SpringBoot启动原理详解

SpringBoot和Spring相比，有着不少优势，比如自动配置，jar直接运行等等。那么SpringBoot到底是怎么启动的呢？

下面是SpringBoot启动的入口：

@SpringBootApplication
public class HelloApplication {

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

　　一、先看一下@SpringBoot注解：

@Target({ElementType.TYPE})   //定义其使用时机
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)  //编译程序将Annotation储存于class档中，可由VM使用反射机制的代码所读取和使用。
@Documented //这个注解应该被 javadoc工具记录
@Inherited //被注解的类会自动继承. 更具体地说,如果定义注解时使用了 @Inherited 标记,然后用定义的注解来标注另一个父类, 父类又有一个子类(subclass),则父类的所有属性将被继承到它的子类中.
@SpringBootConfiguration //@SpringBootConfiguration就相当于@Configuration。JavaConfig配置形式
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan(
    excludeFilters = {@Filter(
    type = FilterType.CUSTOM,
    classes = {TypeExcludeFilter.class}
), @Filter(
    type = FilterType.CUSTOM,
    classes = {AutoConfigurationExcludeFilter.class}
)}  //自动扫描并加载符合条件的组件。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。
)
public @interface SpringBootApplication {
    @AliasFor(
        annotation = EnableAutoConfiguration.class
    )
    Class<?>[] exclude() default {};

    @AliasFor(
        annotation = EnableAutoConfiguration.class
    )
    String[] excludeName() default {};

    @AliasFor(
        annotation = ComponentScan.class,
        attribute = "basePackages"
    )
    String[] scanBasePackages() default {};

    @AliasFor(
        annotation = ComponentScan.class,
        attribute = "basePackageClasses"
    )
    Class<?>[] scanBasePackageClasses() default {};
}

所以，实际上SpringBootApplication注解相当于三个注解的组合，@SpringBootConfiguration，@ComponentScan和@EnableAutoConfiguration。

@SpringBootConfiguration和@ComponentScan，很容易知道它的意思，一个是JavaConfig配置，一个是扫描包。关键在于@EnableAutoConfiguration注解。先来看一下这个注解：

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import({AutoConfigurationImportSelector.class})
public @interface EnableAutoConfiguration {
    String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";

    Class<?>[] exclude() default {};

    String[] excludeName() default {};
}

Springboot应用启动过程中使用ConfigurationClassParser分析配置类时，如果发现注解中存在@Import(ImportSelector)的情况，就会创建一个相应的ImportSelector对象， 并调用其方法 public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata), 这里 EnableAutoConfigurationImportSelector的导入@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class) 就属于这种情况,所以ConfigurationClassParser会实例化一个 EnableAutoConfigurationImportSelector 并调用它的 selectImports() 方法。

  AutoConfigurationImportSelector implements DeferredImportSelector extends ImportSelector。
  下面是AutoConfigurationImportSelector的执行过程：

public class AutoConfigurationImportSelector implements DeferredImportSelector, BeanClassLoaderAware, ResourceLoaderAware, BeanFactoryAware, EnvironmentAware, Ordered {
    private static final String[] NO_IMPORTS = new String[];
    private static final Log logger = LogFactory.getLog(AutoConfigurationImportSelector.class);
    private static final String PROPERTY_NAME_AUTOCONFIGURE_EXCLUDE = "spring.autoconfigure.exclude";
    private ConfigurableListableBeanFactory beanFactory;
    private Environment environment;
    private ClassLoader beanClassLoader;
    private ResourceLoader resourceLoader;
    public AutoConfigurationImportSelector() {
    }

