
    context.getBeanFactory().registerSingleton("springApplicationArguments",
            applicationArguments);                                // 向beanFactory注册单例bean：命令行参数bean
    if (printedBanner != null) {
        // 向beanFactory注册单例bean：banner bean
        context.getBeanFactory().registerSingleton("springBootBanner", printedBanner);
    }

    // Load the sources
    Set<Object> sources = getAllSources();                        // 获取全部资源，其实就一个：SpringApplication的primarySources属性
    Assert.notEmpty(sources, "Sources must not be empty");        // 断言资源是否为空
    // 将bean加载到应用上下文中
    load(context, sources.toArray(new Object[0]));
    // 向上下文中添加ApplicationListener，并广播ApplicationPreparedEvent事件
    listeners.contextLoaded(context);
}

　　　　我们逐个方法来看

　　　　context.setEnvironment(environment)

/**
 * {@inheritDoc}
 * <p>
 * Delegates given environment to underlying {@link AnnotatedBeanDefinitionReader} and
 * {@link ClassPathBeanDefinitionScanner} members.
 */
@Override
public void setEnvironment(ConfigurableEnvironment environment) {
    super.setEnvironment(environment);            // 设置context的environment
    this.reader.setEnvironment(environment);    // 实例化context的reader属性的conditionEvaluator属性
    this.scanner.setEnvironment(environment);    // 设置context的scanner属性的environment属性
}

　　　　　　将context中相关的environment全部替换成SpringApplication中创建的environment。还记得这篇中的疑问吗，引申下就是：之前我们的应用中有两个environment，一个在context中，一个在SpringApplication中。经过此方法后，就只会存在SpringApplication中的environment了，而context中的原environment会被回收。

　　　　postProcessApplicationContext(context);

/**
 * Apply any relevant post processing the {@link ApplicationContext}. Subclasses can
 * apply additional processing as required.
 * @param context the application context
 */
protected void postProcessApplicationContext(ConfigurableApplicationContext context) {
    if (this.beanNameGenerator != null) {
        context.getBeanFactory().registerSingleton(
                AnnotationConfigUtils.CONFIGURATION_BEAN_NAME_GENERATOR,
                this.beanNameGenerator);
    }
    if (this.resourceLoader != null) {
        if (context instanceof GenericApplicationContext) {
            ((GenericApplicationContext) context)
                    .setResourceLoader(this.resourceLoader);
        }
        if (context instanceof DefaultResourceLoader) {
            ((DefaultResourceLoader) context)
                    .setClassLoader(this.resourceLoader.getClassLoader());
        }
    }
}

　　　　　　上下文后处理。SpringApplication子类可以根据需要应用其他处理。

　　　　　　由于当前SpringApplication实例的属性：beanNameGenerator和resourceLoader都为null，所以此方法目前相当于什么也没做。此方法可能是我们定制SpringApplication所用。

　　　　applyInitializers(context);

/**
 * Apply any {@link ApplicationContextInitializer}s to the context before it is
 * refreshed.
 * @param context the configured ApplicationContext (not refreshed yet)
 * @see ConfigurableApplicationContext#refresh()
 */
@SuppressWarnings({ "rawtypes", "unchecked" })
protected void applyInitializers(ConfigurableApplicationContext context) {
    for (ApplicationContextInitializer initializer : getInitializers()) {
        // 解析当前initializer实现的ApplicationContextInitializer的泛型参数
        Class<?> requiredType = GenericTypeResolver.resolveTypeArgument(
                initializer.getClass(), ApplicationContextInitializer.class);
        // 断言context是否是requiredType的实例
        Assert.isInstanceOf(requiredType, context, "Unable to call initializer.");
        // 向context应用初始化器
        initializer.initialize(context);
    }
}

　　　　　　在context refresh之前应用ApplicationContextInitializer到context中。还记得SpringApplication的属性initializers吗，不记得的可以点这里。

　　　　　　一共6个initializer，他们的initialize方法都被调用，源代码就不跟了，上图中已经进行了展示，我们总结下

　　　　　　DelegatingApplicationContextInitializer

　　　　　　　　environment没有context.initializer.classes配置项，所以相当于没有做任何事。

　　　　　　　　如果配置了context.initializer.classes，获取其值（逗号分隔的initializer列表字符串），转换成class列表，根据classes列表进行实例化获取initializer实例列表，再对每个initializer实例调用initialize方法。

　　　　　　　　DelegatingApplicationContextInitializer相当于context.initializer.classes的代理，最终还是会执行到被代理的initializer的initialize方法。
　　　　　　ContextIdApplicationContextInitializer

