当前位置：首页 > news >正文

Springboot启动过程详解

news 2024/10/23 3:45:32

一、Springboot

简介

Spring Boot是由Pivotal团队提供的全新框架，其设计目的是用来简化新Spring应用的初始搭建以及开发过程。该框架使用了特定的方式来进行配置，从而使开发人员不再需要定义样板化的配置。通过这种方式，Spring Boot致力于在蓬勃发展的快速应用开发领域(rapid application development)成为领导者。

Spring Boot 是一个开源的 Java 框架，用于简化 Spring 应用程序的开发。它是 Spring 生态系统的一部分，旨在帮助开发人员更快速和方便地创建独立、生产级的 Spring 应用。

Spring Boot 是一个强大的框架，极大地简化了 Spring 应用的开发过程，特别适合构建微服务和 RESTful API。

主要特点

快速入门：Spring Boot 通过约定优于配置的原则，使开发者可以快速上手，无需繁琐的 XML 配置。
自带嵌入式服务器：Spring Boot 支持嵌入式服务器（如 Tomcat、Jetty 和 Undertow），开发者无需单独部署应用服务器，可以直接运行 Java 应用。
自动配置：Spring Boot 提供了自动配置功能，根据项目的类路径和配置自动设置 Spring 应用的各种组件，减少了大量的配置工作。
生产级特性：Spring Boot 内置了许多生产环境所需的功能，如健康检查、指标监控、应用配置管理等。
开箱即用：Spring Boot 提供了一系列的 starter 依赖，简化了依赖管理。例如，spring-boot-starter-web 可以帮助快速构建基于 Spring MVC 的 web 应用。
支持微服务架构：Spring Boot 适合构建微服务应用，结合 Spring Cloud，能够实现分布式系统的开发。

核心概念

启动器（Starters）：启动器是一组方便的依赖描述符，允许用户在构建时快速引入常用的库。例如：
- spring-boot-starter-data-jpa：用于与 JPA 数据库交互。
- spring-boot-starter-web：用于构建 Web 应用。
自动配置类：Spring Boot 中的 @EnableAutoConfiguration 注解可以启用自动配置，开发者可以通过 @Configuration 注解创建自定义配置。
应用配置：Spring Boot 使用 application.properties 或 application.yml 文件来集中管理应用配置。支持不同环境的配置（如开发、测试、生产）通过文件名后缀进行管理。
命令行界面（CLI）：Spring Boot 提供命令行界面，支持快速创建和测试 Spring 应用。

二、启动流程

1.@SpringBootApplication注解

众所周知，在 SpringBoot 启动类上都少不了@SpringBootApplication注解。可以肯定的是，所有的标准的springboot的应用程序都是从run方法开始的。

每个Spring Boot应用程序都包含一个 main 方法，这是程序的入口，也是 JVM 启动的切入点。常见的 main 方法例子如下：

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

查看@SpringBootApplication注解源码如下，

@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 {
@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 {};@AliasFor(annotation = ComponentScan.class, attribute = "nameGenerator")Class<? extends BeanNameGenerator> nameGenerator() default BeanNameGenerator.class;@AliasFor(annotation = Configuration.class)boolean proxyBeanMethods() default true;

可以看到，其核心使用了@SpringBootConfiguration 和 @EnableAutoConfiguration，前者的作用类似于 @Configuration 表明是一个Java 配置类。而@EnableAutoConfiguration 则是将所有符合配置条件的 Bean 都加载到 IOC 容器中。

2.SpringApplication.run() 方法

接下来是调用SpringApplication.run() 方法启动整个Spring Boot程序。

让我们深入了解一下SpringApplication.run的内部工作原理。这个方法首先创建了一个SpringApplication对象，然后调用了run方法。

SpringApplication.run(MyApplication.class, args)实际上执行了多步操作。这行代码主要做了以下事情：

创建 SpringApplication 实例。
配置 SpringApplication（应用启动前的一些准备工作）。
运行该实例。

3.SpringApplication 实例创建

在 SpringApplication 的构造方法中，进行了一些初始化操作：

确定应用程序的类型（是 Servlet 应用还是 Reactive 应用）。
初始化应用上下文（ApplicationContext）。
读取和存储初始的运行监听器（SpringApplicationRunListeners）。
初始化应用程序引导程序（ApplicationContextInitializers）。