    public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
        if (!this.isEnabled(annotationMetadata)) {
            return NO_IMPORTS;
        } else {
            // 从配置文件中加载 AutoConfigurationMetadata
            AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader.loadMetadata(this.beanClassLoader);
            AnnotationAttributes attributes = this.getAttributes(annotationMetadata);
            // 获取所有候选配置类EnableAutoConfiguration
            // 使用了内部工具使用SpringFactoriesLoader，查找classpath上所有jar包中的
            // META-INF\spring.factories，找出其中key为
            // org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration
           // 的属性定义的工厂类名称。
           // 虽然参数有annotationMetadata,attributes,但在 AutoConfigurationImportSelector 的
           // 实现 getCandidateConfigurations()中，这两个参数并未使用
            List<String> configurations = this.getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes);
            //去重
            configurations = this.removeDuplicates(configurations);
            Set<String> exclusions = this.getExclusions(annotationMetadata, attributes);
            // 应用 exclusion 属性
            this.checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
            configurations.removeAll(exclusions);
           // 应用过滤器AutoConfigurationImportFilter，
           // 对于 spring boot autoconfigure，定义了一个需要被应用的过滤器 ：
           // org.springframework.boot.autoconfigure.condition.OnClassCondition，
           // 此过滤器检查候选配置类上的注解@ConditionalOnClass，如果要求的类在classpath
           // 中不存在，则这个候选配置类会被排除掉
            configurations = this.filter(configurations, autoConfigurationMetadata);
          // 现在已经找到所有需要被应用的候选配置类
          // 广播事件 AutoConfigurationImportEvent
            this.fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
            return StringUtils.toStringArray(configurations);
        }
    }

    protected AnnotationAttributes getAttributes(AnnotationMetadata metadata) {
        String name = this.getAnnotationClass().getName();
        AnnotationAttributes attributes = AnnotationAttributes.fromMap(metadata.getAnnotationAttributes(name, true));
        Assert.notNull(attributes, () -> {
            return "No auto-configuration attributes found. Is " + metadata.getClassName() + " annotated with " + ClassUtils.getShortName(name) + "?";
        });
        return attributes;
    }

    protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
        List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(this.getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(), this.getBeanClassLoader());
        Assert.notEmpty(configurations, "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories. If you are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
        return configurations;
    }

public abstract class SpringFactoriesLoader {
    public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";
    private static final Log logger = LogFactory.getLog(SpringFactoriesLoader.class);
    private static final Map<ClassLoader, MultiValueMap<String, String>> cache = new ConcurrentReferenceHashMap();

    public SpringFactoriesLoader() {
    }
        public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, @Nullable ClassLoader classLoader) {
        String factoryClassName = factoryClass.getName();
        return (List)loadSpringFactories(classLoader).getOrDefault(factoryClassName, Collections.emptyList());
    }
}

    private List<String> filter(List<String> configurations, AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata) {
        long startTime = System.nanoTime();
        String[] candidates = StringUtils.toStringArray(configurations);
        // 记录候选配置类是否需要被排除,skip为true表示需要被排除,全部初始化为false,不需要被排除
        boolean[] skip = new boolean[candidates.length];
        // 记录候选配置类中是否有任何一个候选配置类被忽略，初始化为false
        boolean skipped = false;
        Iterator var8 = this.getAutoConfigurationImportFilters().iterator();
        // 获取AutoConfigurationImportFilter并逐个应用过滤
        while(var8.hasNext()) {
            AutoConfigurationImportFilter filter = (AutoConfigurationImportFilter)var8.next();
            // 对过滤器注入其需要Aware的信息
            this.invokeAwareMethods(filter);
            // 使用此过滤器检查候选配置类跟autoConfigurationMetadata的匹配情况
            boolean[] match = filter.match(candidates, autoConfigurationMetadata);

            for(int i = ; i < match.length; ++i) {
                if (!match[i]) {
                 // 如果有某个候选配置类不符合当前过滤器，将其标记为需要被排除，
        // 并且将 skipped设置为true，表示发现了某个候选配置类需要被排除
                    skip[i] = true;
                    skipped = true;
                }
            }
        }

