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SpringBoot 系列（一）从启动开始

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引言

SpringBoot 的出现，大大简化了 Spring 依赖配置，让我们可以快速搭起 Web 项目。本系列文章将带你从源码角度分析 SpringBoot 背后的原理。

run() 方法

我们知道，大部分语言都以 main 为起点，SpringBoot 也不例外，一个标准的 SpringBoot 启动类如下：

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@SpringBootApplication
public class DemoApplication {

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

该类没有什么特殊的地方，只有一个 @SpringBootApplication 注解，外加一个 SpringApplication.run(DemoApplication.class, args); 方法。要想启动 SpringBoot 项目，只需要运行这个 main 方法即可，而该 main 方法做的唯一一件事就是调用 SpringApplication.run() 方法。所以我们把焦点放到这个方法，稍后我们在讨论 @SpringBootApplication 这个注解。

我们打开这个 run() 方法，可以看到该方法有一系列的重载方法，而我们入口方法签名如下：

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    /* Static helper that can be used to run a {@link SpringApplication} from the
 * specified source using default settings.
 * @param primarySource the primary source to load
 * @param args the application arguments (usually passed from a Java main method)
 * @return the running {@link ApplicationContext}
 */
public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?> primarySource, String... args) {
        return run(new Class<?>[] { primarySource }, args);
        }

入参

  • primarySource
    从注解中，我们看到该参数是需要载入信息的主要来源，至于有什么作用，目前还不得而知，这里我们只需要记住，我们把 DemoApplication 这个带有 @SpringBootApplication 注解的类传了进来。

  • args
    这个就是我们传递给 java 的命令行参数。

返回值

  • ConfigurableApplicationContext
    通过后缀 ApplicationContext 我们知道，它是一个 Bean 容器，而且是一个高级容器。具体作用，目前也是未知。

我们顺着这个 run 方法继续向下分析，发现它创建了 SpringApplication 对象:

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public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?>[] primarySources, String[] args) {
        return new SpringApplication(primarySources).run(args);
        }

然后调用该对象的 run 方法。SpringApplication 对象的属性多的吓人，这里我也就不列举了。我们继续往下分析(然后再往回推，看看那些属性的作用是什么)，我们最终来到的 run 方法体如下：

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	/**
 * Run the Spring application, creating and refreshing a new
 * {@link ApplicationContext}.
 * @param args the application arguments (usually passed from a Java main method)
 * @return a running {@link ApplicationContext}
 */
public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
        // 启动计时器，用于计算启动耗时
        StopWatch stopWatch = new StopWatch();
        stopWatch.start();
        // 这个 context 我们需要注意一下，看接下来它的实例是什么
        ConfigurableApplicationContext context = null;
        // 异常信息集合
        Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();
        // 这不是我们目前需要关心的，先忽略它
        configureHeadlessProperty();
        // 这里获取了监听器，并且开始了监听器的生命周期，稍后我们详细介绍
        SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
        // 监听器触发
        listeners.starting();

        try {
        ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
        // 准备相关环境变量，此时会进行事件发送，稍后我们详细介绍
        ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
        configureIgnoreBeanInfo(environment);
        // 打印 banner 信息
        Banner printedBanner = printBanner(environment);
        // 这里创建出来的容器实例其实就是 `org.springframework.boot.web.servlet.context.AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext` 
        context = createApplicationContext();
        // 初始化异常信息
        exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class, new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);

        // 准备上下文，稍后我们详细介绍
        prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
        // 刷新上下文，稍后我们详细介绍
        refreshContext(context);
        // 完成刷新
        afterRefresh(context, applicationArguments);
        // 到这里启动完成，记录启动耗时
        stopWatch.stop();
        if (this.logStartupInfo) {
        new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
        }
        // 监听器生命周期 - started
        listeners.started(context);
        callRunners(context, applicationArguments);
        }
        catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
        throw new IllegalStateException(ex);
        }

        try {
        // 运行相关监听器
        listeners.running(context);
        }
        catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
        throw new IllegalStateException(ex);
        }
        // 这里返回来刚刚创建出来的 bean 容器
        return context;
        }

这个方法就是启动整个 SpringBoot 应用的核心方法了。内容不算太多，我把大体的流程用注释的方式进行说明。然后选择一个主线程，进行讲解。

启动监听器

在容器创建之前，会先进行监听器的获取与启动，我们来分析一下 SpringBoot 是如何拿到以及拿到哪些监听器的。

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private SpringApplicationRunListeners getRunListeners(String[] args) {
       Class<?>[] types = new Class<?>[] { SpringApplication.class, String[].class };
       return new SpringApplicationRunListeners(logger,
       getSpringFactoriesInstances(SpringApplicationRunListener.class, types, this, args));
       }

从以上代码中我们看到，监听器的获取由 getSpringFactoriesInstances() 完成，（注意参数中的 this，也就是当前 SpringApplication 对象，它也就间接的传递给了监听器，用于构造实例）。我们看下它的实现。