确定应用程序类型

在SpringApplication的构造方法内，首先会通过 WebApplicationType.deduceFromClasspath()方法来进行 Web 应用类型的推断。判断当前应用程序的容器，默认使用的是Servlet 容器，除了servlet之外，还有NONE 和 REACTIVE （响应式编程）。

其中，WebApplicationType是一个枚举类，它定义了可能的 Web 应用类型，该枚举类提供了三类定义：枚举类型、推断类型的方法和用于推断的常量。枚举类型包括非 Web 应用、基于 SERVLET 的 Web 应用和基于 REACTIVE 的 Web 应用，代码如下。

WebApplicationType内针对Web应用类型提供了两个推断方法：deduceFromClasspath 方法和
deduceFromApplicationContext 方法。

那我们就进入WebApplicationType.deduceFromClasspath()方法，下面重点分析该方法的实现。

deduceFromClasspath方法是基于 classpath 中类是否存在来进行类型推断的，就是判断指定的类是否存在于 classpath 下，并根据判断的结果来进行组合推断该应用属于什么类型。deduceFromClasspath 在判断的过程中用到了 ClassUtils 的 isPresent 方法。isPresent方法的核心机制就是通过反射创建指定的类，根据在创建过程中是否抛出异常来判断该类是通过上面的源代码，我们可以看到 deduceFromClasspath 的推断逻辑如下。

当 DispatcherHandler 存在，并且 DispatcherServlet 和 ServletContainer 都不存在，则返回类型为WebApplicationType.REACTIVE。
当 SERVLET 或ConfigurableWebApplicationContext 任何一个不存在时，说明当前应用为非 Web 应用，返回 WebApplicationType NONE。
当应用不为 REACTIVE Web 应用，并且 SERVLET 和ConfigurableWebApplicationContext都存在的情况下，则为 SERVLET 的 Web 应用，返回 WebApplicationType .SERVLET。

加载ApplicationContextlnitializer系列初始化器

ApplicationContextlnitializer是SpringIOC 容器提供的一个接口，它是一个回调接口。

主要目的是允许用户在 ConfigurableApplicationContext 类型（或其子类型）的 ApplicationContext 做 refresh 方法调用刷新之前，对 ConfigurableApplicationContext 实例做进一步的设置或处理。通常用于应用程序上下文进行编程初始化的 Web 应用程序中。

ApplicationContextlnitializer 接口的 initialize() 方法主要是为了初始化指定的应用上下文。而对应的上下文由参数传入，参数为 ConfigurableApplicationContext 的子类。

在完成了 Web 应用类型推断之后，ApplicationContextlnitializer 便开始进行加载工作，该过程可分两步骤：获得相关实例和设置实例。对应的方法分别为 getSpringFactoriesInstances和 setlnitializers。

（1）进入getSpringFactoriesInstances()方法，

可以看到，getSpringFactorieslnstances 方法依然是通过 SpringFactoriesL oader 类的loadFactoryNames() 方法来获得 META-INF/spring.factories 文件中注册的对应配置。

当获取到这些配置类的全限定名之后，便可调用 createSpringFactoriesInstances() 方法进行相应的实例化操作。

完成获取配置类集合和实例化操作之后，调用 setlnitializers 方法将实例化的集合添加到SprinaApplication的成员变量initializers中，类型为List<ApplicationContextlnitiali-zer<?>>。

（2）退出getSpringFactoriesInstances()方法，下一步是setlnitializers()方法，

进入setlnitializers()方法，

setlnitializers()方法将接收到的 initializers 作为参数创建了一个新的 List，并将其赋值给SpringApplication 的 initializers 成员变量。由于是创建了新的 List，并且直接赋值，因此该方法一旦被调用，便会导致数据覆盖，使用时需注意。

