SpringBoot启动原理

SpringBoot启动原理

我们开发任何一个Spring Boot项目，都会用到如下的启动类：

@SpringBootApplication

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

最主要的在于@SpringBootApplication和SpringApplication.run，所以要想知道启动原理，首先得了解它们的含义。

@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 {

    ...

}

1.@Target(ElementType.TYPE)

使用java.lang.annotation.Target可以定义其使用时机，在定义时要时要指定java.lang.annotaton.ElementType的枚举值之一。

查看ElementType类，它有如下：

public enum ElementType {
    TYPE,
    FIELD,
    METHOD,
    PARAMETER,
    CONSTRUCTOR,
    LOCAL_VARIABLE,
    ANNOTATION_TYPE,
    PACKAGE,
    /**
     * @since 1.8
     */
    TYPE_PARAMETER,
    /**
     * @since 1.8
     */
    TYPE_USE
}

ANNOTATION_TYPE: 注解只能修饰注解，不能修饰其他的东西

CONSTRUCTOR: 注解只能修饰构造方法

FIELD: 注解只能修饰属性(成员变量)

LOCAL_VARIABLE: 注解只能修饰局部变量

METHOD: 注解只能修饰方法

PACKAGE: 注解只能修饰包

PARAMETER: 注解只能修饰方法的参数

TYPE: 注解只能修饰类、接口、枚举

2.@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)

public enum RetentionPolicy {
    SOURCE,//编译程序处理完Annotation信息后就完成任务，编译时忽略
    CLASS,//编译程序将Annotation存储于class档中，JVM忽略
    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。
}

3.@Documented

Documented 注解表明这个注解应该被 javadoc工具记录. 默认情况下,javadoc是不包括注解的. 但如果声明注解时指定了 @Documented,则它会被 javadoc 之类的工具处理, 所以注解类型信息也会被包括在生成的文档中。

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Documented {
}

4.@Inherited

这是一个稍微复杂的注解类型. 它指明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.

@Documented
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.ANNOTATION_TYPE)
public @interface Inherited {
}

上面四个不是最主要的，最主要的是@SpringBootConfiguration、@EnableAutoConfiguration、@ComponentScan三个注解。它们三个注解组合就相当于@SpringBootApplication。下面分别介绍这三个注解。

1.@SpringBootConfiguration

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Configuration
public @interface SpringBootConfiguration {

}

其实@SpringBootConfiguration就相当于@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。

基于XML配置形式：

<bean id=”addService” class=”...AddServiceImpl”>

...

</bean>

基于JavaConfig的配置形式是这样的：

@Configuration

public class addServiceConfiguration {

@Bean

public AddService addService(){

return new AddServiceImpl();

  }
}

为了表达bean与bean之间的依赖关系，在XML形式中一般是这样：

<bean id=”addService” class=”...AddServiceImpl”>

<property name=”setService”ref=”setService”>

</bean>

<bean id=”setService” class=”...SetServiceImpl”></bean>

而基于JavaConfig的配置形式是这样的：

@Configuration

public class addServiceConfiguration {

@Bean

public AddService addService(){

return new AddServiceImpl(setService());

  }

@Bean

public SetService setService(){

return new SetServiceImpl();

  }

}

2.@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。

3.@EnableAutoConfiguration

@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。

@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。

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

   String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY =
   Class<?>[] exclude() default {};
   String[] excludeName() default {};
}

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。

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。

public abstract class SpringFactoriesLoader {

public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";

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。

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：

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。

run方法步骤：

1. 配置属性
2. 获取监听器，发布应用开始启动事件
3. 初始化输入参数
4. 配置环境，输出banner
5. 创建上下文
6. 预处理上下文
7. 刷新上下文
8. 再刷新上下文
9. 发布应用已经启动事件
10.发布应用启动完成事件

Tomcat在SpringBoot中是如何启动的