　　　　　　　　设置application id：从environment中获取spring.application.name配置项的值，并把设置成application id，若没有配置spring.application.name，则取默认值application；

　　　　　　　　将application id封装成ContextId对象，注册到beanFactory中。

　　　　　　ConfigurationWarningsApplicationContextInitializer

　　　　　　　　向上下文注册了一个BeanFactoryPostProcessor：ConfigurationWarningsPostProcessor实例；

　　　　　　　　实例化ConfigurationWarningsPostProcessor的时候，也实例化了它的属性Check[] checks，check中只有一个类型是ComponentScanPackageCheck的实例。
　　　　　　ServerPortInfoApplicationContextInitializer

　　　　　　　　向上下文注册了一个ApplicationListener：ServerPortInfoApplicationContextInitializer对象自己；

　　　　　　　　ServerPortInfoApplicationContextInitializer实现了ApplicationListener<WebServerInitializedEvent>，所以他本身就是一个ApplicationListener。
　　　　　　SharedMetadataReaderFactoryContextInitializer

　　　　　　　　向context注册了一个BeanFactoryPostProcessor：CachingMetadataReaderFactoryPostProcessor实例。
　　　　　　ConditionEvaluationReportLoggingListener

　　　　　　　　将上下文赋值给自己的属性applicationContext；

　　　　　　　　向上下文注册了一个ApplicationListener：ConditionEvaluationReportListener实例；

　　　　　　　　从beanFactory中获取名为autoConfigurationReport的bean赋值给自己的属性report。

　　　　listeners.contextPrepared(context);

　　　　　　还记得SpringApplicationRunListeners中listeners属性吗，没错，里面就一个EventPublishingRunListener对象。

　　　　　　调用EventPublishingRunListener的contextPrepared，发现其是空实现。

　　　　　　也就是相当于啥事也没做。

　　　　load(context, sources.toArray(new Object[0]));

　　　　　　创建了一个BeanDefinitionLoader对象；BeanDefinitionLoader作为AnnotatedBeanDefinitionReader，XmlBeanDefinitionReader和ClassPathBeanDefinitionScanner的门面，从底层源加载bean定义，包括XML和JavaConfig；

　　　　　　能被加载的source类型包括：Class、Resource、Package和CharSequence四种，每种类型的加载方式也不一样，Class用AnnotatedBeanDefinitionReader处理、Resource用XmlBeanDefinitionReader处理、Package用ClassPathBeanDefinitionScanner，而CharSequence则比较特殊了，它按Class、Resource、Package的顺序处理，哪种处理成功就按哪种处理（CharSequence方式貌似很少用，反正我还没用过）；

　　　　　　而目前我们的source只有一个：class com.lee.shiro.ShiroApplication，是class类型；先判断ShiroApplication是否有被component注解修饰，很显然是（SpringBootApplication注解中包含component注解），那么AnnotatedBeanDefinitionReader来处理：将com.lee.shiro.ShiroApplication封装成一个名叫ShiroApplication的BeanDefinition对象，并将其注册到了beanFactory的BeanDefinitionMap中。

　　　　listeners.contextLoaded(context);

　　　　　　还记得SpringApplication的属性listeners吗，不记得的可以点这里。将这些ApplicationListener注册到了上下文中，具体包括ConfigFileApplicationListener,AnsiOutputApplicationListener,LoggingApplicationListener,ClasspathLoggingApplicationListener,BackgroundPreinitializer,DelegatingApplicationListener,ParentContextCloserApplicationListener(实现了ApplicationContextAware接口；将上下文赋值给了属性context，相当于有了上下文的引用),ClearCachesApplicationListener,FileEncodingApplicationListener,LiquibaseServiceLocatorApplicationListener,EnableEncryptablePropertiesBeanFactoryPostProcessor。

　　　　　　广播ApplicationPreparedEvent事件，并触发对应的事件。过滤出匹配事件的监听器可以查看这里，一共过滤出5个监听器，他们的onApplicationEvent方法会被调用，具体做了如下事情：

　　　　　　　　ConfigFileApplicationListener

　　　　　　　　　　向context注册了一个BeanFactoryPostProcessor：PropertySourceOrderingPostProcessor实例；该实例后面会对我们的property sources进行重排序，另外该实例拥有上下文的引用。

　　　　　　　　LoggingApplicationListener

　　　　　　　　　　向beanFactory中注册了一个名叫springBootLoggingSystem的单例bean，也就是我们的日志系统bean。

　　　　　　　　BackgroundPreinitializer

　　　　　　　　　　目前什么也没做

　　　　　　　　DelegatingApplicationListener

　　　　　　　　　　目前什么也没做

　　　　　　　　EnableEncryptablePropertiesBeanFactoryPostProcessor

　　　　　　　　　　仅仅打印了一句debug日志，相当于什么也没做

　　甜点

　　　　一开始还以为本文内容不会多，但分析分析着，发现内容不少。不管我们是吃撑了还是没吃饱，都来点甜点收尾。

　　　　一般一个单例对象注册到beanFactory中，beanFactory会有2个属性都添加此单例对象信息：singletonObjects、registeredSingletons