加载ApplicationListener系列监听器

setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class))这行代码是 SpringApplication 的核心构造方法中的逻辑。它用于加载实现了 ApplicationListener 接口的监听器实例集合，并将该监听器实例集合设置到 SpringApplication 的 listeners 变量中。

加载监听器也是从 META-INF/spring.factories 配置文件中加载的，与初始化不同的是，监听器加载的是实现了 ApplicationListener 接口的类。

我们进入getSpringFactoriesInstances()方法，就可以看到SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(type, classLoader)这里是通过 SpringFactoriesLoader 类的 loadFactoryNames 方法来获取 META-INF/spring.factories 中配置 key 为 org.springframework.context.ApplicationListener 的数据。

ApplicationListener 是 Spring 中应用程序事件监听器实现的接口。它基于观察者设计模式的java.util.EventListener 接口的标准。在注册到 Spring ApplicationContext 时，事件将进行相应的过滤，只有匹配的事件对象才会使该监听器被调用。

（1）在 ApplicationListener 接口中，我们可以看到它定义了一个 onApplicationEvent(E event) 方法，当监听事件被触发时，onApplicationEvent 方法就会被调用执行。onApplicationEvent 方法一般用于处理应用程序事件，参数 event 为 ApplicationEvent 的子类，也就是具体要响应处理的各种类型的应用程序事件。

例如，当某个特定事件发生时，你可能想要记录日志、更新数据库、发送电子邮件等等。

（2）另外，ApplicationListener 接口还提供了一个静态方法 forPayload(Consumer<T> consumer)，用于创建一个新的 ApplicationListener 实例。

这个方法接受一个 Consumer<T> 类型的参数，这个参数是一个函数接口，它接受一个泛型参数 T，并对其执行一些操作。通过这个方法，你可以将一个 Consumer 函数作为参数，然后返回一个对应的事件监听器。

这个监听器会在事件发生时，调用 Consumer 函数处理事件的有效载荷【即事件中包含的有效信息或数据】。

自定义监听器也跟初始化器一样，依葫芦画瓢就可以了，这里不再举例。

推断应用入口类

deduceMainApplicationClass()这个方法仅仅是找到main方法所在的类，为后面的扫包作准备。deduce是推断的意思。所以准确地说，这个方法作用是推断出主方法所在的类。

deduceMainApplicationClass的实现原理比较巧妙，新建了一个运行时异常对象，通过这个对象获取当前的调用函数堆栈数组StackTrace，之后遍历这个堆栈数组，找到方法名为main的类，返回这个类。

SpringBoot将deduceMainApplicationClass方法推断出来的类赋值给了this.mainApplicationClass。

通过idea的Find Usages查看属性的使用情况，发现只是在banner打印或者log上有涉及，好像没发现有很大的重要性。

虽然没有发现this.mainApplicationClass比较重要的使用价值，但是推断这个类的实现方法deduceMainApplicationClass的实现原理还是挺巧妙的，值得学习一下。

4.配置和执行SpringApplication

在SpringApplication.run()方法中，配置并启动应用程序。

这段代码概述了启动过程的各个阶段：

初始化启动时钟：用于测量启动时间。
创建并配置环境：设置系统环境变量。
创建上下文：根据应用类型创建正确的 ApplicationContext 类型。
准备上下文：执行预启动操作，包括应用引导程序和启动监听器。
刷新上下文：启动 Spring 应用上下文，加载所有资源和 Bean。
调用 Runners：调用实现了 CommandLineRunner 或 ApplicationRunner 接口的 Bean。
启动监听器：通知所有监听器，应用启动完成。

