SpringBoot原理分析

作者: 斯文遮阳 | 来源:发表于2019-07-19 10:05 被阅读0次

一、SpringBoot启动类

package com.example.demo;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class DemoApplication {

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

}

以上的代码想必只要接触过Spring Boot都会很熟悉。简单的方法就能启动一个web工程，本文的目的就是一探这里面的究竟。

@SpringBootApplication

在开始之前，需要看看@SpringBootApplication这个注解的功能：

@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 {
  // ...
}

这个注解就是三个常用注解的组合：

@SpringBootConfiguration：这个注解实际上和@Configuration有相同的作用，配备了该注解的类就能够以JavaConfig的方式完成一些配置，可以不再使用XML配置。
@ComponentScan：这个注解完成的是自动扫描的功能，相当于Spring XML配置文件中的：<context:component-scan>。可以使用basePackages属性指定要扫描的包，以及扫描的条件。如果不设置的话默认扫描@ComponentScan注解所在类的同级类和同级目录下的所有类，所以对于一个Spring Boot项目，一般会把入口类放在顶层目录中，这样就能够保证源码目录下的所有类都能够被扫描到。
@EnableAutoConfiguration：这个注解是让Spring Boot的配置能够如此简化的关键性注解。目前知道这个注解的作用就可以了，关于自动配置不再本文讨论范围内

二、启动流程

进入SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);这行代码里面：

// 参数对应的就是DemoApplication.class以及main方法中的args
public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?> primarySource,
        String... args) {
    return run(new Class<?>[] { primarySource }, args);
}

// 最终运行的这个重载方法
public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?>[] primarySources,
        String[] args) {
    return new SpringApplication(primarySources).run(args);
}

它实际上会构造一个SpringApplication的实例，然后运行它的run方法。

2.1 SpringApplication的实例化

// 构造实例
public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
    this.resourceLoader = resourceLoader;
    Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
    this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
    this.webApplicationType = deduceWebApplicationType();
    setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(
            ApplicationContextInitializer.class));
    setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
    this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
}

把参数sources设置到SpringApplication属性中，这个sources可以是任何类型的参数。本文的例子中这个sources就是Application的class对象
判断是否是web程序，并设置到webEnvironment这个boolean属性中
找出所有的初始化器，默认有5个，设置到initializers属性中（通过META-INF/spring.factories完成定义，下同）
找出所有的应用程序监听器，默认有9个，设置到listeners属性中
找出运行的主类(main class)

2.2 SpringApplication.run方法

    public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
        // 实例化一个StopWatch(Spring core提供的任务执行观察器),主要用于计时
        StopWatch stopWatch = new StopWatch();
        stopWatch.start();
        ConfigurableApplicationContext context = null;
        //错误处理器
        FailureAnalyzers analyzers = null;
        configureHeadlessProperty();
        // 查找并加载所有可用的SpringApplicationRunListeners
        SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
        // 发布start事件
        listeners.started();
        try {
            // 构建应用的参数持有类
            ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
            // 配置要使用的PropertySource以及Profile
            ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
            // 打印应用启动Banner，默认ASCII码格式的SpringBoot就是这里输出的
            Banner printedBanner = printBanner(environment);
            // 创建Spring容器
            context = createApplicationContext();
            analyzers = new FailureAnalyzers(context);
            // 容器刷新的前置动作
            prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,
                    printedBanner);
            // 容器刷新(IOC就在这里了)
            refreshContext(context);
            // 容器刷新的后置动作      
            afterRefresh(context, applicationArguments);
            // 发布finish事件
            listeners.finished(context, null);
            //stopWatch结束，记录了启动时间等信息
            stopWatch.stop();
            // 打启动日志
            if (this.logStartupInfo) {
                new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)
                        .logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
            }
            return context;
        }
        catch (Throwable ex) {
            // 如果启动抛异常，处理异常
            handleRunFailure(context, listeners, analyzers, ex);
            throw new IllegalStateException(ex);
        }
    }

构造一个StopWatch，观察SpringApplication的执行
找出所有的SpringApplicationRunListener并封装到SpringApplicationRunListeners中，用于监听run方法的执行。监听的过程中会封装成事件并广播出去让初始化过程中产生的应用程序监听器进行监听
构造Spring容器(ApplicationContext)，并返回
3.1 创建Spring容器的判断是否是web环境，是的话构造AnnotationConfigEmbeddedWebApplicationContext，否则构造AnnotationConfigApplicationContext
3.2 初始化过程中产生的初始化器在这个时候开始工作
3.3 Spring容器的刷新(完成bean的解析、各种processor接口的执行、条件注解的解析等等)
从Spring容器中找出ApplicationRunner和CommandLineRunner接口的实现类并排序后依次执行

