SpringBoot启动原理及相关流程

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发布时间：2019-05-27

本文共 14157 字，大约阅读时间需要 47 分钟。

JAVA柯尼塞克丶 2019-04-23 14:45:05

一、springboot启动原理及相关流程概览

springboot是基于spring的新型的轻量级框架，最厉害的地方当属自动配置。那我们就可以根据启动流程和相关原理来看看，如何实现传奇的自动配置

SpringBoot启动原理及相关流程

二、springboot的启动类入口

用过springboot的技术人员很显而易见的两者之间的差别就是视觉上很直观的：springboot有自己独立的启动类（独立程序）

@SpringBootApplicationpublic 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。

三、单单是SpringBootApplication接口用到了这些注解

@Target(ElementType.TYPE) // 注解的适用范围，其中TYPE用于描述类、接口（包括包注解类型）或enum声明@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) // 注解的生命周期，保留到class文件中（三个生命周期）@Documented // 表明这个注解应该被javadoc记录@Inherited // 子类可以继承该注解@SpringBootConfiguration // 继承了Configuration，表示当前是注解类@EnableAutoConfiguration // 开启springboot的注解功能，springboot的四大神器之一，其借助@import的帮助@ComponentScan(excludeFilters = { // 扫描路径设置（具体使用待确认）@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })public @interface SpringBootApplication {...}

在其中比较重要的有三个注解，分别是：

1）@SpringBootConfiguration // 继承了Configuration，表示当前是注解类

2）@EnableAutoConfiguration // 开启springboot的注解功能，springboot的四大神器之一，其借助@import的帮助

3）@ComponentScan(excludeFilters = { // 扫描路径设置（具体使用待确认）

接下来对三个注解一一详解，增加对springbootApplication的理解

1）@Configuration注解

按照原来xml配置文件的形式，在springboot中我们大多用配置类来解决配置问题

配置bean方式的不同：

a）xml配置文件的形式配置bean

b）javaconfiguration的配置形式配置bean

@Configurationpublic class MockConfiguration{ //bean定义}

注入bean方式的不同：

a）xml配置文件的形式注入bean

...

b）javaconfiguration的配置形式注入bean

@Configurationpublic 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bean之间依赖关系的不同：

a）xml配置文件的形式表达依赖关系

b）javaconfiguration配置的形式表达依赖关系

@Configurationpublic 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。

2） @ComponentScan注解

作用：a）对应xml配置中的元素；

b） 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;

c) 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

此注解顾名思义是可以自动配置，所以应该是springboot中最为重要的注解。

在spring框架中就提供了各种以@Enable开头的注解，例如： @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【定时任务、时间调度任务】

@EnableMBeanExport是通过@Import将JMX相关的bean定义加载到IoC容器【监控JVM运行时状态】

@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。

@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【重点注解】@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)【重点注解】public @interface EnableAutoConfiguration {...}

其中最重要的两个注解已经标注：

1、@AutoConfigurationPackage【重点注解】

2、@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)【重点注解】

当然还有其中比较重要的一个类就是：EnableAutoConfigurationImportSelector.class

AutoConfigurationPackage注解：

static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports { @Overridepublic void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata,BeanDefinitionRegistry registry) { register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());}

它其实是注册了一个Bean的定义。

new PackageImport(metadata).getPackageName()，它其实返回了当前主程序类的同级以及子级的包组件。

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以上图为例，DemoApplication是和demo包同级，但是demo2这个类是DemoApplication的父级，和example包同级

也就是说，DemoApplication启动加载的Bean中，并不会加载demo2，这也就是为什么，我们要把DemoApplication放在项目的最高级中。

Import(AutoConfigurationImportSelector.class)注解：

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可以从图中看出 AutoConfigurationImportSelector 继承了 DeferredImportSelector 继承了 ImportSelector

ImportSelector有一个方法为：selectImports。

@Overridepublic String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {if (!isEnabled(annotationMetadata)) { return NO_IMPORTS;}AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader.loadMetadata(this.beanClassLoader);AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);List
   
     configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata,attributes);configurations = removeDuplicates(configurations);Set
    
      exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);checkExcludedClasses(configurations, exclusions);configurations.removeAll(exclusions);configurations = filter(configurations, autoConfigurationMetadata);fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);return StringUtils.toStringArray(configurations);}

可以看到第九行，它其实是去加载 public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";外部文件。这个外部文件，有很多自动配置的类。如下：

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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。

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自动配置幕后英雄：SpringFactoriesLoader详解