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
// 为了计时用的，老版本和新版本不一样long startTime = System.nanoTime();// 初始化一个引导器的上下文，这是属于Spring Boot的上下文。后边还有一个Spring的上下文。apach好喜欢context这个东西，证明写框架这个context是真的好用。DefaultBootstrapContext bootstrapContext = createBootstrapContext();// 这是Spring的上下文，在这里定义，在下面进行的初始化ConfigurableApplicationContext context = null;// 配置一个系统属性configureHeadlessProperty();// 获取配置文件的监听器 重点 也是扩展点，凡是读取配置文件的地方都是扩展点，因为配置在配置文件中的initializer、listener都会在某个阶段被调用SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);// 调用监听器发送启动事件，这里可以通过自定义监听器消费这个事件，处理自己的逻辑listeners.starting(bootstrapContext, this.mainApplicationClass);try {// 解析命令行参数 将其封装成一个ApplicationArguments，这个类的变量name被设置成commandLineArgs字符串，变量source是解析args封装的CommandLineArgs对象。ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);// 环境预处理ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, bootstrapContext, applicationArguments);// 配置忽略beanInfoconfigureIgnoreBeanInfo(environment);// 打印banner信息Banner printedBanner = printBanner(environment);// 创建ApplicationContext容器context = createApplicationContext();context.setApplicationStartup(this.applicationStartup);prepareContext(bootstrapContext, context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);refreshContext(context);afterRefresh(context, applicationArguments);Duration timeTakenToStartup = Duration.ofNanos(System.nanoTime() - startTime);if (this.logStartupInfo) {new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), timeTakenToStartup);}listeners.started(context, timeTakenToStartup);callRunners(context, applicationArguments);}catch (Throwable ex) {handleRunFailure(context, ex, listeners);throw new IllegalStateException(ex);}try {Duration timeTakenToReady = Duration.ofNanos(System.nanoTime() - startTime);listeners.ready(context, timeTakenToReady);}catch (Throwable ex) {handleRunFailure(context, ex, null);throw new IllegalStateException(ex);}return context;
}

创建引导上下文createBootstrapContext：createBootstrapContext()方法

SpringApplication会调用createBootstrapContext方法创建引导上下文。

这里就可以看到，在SpringApplication构造方法中的BootstrapRegistryInitializers就会应用到DefaultBootstrapContext中。这也是SpringBoot提供的扩展点之一。

当前扩展点图谱

创建SpringApplicationRunListeners

进入getRunListeners()方法中，

进入其中的SpringApplicationRunListeners类看看，

可以看到，SpringApplicationRunListeners是一个封装类，其中封装了一个SpringApplicationRunListener的列表，当触发某个事件时，就挨个调用其中的SpringApplicationRunListener的对应方法。

其中，SpringApplicationRunListener负责监听run方法的各个阶段，在不同的阶段监听不同的事件。

SpringBoot默认使用EventPublishingRunListener作为run方法的监听者，我们来看看其源代码。

从代码中可以看到，EventPublishingRunListener会从SpringApplication中获取其Listener，即前面我们在构造方法中看到的ApplicationListener实例。在触发事件时，就是利用Spring的事件机制发布事件，触发ApplicationListener进行触发。

这里需要注意的是，ApplicationListener的来源是spring.factories，而不是我们平时使用的@EventListener。也就是说，如果不写入到spring.factories，那么ApplicationListener就不会出现在这里的EventPublishingRunListener中。

当前扩展点图谱

准备好prepareEnvironment：prepareEnvironment方法

可以看到，把启动参数 args 包装成了 ApplicationArguments 类型的对象，接下来把运行时监听器、启动参数，送到了 prepareEnvironment 方法中创建环境对象。

