Spring Boot 基本原理

一、内容简介

​ 通过《Spring Boot 体验》介绍了Spring Boot 可以干什么，这篇文章主要来解析它各个功能点的基本实现思路，从而对Spring Boot有个整体的理性认知。

• 依赖管理：Spring Boot做了大量的starter，而starter只是帮我们导入依赖项的一个入口，简化项目依赖管理

• 自动配置：Spring Boot基于Spring代码配置提供了很多常用组件和框架的配置类，从而简化项目配置

• 内嵌容器：集成Java的常见Web容器，简化开发环境搭建，而且是打包插件打包web应用为可执行文件的基础

• Maven插件：用于打包可直接运行的jar文件或war文件，为项目的开箱即用提供支持，当然还有辅助开发的一些小功能

• 热启动：减少开发过程中反复启动容器的次数，提高开发效率

• 应用监控：为应用审计、健康监控、度量数据收集提供基本服务

• CLI(命令行工具)：进行快速原型搭建，没有必要使用

  ​

二、起步依赖：starter

​ 在常规的Maven工程中，如果要使用某个框架或者组件，需要导入大量的依赖，而且得注意依赖的版本匹配等问题，在Spring Boot中提供了大量的starter，这样的starter会借助Maven的依赖传递帮我们导入相关的依赖。比如以下的pom文件，它会添加web相关的依赖项，包括Spring Web、Spring MVC等:

    .......
    <dependencies>
        <!--Web应用程序的典型依赖项-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
            <version>2.1.1.RELEASE</version>
        </dependency>

    </dependencies>
    .......

原理：我们只是导入了一个依赖项<spring-boot-starter>，但是该依赖项借助Maven的依赖传递帮我们导入了大量web开发要使用的包，如果解压该依赖对应的<spring-boot-starter-web-2.1.1.RELEASE.jar>文件，我们发现该jar文件中其实是没有什么实质性内容的,因为它只是一个pom项目，实质性内容在该包对应的<spring-boot-starter-web-2.1.1.RELEASE.pom>文件中，该文件由mavne在下载jar文件时下载，在该文件中声明了很多依赖项，如：spring-webmvc、spring-web等。

简而言之，我们的项目如果依赖了某个starter，那么该starter又会依赖很多其他依赖项，而Maven的依赖传递会把starter依赖的依赖项添加到我们的项目中。starter只是做为了一个我们项目依赖项的导入中介。

有关maven的依赖传递可以参阅相关资料，简单描述如下：

项目A依赖于B，B又依赖于C。项目A只需要声明依赖于B，不需要声明依赖于C， Maven自动管理这种依赖的传递。

二、自动配置：AutoConfiguration

​ Spring Boot会按照某些条件使用默认值自动配置相关的组件或框架，从而大幅减少项目的配置文件，它在Spring自动扫描和基于代码配置的基础上加入了自己的处理流程。以下内容先简单介绍Spring基于代码配置，然后介绍Spring Boot做了什么。

(一)、Spring基于代码配置

1. 在Spring3以前，使用Spring上下文的方式一般是如下的：

• Spring 配置文件

  <!-- 数据源 -->
  <bean id="dataSource" class="org.springframework.jdbc.datasource.DriverManagerDataSource">
   <property name="driverClassName" value="oracle.jdbc.driver.OracleDriver" />
   <property name="url" value="jdbc:oracle:thin:@localhost:1521:xe" />
   <property name="username" value="hr" />
   <property name="password" value="hr" />
  </bean>
  
  <!--组件扫描-->
  <context:component-scan base-package="com.demo.spring.sample.step03.?rvic?" />
  

  ​

• 业务代码

  package com.demo.spring.sample.step03.service.impl;
  .......
  @Service("userService")
  public class UserService implements IUserService {   
     @Autowired
     private IUserDAO userDAO = null;
  }
  

  ​

• 创建Spring上下文

  ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext("applicationContext.xml");
  

  总结：

​ 通过component-scan告诉Spring去扫描类路径下加入了@Component、 @Repository、@Service、 @Controlle注解的类，Spring 实例化这些类，并且把实例注册到Spring上下文中，但是数据源、属性文件等第三方的bean还是采用XML文件来配置，如果要完全消除XML配置文件，还是不太可行的，如果一定要做，相对比较麻烦。

​ 使用 XML配置文件有利有弊，其中一个弊端是无法过多的定制bean的实例化过程，比如以上的dataSource，如果想要在类路径下有oracle的jdbc驱动时才去实例化，这是无法完成的。还有一个弊端是代码逻辑分散，因为有一部分的逻辑是在XML中配置的；当然好处就是配置集中化，而且方便配置切换。

2. 在Spring3以后，可以通过如下的方式使用Spring容器：

• Spring 配置类

  @Configuration // 表明当前类提供Spring配置文件的作用，Spring上下文会从当前类的注解中提取配置信息
  @ComponentScan(basePackages = "com.demo.spring.sample.step08") // 开启组件扫描
  public class AppConfig {
      @Bean // 表示这个方法实例化一个bean，id=dataSource
      public DataSource dataSource() {
          DriverManagerDataSource dataSource = new DriverManagerDataSource();
          dataSource.setDriverClassName(driverClassName);
          dataSource.setUrl(url);
          dataSource.setUsername(userName);
          dataSource.setPassword(password);
          return dataSource;
      }
  }
  

