# 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

@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

@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:

@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:
<?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:

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

而基于 JavaConfig 的配置形式是这样的:

@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:
<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:

@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:

@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。

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:Post not found: 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