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一文搞懂springboot启动原理

SpringBoot为我们做的自动配置,确实方便快捷,但一直搞不明白它的内部启动原理,这次就来一步步解开SpringBoot的神秘面纱,让它不再神秘。

file


@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)            // 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 {
...
}

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@ConfigurationSpringBoot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 {
    ...
}

两个比较重要的注解:

**@AutoConfigurationPackage:自动配置包

@Import: 导入自动配置的组件**

AutoConfigurationPackage注解:


static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {

        @Override
        public 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:

file

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

ImportSelector有一个方法为:selectImports。


@Override
    public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
        if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
            return NO_IMPORTS;
        }
        AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader
                .loadMetadata(this.beanClassLoader);
        AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);
        List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata,
                attributes);
        configurations = removeDuplicates(configurations);
        Set<String> 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:

file

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 <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

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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。

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正文到此结束
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