        if (!skipped) {
        // 如果所有的候选配置类都不需要被排除，则直接返回外部参数提供的候选配置类集合
            return configurations;
        } else {
        // 逻辑走到这里因为skipped为true，表明上面的的过滤器应用逻辑中发现了某些候选配置类
        // 需要被排除，这里排除那些需要被排除的候选配置类，将那些不需要被排除的候选配置类组成
        // 一个新的集合返回给调用者
            List<String> result = new ArrayList(candidates.length);

            int numberFiltered;
            for(numberFiltered = ; numberFiltered < candidates.length; ++numberFiltered) {
                if (!skip[numberFiltered]) {
                    result.add(candidates[numberFiltered]);
                }
            }

            if (logger.isTraceEnabled()) {
                numberFiltered = configurations.size() - result.size();
                logger.trace("Filtered " + numberFiltered + " auto configuration class in " + TimeUnit.NANOSECONDS.toMillis(System.nanoTime() - startTime) + " ms");
            }

            return new ArrayList(result);
        }
    }

    /**
      * 使用内部工具 SpringFactoriesLoader，查找classpath上所有jar包中的
      * META-INF\spring.factories，找出其中key为
      * org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfigurationImportFilter
      * 的属性定义的过滤器类并实例化。
      * AutoConfigurationImportFilter过滤器可以被注册到 spring.factories用于对自动配置类
      * 做一些限制，在这些自动配置类的字节码被读取之前做快速排除处理。
      * spring boot autoconfigure 缺省注册了一个 AutoConfigurationImportFilter :
      * org.springframework.boot.autoconfigure.condition.OnClassCondition
    **/
    protected List<AutoConfigurationImportFilter> getAutoConfigurationImportFilters() {
        return SpringFactoriesLoader.loadFactories(AutoConfigurationImportFilter.class, this.beanClassLoader);
    }

  二、下面看一下SpringBoot启动时run方法执行过程。

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    ConfigurableApplicationContext context = null;
    Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();
    this.configureHeadlessProperty();
    //从类路径下META-INF/spring.factories获取
    SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
    //回调所有的获取SpringApplicationRunListener.starting()方法
    listeners.starting();
    try {
        //封装命令行参数
        ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(
                    args);
        //准备环境
        ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,
                    applicationArguments);
        //创建环境完成后回调
        SpringApplicationRunListener.environmentPrepared()；表示环境准备完成
        this.configureIgnoreBeanInfo(environment);
        //打印Banner图
        Banner printedBanner = printBanner(environment);
        //创建ApplicationContext,决定创建web的ioc还是普通的ioc
        context = createApplicationContext();
        //异常分析报告
        exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(
                    SpringBootExceptionReporter.class,
                    new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);
        //准备上下文环境，将environment保存到ioc中
        //applyInitializers()：回调之前保存的所有的ApplicationContextInitializer的initialize方法
        //listeners.contextPrepared(context)
        //prepareContext运行完成以后回调所有的SpringApplicationRunListener的contextLoaded（）
        this.prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,
                    printedBanner);
        //刷新容器,ioc容器初始化（如果是web应用还会创建嵌入式的Tomcat）
        //扫描，创建，加载所有组件的地方,（配置类，组件，自动配置）
        this.refreshContext(context);
        this.afterRefresh(context, applicationArguments);
        stopWatch.stop();
        if (this.logStartupInfo) {
            new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)
                           .logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
        }
        //所有的SpringApplicationRunListener回调started方法
        listeners.started(context);
        //从ioc容器中获取所有的ApplicationRunner和CommandLineRunner进行回调，
        //ApplicationRunner先回调，CommandLineRunner再回调
        this.callRunners(context, applicationArguments);
    }
    catch (Throwable ex) {
        this.handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
    try {
        //所有的SpringApplicationRunListener回调running方法
        listeners.running(context);
    }
    catch (Throwable ex) {
        this.handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
    //整个SpringBoot应用启动完成以后返回启动的ioc容器
    return context;
}