private ConfigurableEnvironment prepareEnvironment(SpringApplicationRunListeners listeners,DefaultBootstrapContext bootstrapContext, ApplicationArguments applicationArguments) {// 1. 创建一个Environment实例ConfigurableEnvironment environment = getOrCreateEnvironment();// 2. 对Environment进行配置configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs());// 对environment增加configurationProperty的属性源ConfigurationPropertySources.attach(environment);// 3. 触发监听SpringApplicationRunListener的environmentPrepared事件listeners.environmentPrepared(bootstrapContext, environment);// 将名为defaultProperties的属性源移动到最后DefaultPropertiesPropertySource.moveToEnd(environment);Assert.state(!environment.containsProperty("spring.main.environment-prefix"),"Environment prefix cannot be set via properties.");// 将environment的属性设置到SpringApplication中bindToSpringApplication(environment);// 根据情况对Environment进行一次转换if (!this.isCustomEnvironment) {EnvironmentConverter environmentConverter = new EnvironmentConverter(getClassLoader());environment = environmentConverter.convertEnvironmentIfNecessary(environment, deduceEnvironmentClass());}ConfigurationPropertySources.attach(environment);return environment;
}

创建Environment实例，getOrCreateEnvironment() 方法

在SpringApplication.prepareEnvironment方法中，首先会调用getOrCreateEnvironment() 方法创建ConfigurableEnvironment对象。

进入getOrCreateEnvironment() 方法内，可以看到，

创建出来的ConfigurableEnvironment的实际类型会根据SpringApplication初始化时推断出来的WEB应用程序类型而定，如果WEB应用程序类型为SERVLET，则创建出来的ConfigurableEnvironment实际类型为StandardServletEnvironment，并且在初始化StandardServletEnvironment时还会一并将JAVA系统属性和操作系统环境变量这两个外部化配置加载到StandardServletEnvironment中。

printBanner()方法

从 Spring Boot 的 run 方法可以看出，printBanner 方法在 prepareEnvironment 之后，这是因为 application.properties 中有一些关于 Banner 的配置项。需要先解析 application.properties 的值，并将其绑定到对应的 bean 之后，才好进行后续的操作。

具体的流程如下：

判断 bannerMode，如果是OFF则表示不打印，如果是LOG则表示打印到文件，否则打印到控制台。
依据指定位置是是否存在文件，判断 Banner 类型是文本还是图片，文本类型则使用 ResourceBanner，图片类型则使用 ImageBanner，如果都不是则使用 Spring Boot 默认的 SpringBootBanner。
调用 Banner 对象的的 printBanner()方法。不同类型的 Banner 的 printBanner()方法不同。

如下是获取 Banner 对象方法，

可以看出，Spring Boot 首先获得 ImageBanner，然后是 ResourceBanner。需要注意的是，这两者可以同时存在则会一次性打印两种 Banner。如果都不满足，还会去获得 fallbackBanner，这个是用户自己设定的兜底 Banner，但是我们很少使用，因为 Spring Boot 内置了兜底方案，也就是 SpringBootBanner。

创建应用程序上下文createApplicationContext：createApplicationContext()方法

此方法主要是用于创建一个应用程序上下文（ApplicationContext），它是一个用于管理Bean的容器。通过该容器，可以实现Bean的实例化、初始化、依赖注入以及销毁等操作。

在Spring框架中，ApplicationContext是核心接口之一，它提供了许多有用的功能，例如：

管理Bean的生命周期：自动实例化、初始化、销毁Bean；
解析Bean之间的依赖关系：自动装配Bean的依赖；
提供国际化支持：根据不同的语言环境加载相应的资源文件；
支持AOP：可以实现面向切面编程；
支持事件传播：可以实现事件的发布和订阅等。

因此，该函数在Spring框架中具有重要的作用，往往是在应用程序的初始化阶段被调用，用于创建和管理Bean的容器。

本次只看它的初始化过程，不对它的功能做过多的分析。

这里的代码体现出了工厂设计模式。通过SpringApplication类本身实例化的时候，初始化的一个ApplicationContextFactory对象创建了ApplicationContext对象实例。

所以这里的applicationContextFactory.create()方法就是DefaultApplicationContextFactory的create()方法。这里create方法传入的参数当前应用的类型，根据前面分析，当前应用的类型是SERVLET。所以这里的this.webApplicationType的值就是SERVLET。

setApplicationStartup()方法

ApplicationStartup是一个应用启动对象。该函数的作用是将应用启动对象与上下文对象关联起来，以便在上下文对象中可以访问应用启动对象的相关属性和方法。