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private <T> Collection<T> getSpringFactoriesInstances(Class<T> type, Class<?>[] parameterTypes, Object... args) {
       ClassLoader classLoader = getClassLoader();
       // 获取监听器类的全限定名，注意这里用了 set，避免实例重复创建
       Set<String> names = new LinkedHashSet<>(SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(type, classLoader));
       // 创建出具体的监听器实例
       List<T> instances = createSpringFactoriesInstances(type, parameterTypes, classLoader, args, names);
       // 对监听器实例进行排序
       AnnotationAwareOrderComparator.sort(instances);
       return instances;
       }

参数 type 通过调用我们知道其值为 SpringApplicationRunListener，getSpringFactoriesInstances() 又将载入实现委托给了 SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames()。通过接下来调用的函数的名字我们也可以猜到，这一步是获取所有的目标类，然后通过 createSpringFactoriesInstances() 创建出具体的实例，排序后返回。

loadSpringFactories()

这里之所以把该方法单独拿出来是因为大部分的 Starter 组件中的 bean 都是由该方法发现的，所以很有必要说下它。

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private static Map<String, List<String>> loadSpringFactories(@Nullable ClassLoader classLoader) {
       MultiValueMap<String, String> result = cache.get(classLoader);
       if (result != null) {
       return result;
       }

       try {
       Enumeration<URL> urls = (classLoader != null ?
       classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION) :
       ClassLoader.getSystemResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION));
       result = new LinkedMultiValueMap<>();
       while (urls.hasMoreElements()) {
       URL url = urls.nextElement();
       UrlResource resource = new UrlResource(url);
       Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(resource);
       for (Map.Entry<?, ?> entry : properties.entrySet()) {
       String factoryTypeName = ((String) entry.getKey()).trim();
       for (String factoryImplementationName : StringUtils.commaDelimitedListToStringArray((String) entry.getValue())) {
       result.add(factoryTypeName, factoryImplementationName.trim());
       }
       }
       }
       cache.put(classLoader, result);
       return result;
       }
       catch (IOException ex) {
       throw new IllegalArgumentException("Unable to load factories from location [" +
       FACTORIES_RESOURCE_LOCATION + "]", ex);
       }
       }

该方法其实没有什么特别的地方，基本上就是属性的获取之类的。唯一需要关注的就是 FACTORIES_RESOURCE_LOCATION 变量，而该变量的值为 public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories"; 。说到这，我想大家应该明白了，SpringBoot 就是到这个约定的路径下，到 spring.factories 文件中获取我们想要添加到系统容器中的 bean 信息。而 SpringBoot 的 starter 组件也是通过这个方式加载的。

SpringApplicationRunListeners

SpringBoot 获取到的 SpringApplicationRunListener 类型的监听器其实就是在 spring-boot-x.x.x.RELEASE.jar 包下的 EventPublishingRunListener 监听器。然后将获取到的监听器保存到了 SpringApplicationRunListeners 中的 listener 集合中，我们随后看到 SpringBoot 调用了该监听器类的 starting() 方法，随之而来的就是触发 SpringApplicationRunListeners 中保存的所有监听器的 starting() 方法。我们这里只看 EventPublishingRunListener 的 starting() 方法实现。

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public void starting() {
       this.initialMulticaster.multicastEvent(new ApplicationStartingEvent(this.application, this.args));
       }

这里对事件进行了广播，广播对象为 SimpleApplicationEventMulticaster （SpringBoot 对事件的广播都由该对象完成）。事件对象参数中的 this.application 就是之前传进来的 SpringApplication。

准备上下文

启动监听器之后，就开始了上下文的准备阶段，这里就会加载一批 bean 定义。

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private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context, ConfigurableEnvironment environment,
        SpringApplicationRunListeners listeners, ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) {
        // 为当前容器配置环境对象
        context.setEnvironment(environment);
        // 容器后置处理器
        postProcessApplicationContext(context);
        // 初始化器回调
        applyInitializers(context);
        // 监听器生命周期 - contextPrepared
        listeners.contextPrepared(context);
        if (this.logStartupInfo) {
        logStartupInfo(context.getParent() == null);
        logStartupProfileInfo(context);
        }
        // 这里获取当前高级容器中的低级容器，这里为 DefaultListableBeanFactory 实例
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = context.getBeanFactory();
        // 注册单例 bean
        beanFactory.registerSingleton("springApplicationArguments", applicationArguments);

        if (printedBanner != null) {
        beanFactory.registerSingleton("springBootBanner", printedBanner);
        }
        // 这里用来设置是否允许 bean 定义覆盖
        if (beanFactory instanceof DefaultListableBeanFactory) {
        ((DefaultListableBeanFactory) beanFactory)
        .setAllowBeanDefinitionOverriding(this.allowBeanDefinitionOverriding);
        }
        // 懒加载处理器配置
        if (this.lazyInitialization) {
        context.addBeanFactoryPostProcessor(new LazyInitializationBeanFactoryPostProcessor());
        }