2.3 refresh方法

@Override
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
    // 准备，记录容器的启动时间startupDate, 标记容器为激活，初始化上下文环境如文件路径信息，验证必填属性是否填写 
    prepareRefresh();
    // 这步比较重要(解析)，告诉子类去刷新bean工厂，这步完成后配置文件就解析成一个个bean定义，注册到BeanFactory（但是未被初始化，仅将信息写到了beanDefination的map中）
    ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
    // 设置beanFactory类加载器，添加多个beanPostProcesser
    prepareBeanFactory(beanFactory);
    try {
        // 允许子类上下文中对beanFactory做后期处理
        postProcessBeanFactory(beanFactory);
        // 调用BeanFactoryPostProcessor各个实现类的方法
        invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory); 
        // 注册 BeanPostProcessor 的实现类，注意看和 BeanFactoryPostProcessor 的区别
         // 此接口两个方法: postProcessBeforeInitialization 和 postProcessAfterInitialization
         // 两个方法分别在 Bean 初始化之前和初始化之后得到执行。注意，到这里 Bean 还没初始化
        registerBeanPostProcessors(beanFactory); 
        //初始化ApplicationContext的MessageSource
        initMessageSource();
        //初始化ApplicationContext事件广播器
        initApplicationEventMulticaster();
        // 初始化子类特殊bean（钩子方法）
        onRefresh();
        // 注册事件监听器
        registerListeners();
        // 初始化所有singleton bean  重点！！重点！！
        finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
        // 广播事件，ApplicationContext初始化完成
        finishRefresh();
} catch (BeansException ex) {
....................
}

prepareRefresh()：对刷新进行准备,包括设置开始时间,设置激活状态,初始化Context中的占位符,子类根据其需求执行具体准备工作,而后再由父类验证必要参数
obtianFreshBeanFactory()：刷新并获取内部的BeanFactory对象
prepareBeanFactory(beanFactory)：对BeanFactory进行准备工作,包括设置类加载器和后置处理器,配置不能自动装配的类型,注册默认的环境Bean
postProcessBeanFactory(beanFactory)：为Context的子类提供后置处理BeanFactory的扩展能力,如想在bean定义加载完成后,开始初始化上下文之前进行逻辑操作,可重写这个方法
invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory)：执行Context中注册的BeanFactory后置处理器,有两张处理器,一种是可以注册Bean的后置处理器,一种的针对BeanFactory的后置处理器,执行顺序是先按优先级执行注册Bean的后置处理器,而后再按优先级执行针对BeanFactory的后置处理器
SpringBoot中会进行注解Bean的解析,由ConfigurationClassPostProcessor触发,由ClassPathDefinitionScanner解析,并注册到BeanFactory
registerBeanFactoryProcessor(beanFactory()：按优先级顺序在BeanFactory中注册Bean的后置处理器,Bean处理器可在Bean的初始化前后处理
7.initMessageSource()：初始化消息源,消息源用于支持消息的国际化
initApplicationEventMuticaster()：初始化应用事件广播器,用于向ApplicationListener通知各种应用产生的事件,标准的观察者模型
onRefresh()：用于子类的扩展步骤,用于特定的Context子类初始化其他的Bean
registerListeners()：把实现了ApplicationListener的类注册到广播器,并对广播其中早期没有广播的事件进行通知
finishBeanFactoryInitialization(beanFactory)：冻结所有Bean描述信息的修改,实例化非延迟加载的单例Bean。这里会解决@Autowired循环依赖的问题，通过Bean的三级缓存来实现（但是无法解决构造器的循环依赖）。
finishRefresh()：完成上下文的刷新工作,调用LifecycleProcessor.onRefresh(),以及发布

三、Bean的生命周期与作用域

Bean的生命周期

作用域

总结

Spring Boot启动时的关键步骤主要包含以下两个方面：

SpringApplication实例的构建过程
其中主要涉及到了初始化器(Initializer)以及监听器(Listener)这两大概念，它们都通过META-INF/spring.factories完成定义。
SpringApplication实例run方法的执行过程
其中主要有一个SpringApplicationRunListeners的概念，它作为Spring Boot容器初始化时各阶段事件的中转器，将事件派发给感兴趣的Listeners(在SpringApplication实例的构建过程中得到的)。这些阶段性事件将容器的初始化过程给构造起来，提供了比较强大的可扩展性。

如果从可扩展性的角度出发，应用开发者可以在Spring Boot容器的启动阶段，扩展哪些内容呢：

初始化器(Initializer)
监听器(Listener)
容器刷新后置Runners(ApplicationRunner或者CommandLineRunner接口的实现类)
启动期间在Console打印Banner的具体实现类

SpringBoot原理分析

一、SpringBoot启动类

@SpringBootApplication

二、启动流程

2.1 SpringApplication的实例化

2.2 SpringApplication.run方法

2.3 refresh方法

三、Bean的生命周期与作用域

总结

参考资料

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