准备应用程序上下文preparedContext：prepareContext()方法

传入的参数绑定到特定的上下文对象中，为应用程序的启动和运行做好准备。

这个方法主要做了以下操作：

将bootstrapContext绑定到context中，以便在应用程序中访问引导上下文信息。
将environment绑定到context中，以便在应用程序中访问环境变量和属性。
将listeners绑定到context中，以便在应用程序启动和停止时触发相应的监听器事件。
将applicationArguments绑定到context中，以便在应用程序中访问命令行参数。
将printedBanner绑定到context中，以便在应用程序启动时控制是否打印欢迎信息。

通过执行这些操作，prepareContext函数为应用程序的上下文环境准备了必要的信息和配置，使得应用程序能够正常启动和运行。

我们进入到方法看一下。

刷新应用程序上下文refreshContext：refreshContext(context)方法

refreshContext(context)方法用于刷新应用程序的上下文。它会从配置文件中加载所有的Bean并实例化它们，然后将它们注册到应用程序的上下文中。这个方法通常在应用程序启动时调用，以确保所有的Bean都已经被实例化并准备就绪。

下面我们来看一下源码，进入SpringApplication.run方法的refreshContext方法，看到refreshContext的方法内容，继续点击refresh方法，

Refresh the underlying {@link ApplicationContext}也就是刷新底层的ApplicationContext，继续跟进去，这里要选择AbstractApplicationContext，

refresh方法主要是刷新应用程序上下文，这里主要涉及到准备刷新上下文，调用上下文注册为bean的工厂处理器，初始化上下文的消息源，初始化特定上下文子类中的其他特殊bean，检查监听器bean并注册，最后发布相应的事件并销毁已经创建的单例及重置active标志。

afterRefresh()方法

接下来调用的是afterRefresh这个方法，

目前，这个方法是个空方法。

listeners.started()方法

调用SpringApplicationRunListeners的started方法，实际上就是调用了所有监听器的started方法，广播SpringBoot已经完成了ApplicationContext初始化的全部过程。

调用callRunners：callRunners()方法

最后，run方法会通过执行callRunners方法来调用ApplicationRunner和CommandLineRunner，目的通过它们来实现在容器启动时执行一些操作。

callRunners()方法大致流程是通过context拿到ApplicationRunner和CommandLineRunner的bean，放入集合然后排序，然后遍历集合将ApplicationArguments 参数传入执行callRunner方法。

我们具体分析一下，

从代码中，我们可以看到，如果有bean的类型是ApplicationRunner或者CommandLineRunner，那么就会执行该bean下的run方法。

以下为ApplicationRunner和CommandLineRunner的源码，我们可以看到两个接口，都只有一个run方法而已。

这两个接口的区别只是run方法的参数不一样，ApplicationRunner 的run方法参数为ApplicationArguments 对象，而CommandLineRunner 的run方法参数为字符串。

CommandLineRunner接口，用于指示当一个bean被包含在一个SpringApplication中时应该运行它。可以在同一个应用程序上下文中定义多个CommandLineRunner bean，并且可以使用ordered接口或@Order注释进行排序。
ApplicationRunner接口，用于指示当一个bean被包含在一个SpringApplication中时应该运行它。可以在同一个应用程序上下文中定义多个ApplicationRunner bean，并且可以使用ordered接口或@Order注释进行排序。

所以，我们如果想在上下文启动成功之后，做一些操作的话，只需要自定义类实现CommandLineRunner或ApplicationRunner接口就可以了，在实现的run()方法里执行想要自动执行的代码。

另外，当有多个类实现了CommandLineRunner和ApplicationRunner接口时，可以通过在类上添加@Order注解来设定运行顺序。

总结一下就是，该过程可以理解为是SpringBoot完成ApplicationContext初始化前的最后一步工作，我们可以实现自己的ApplicationRunner或者CommandLineRunner，来对SpringBoot的启动过程进行扩展。