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！

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 
   
     List
    
      loadFactories(Class
     
       factoryClass, ClassLoader classLoader) { ... }   public static List
      
        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

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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。

四、springboot启动流程概览图

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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：

public static ConfigurableApplicationContext run(Object[] sources, String[] args) { return new SpringApplication(sources).run(args);}

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。

@SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" })private void initialize(Object[] sources) {if (sources != null && sources.length > 0) {this.sources.addAll(Arrays.asList(sources));}this.webEnvironment = deduceWebEnvironment();setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();}

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！”。

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {StopWatch stopWatch = new StopWatch();stopWatch.start();ConfigurableApplicationContext context = null;FailureAnalyzers analyzers = null;configureHeadlessProperty();SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);listeners.starting();try {ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,applicationArguments);Banner printedBanner = printBanner(environment);context = createApplicationContext();analyzers = new FailureAnalyzers(context);prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,printedBanner); // 核心点：会打印springboot的启动标志，直到server.port端口启动refreshContext(context);afterRefresh(context, applicationArguments);listeners.finished(context, null);stopWatch.stop();if (this.logStartupInfo) {new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);}return context;}catch (Throwable ex) {handleRunFailure(context, listeners, analyzers, ex);throw new IllegalStateException(ex);}}

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）。

private ConfigurableEnvironment prepareEnvironment(SpringApplicationRunListeners listeners,ApplicationArguments applicationArguments) { // Create and configure the environment ConfigurableEnvironment environment = getOrCreateEnvironment(); configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs()); listeners.environmentPrepared(environment); if (!this.webEnvironment) { environment = new EnvironmentConverter(getClassLoader()).convertToStandardEnvironmentIfNecessary(environment); } return environment;}

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！”。

public void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment) { for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) { listener.environmentPrepared(environment); }}

5）如果SpringApplication的showBanner属性被设置为true，则打印banner。

private Banner printBanner(ConfigurableEnvironment environment) { if (this.bannerMode == Banner.Mode.OFF) { return null; } ResourceLoader resourceLoader = this.resourceLoader != null ? this.resourceLoader: new DefaultResourceLoader(getClassLoader()); SpringApplicationBannerPrinter bannerPrinter = new SpringApplicationBannerPrinter(resourceLoader, this.banner); if (this.bannerMode == Mode.LOG) { return bannerPrinter.print(environment, this.mainApplicationClass, logger); } return bannerPrinter.print(environment, this.mainApplicationClass, System.out);}

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。

@SuppressWarnings({ "rawtypes", "unchecked" })protected void applyInitializers(ConfigurableApplicationContext context) { for (ApplicationContextInitializer initializer : getInitializers()) { Class
    requiredType = GenericTypeResolver.resolveTypeArgument(initializer.getClass(), ApplicationContextInitializer.class); Assert.isInstanceOf(requiredType, context, "Unable to call initializer."); initializer.initialize(context); }}

8）遍历调用所有SpringApplicationRunListener的contextPrepared()方法。

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context,ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners,
ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) { context.setEnvironment(environment); postProcessApplicationContext(context); applyInitializers(context); listeners.contextPrepared(context); if (this.logStartupInfo) { logStartupInfo(context.getParent() == null); logStartupProfileInfo(context); }// Add boot specific singleton beans context.getBeanFactory().registerSingleton("springApplicationArguments",applicationArguments); if (printedBanner != null) { context.getBeanFactory().registerSingleton("springBootBanner", printedBanner); }// Load the sources Set

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。

private void prepareAnalyzer(ConfigurableApplicationContext context,FailureAnalyzer analyzer) { if (analyzer instanceof BeanFactoryAware) { ((BeanFactoryAware) analyzer).setBeanFactory(context.getBeanFactory()); }}

10）遍历调用所有SpringApplicationRunListener的contextLoaded()方法。

public void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext context) { for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) { listener.contextLoaded(context); }}

11) 调用ApplicationContext的refresh()方法，完成IoC容器可用的最后一道工序。

private void refreshContext(ConfigurableApplicationContext context) { refresh(context); if (this.registerShutdownHook) { try { context.registerShutdownHook(); }catch (AccessControlException ex) { // Not allowed in some environments. } }}

12）查找当前ApplicationContext中是否注册有CommandLineRunner，如果有，则遍历执行它们。

private void callRunners(ApplicationContext context, ApplicationArguments args) { List

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：

public void finished(ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception) { for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) { callFinishedListener(listener, context, exception); }}

SpringBoot启动原理及相关流程

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。

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