　　　　　　Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>()，key是bean name，value是单例对象

　　　　　　Set<String> registeredSingletons = new LinkedHashSet<>()，存放的是bean name

　　　　一般一个bean定义注册到beanFactory中是，beanFactory也会有2个属相会添加此bean定义信息：beanDefinitionMap、beanDefinitionNames　

　　　　　　List<String> beanDefinitionNames = new ArrayList<>()，beanDefinition的名称列表
　　　　　　Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>()，key是beanDefinition的名称，value是beanDefinition对象

　　　　另外beanFactory中Set<String> manualSingletonNames = new LinkedHashSet<>，按注册顺序存放手动注册的单例的名称。

　　　　load方法，我会放到另一篇博文中重点分析；load负责加载bean定义资源，应该是挺重要的，而本文却讲的比较粗糙，我们一起期待吧。

　　　　有时候，不是对手有多强大，只是我们不敢去尝试；勇敢踏出第一步，你会发现自己比想象中更优秀！诚如海因斯第一次跑进人类10s大关时所说：上帝啊，原来那扇门是虚掩着的！

总结

　　1、上文中的load

　　　　就是加载bean定义资源，支持4种方式：Class、Resource、Package和CharSequence。

　　　　Class：注解形式的Bean定义；AnnotatedBeanDefinitionReader负责处理。

　　　　Resource：一般而言指的是xml bean配置文件，也就是我们在spring中常用的xml配置。xml的加载大家可以去阅读《Spring源码深度解析》。说的简单点就是：将xml的bean定义封装成BeanDefinition并注册到beanFactory的BeanDefinitionMap中；XmlBeanDefinitionReader负责处理。

　　　　Package：以扫包的方式扫描bean定义； ClassPathBeanDefinitionScanner负责处理。

　　　　CharSequence：以先后顺序进行匹配Class、Resource或Package进行加载，谁匹配上了就用谁的处理方式处理。

　　　　当然还支持Groovy形式的Bean定义，有兴趣的朋友可以自行去跟下源代码。

　　　　springboot鼓励用java类实现java bean定义，所以springboot应用中，我们一般只需要关注Class方式、Package方式即可。

　　2、prepareContext到底做了什么　　　　

　　　　1、将context中的environment替换成SpringApplication中创建的environment
　　　　2、将SpringApplication中的initializers应用到context中
　　　　　　设置application id，并将application id封装成ContextId对象，注册到beanFactory中
　　　　　　向context的beanFactoryPostProcessors中注册了一个ConfigurationWarningsPostProcessor实例
　　　　　　向context的applicationListeners中注册了一个ServerPortInfoApplicationContextInitializer实例
　　　　　　向context的beanFactoryPostProcessors中注册了一个CachingMetadataReaderFactoryPostProcessor实例
　　　　　　向context的applicationListeners中注册了一个ConditionEvaluationReportListener实例

　　　　3、加载两个单例bean到beanFactory中

　　　　　　向beanFactory中注册了一个名叫springApplicationArguments的单例bean，该bean封装了我们的命令行参数；
　　　　　　向beanFactory中注册了一个名叫springBootBanner的单例bean。

　　　　4、加载bean定义资源
　　　　　　资源文件只有SpringApplication的primarySources集合，里面就一个资源类：com.lee.shiro.ShiroApplication；
　　　　　　将该资源封装成了名叫ShiroApplication的BeanDefinition对象，并将其注册到了beanFactory的BeanDefinitionMap中。
　　　　5、将SpringApplication中的listeners注册到context中，并广播ApplicationPreparedEvent事件
　　　　　　总共11个ApplicationListener注册到了context的applicationListeners中；
　　　　　　ApplicationPreparedEvent事件的监听器一共做了两件事
　　　　　　　　向context的beanFactoryPostProcessors中注册了一个PropertySourceOrderingPostProcessor实例
　　　　　　　　向beanFactory中注册了一个名叫springBootLoggingSystem的单例bean，也就是我们的日志系统bean

　　　　context中主要是三个属性增加了内容：beanFactory、beanFactoryPostProcessors和applicationListeners，到目前为止，context的内容如下

参考

　　《Spring源码深度解析》

　　Spring Boot Reference Guide　　

　　Spring boot 源码