• 业务代码

  package com.demo.spring.sample.step03.service.impl;
  .......
  @Service("userService")
  public class UserService implements IUserService {   
     @Autowired
     private IUserDAO userDAO = null;
  }
  

• 创建Spring上下文

  ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);
  

  总结：

  ​ 创建Spring上下文时不再使用基于XML的配置，配置文件消失，由AppConfig这个类来代替，这个类需要加@Configuration注解，而且该类中可以有加@Bean注解的方法，容器会自动调用这样的方法来实例化Bean。

  ​

(二)、Spring Boot的自动配置

​ Spring Boot帮写了大量的加入了@Configuration注解的类，每个类提供一种组件或框架的配置，比如DataSourceConfiguration.java中的静态内部类Dbcp2，它提供DBCP数据源的配置：

//DBCP 数据源配置.
@Configuration //这个注解在实际代码中没有加，当前类被其它配置类Import
@ConditionalOnClass(org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource.class)
@ConditionalOnMissingBean(DataSource.class)
@ConditionalOnProperty(name = "spring.datasource.type",  matchIfMissing = true,havingValue = "org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource")
static class Dbcp2 {

   @Bean
   @ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.dbcp2")
   public org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource dataSource(
         DataSourceProperties properties) {
      return createDataSource(properties,
            org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource.class);
   }

}

总结：

当Spring Boot启动的基本步骤走完后， 如果启用了自动配置，Spring Boot会加载<spring-boot-autoconfigure-2.1.1.RELEASE.jar>下的<\META-INF\spring.factories>文件中的内容，该文件中定义了有关自动配置的信息，其中EnableAutoConfiguration对应的每一个类中都加入了注解@Configuration，也就是说这样的每一个类都相当于Spring的一个或多个配置文件，而其中加注解@Bean的方法是bean的工厂方法,会由Spring上下文自动调用，并且将返回的对象注册到上下文中。

• spring.factories文件中自动配置类的部分内容

org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
......
org.springframework.boot.autoconfigure.jdbc.DataSourceAutoConfiguration,\
......

(三)、如何覆盖自动配置的属性

​ Spring Boot的自动配置会采用大量的默认值(约定由于配置)，可以通过在类路径下提供application.properties或者application.yml配置文件来覆盖默认值，当然部分属性值必须通过该配置文件来提供，比如如果要使用Spring Boot对数据源的自动配置，则在配置文件中必须提供jdbc的url，否则会抛出异常。

三、集成内嵌容器 ：main方法

​ Spring Boot支持的内嵌容器Tomcat、Jetty、Undertow本身就支持在Java中内嵌使用，因为这些容器本身就是使用Java编写的，只不过Spring Boot在main方法的调用链中根据自动配置嵌入了这样的容器。

不使用这样的内嵌容器也是可以的，在Maven中移除这样的依赖就可以，当然这个时候如果要通过Spring Boot使用Web相关框架，则需要打包为war包后独立部署，或者在开发过程中使用IDE环境的开发部署功能。

​ 不使用内嵌容器的Web应用在打包时需要对工程进行一定的修改。

四、打包可运行文件 ：maven-plugin

​ Maven使用的默认打包工具支持打包jar文件或者war文件，但是打包后的jar文件中不能再嵌入jar文件，而打包后的war文件不能直接运行，为了把工程所有文件打包为一个可直接运行的jar文件或war文件，spring提供了一个maven插件来解决这样的问题。当然这个插件还提诸如spring-boot:run这样的开发功能

五、热启动 ：devtools

​ 在开发过程中，当完成一个功能单元后，我们会启动程序查看运行效果，如果代码需要再次修改，则修改后需要关掉程序，然后重启程序，这个过程不断迭代，从而完成代码的编写、调试。

​ Spring Boot 热启动通过重写容器的类加载器，完成程序的部分重启，从而简化、加速程序的调试过程。spring-boot-devtools通过两个类加载器分别加载依赖库和项目代码，当spring-boot-devtools发现项目的编译输出路径下有变化时，通过其中的一个类加载器重新加载所有的项目自有代码，从而完成热启动。这样的热启动比冷启动(关闭、重启)要快很多，到底快多少取决于项目自有代码的数量。

​ 和热启动对应的还有一个热替换，是指单独地替换被修改的某一个class到jvm中，甚至可以单独替换class的某个方法，这种方式比热启动要快，通常使用 JavaAgent 拦截默认加载器的行为来实现，spring有个独立的项目Spring Loaded就是这么做的，但是项目已经被移到了 attic 了，也就是被Spring束之高阁，所以不建议使用。

六、应用监控：actuator

​ 如果类路径中有actuator这个组件的话，Spring Boot的自动配置会自动创建一些端点(端点：遵循Restful设计风格的资源，对应于Controller的某一个处理请求的方法)，这些端点接受请求后返回有关应用的相关信息，比如：健康信息、线程信息等。返回的是json格式的数据，而使用 Spring Boot Admin 可以实现这些 JSON 数据的视图展现，当然也可以为其他应用监控系统监控当前系统提供服务。

七、问题：

1. 为什么pom文件中要继承spring-boot-starter-parent？

   spring-boot-starter-parent是spring-boot提供的一个pom，在该pom中定义了很多属性，比如：java源文件的字符编码，编译级别等，还有依赖管理、资源定义的相关pom配置，项目的pom如果继承starter-parent，可以减少相关配置