        // 从这里开始，加载 bean，而这里的 source 就包括了我们调用 run 方法时传进来的入口类
        Set<Object> sources = getAllSources();
        Assert.notEmpty(sources, "Sources must not be empty");
        // 开始载入
        load(context, sources.toArray(new Object[0]));
        // 监听器生命周期 - contextLoaded
        listeners.contextLoaded(context);
        }

首先为当前容器对象设置环境变量对象，然后开始配置容器的后置处理器：

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/**
 * Apply any relevant post processing the {@link ApplicationContext}. Subclasses can
 * apply additional processing as required.
 * @param context the application context
 */
protected void postProcessApplicationContext(ConfigurableApplicationContext context) {
  // bean 名称生成器
	if (this.beanNameGenerator != null) {
		context.getBeanFactory().registerSingleton(AnnotationConfigUtils.CONFIGURATION_BEAN_NAME_GENERATOR,
				this.beanNameGenerator);
	}
	// 资源载入器
	if (this.resourceLoader != null) {
		if (context instanceof GenericApplicationContext) {
			((GenericApplicationContext) context).setResourceLoader(this.resourceLoader);
		}
		if (context instanceof DefaultResourceLoader) {
			((DefaultResourceLoader) context).setClassLoader(this.resourceLoader.getClassLoader());
		}
	}
	// 添加转换服务
	if (this.addConversionService) {
		context.getBeanFactory().setConversionService(ApplicationConversionService.getSharedInstance());
	}
}

不熟悉没关系，这里我们只是留个印象，知道有这么个过程，至于它们的具体作用，在后续分析源码时在了解也不晚。再下来就是开始应用各个初始化器以及监听器的回调了。这里就不详细展开了，记住的只是每个阶段的生命周期，好在我们后续需要的时候能够随心所欲。

📚Tips

这里我们把 ApplicationContext 的实例称作高级容器，将 BeanFactory 称作低级容器。

load() 方法

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	/**
 * Load beans into the application context.
 * @param context the context to load beans into
 * @param sources the sources to load
 */
protected void load(ApplicationContext context, Object[] sources) {
        if (logger.isDebugEnabled()) {
        logger.debug("Loading source " + StringUtils.arrayToCommaDelimitedString(sources));
        }
        BeanDefinitionLoader loader = createBeanDefinitionLoader(getBeanDefinitionRegistry(context), sources);
        if (this.beanNameGenerator != null) {
        loader.setBeanNameGenerator(this.beanNameGenerator);
        }
        if (this.resourceLoader != null) {
        loader.setResourceLoader(this.resourceLoader);
        }
        if (this.environment != null) {
        loader.setEnvironment(this.environment);
        }
        loader.load();
        }

该 load 方法就是将入口类中涉及到的 bean 注册到 bean 容器中。其中 getBeanDefinitionRegistry 方法用于获取 bean 容器对象的 bean 定义注册器，因为 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext 默认实现了注册接口，所以这里返回的其实是容器对象本身。这里我们还需要注意的是 createBeanDefinitionLoader() 方法，我们看下它的实现：

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/**
* Create a new {@link BeanDefinitionLoader} that will load beans into the specified
* {@link BeanDefinitionRegistry}.
* @param registry the bean definition registry that will contain the loaded beans
* @param sources the bean sources
*/
BeanDefinitionLoader(BeanDefinitionRegistry registry, Object... sources) {
           Assert.notNull(registry, "Registry must not be null");
           Assert.notEmpty(sources, "Sources must not be empty");
           this.sources = sources;
           this.annotatedReader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(registry);
           this.xmlReader = new XmlBeanDefinitionReader(registry);
           if (isGroovyPresent()) {
           this.groovyReader = new GroovyBeanDefinitionReader(registry);
           }
           this.scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(registry);
           this.scanner.addExcludeFilter(new ClassExcludeFilter(sources));
           }

从代码中我们看到，这里创建了一个基于注解的读取器 — AnnotatedBeanDefinitionReader 以及一个类路径扫描器 — ClassPathBeanDefinitionScanner。这两个对象的入参都是 bean 容器。也就是说这两个方法会把获取到的 bean 信息存到 bean 容器中。

由于 load 调用路径过深，我这里就直接贴出最终的 load 实现：

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private int load(Class<?> source) {
       if (isGroovyPresent() && GroovyBeanDefinitionSource.class.isAssignableFrom(source)) {
       // Any GroovyLoaders added in beans{} DSL can contribute beans here
       GroovyBeanDefinitionSource loader = BeanUtils.instantiateClass(source, GroovyBeanDefinitionSource.class);
       load(loader);
       }
       // 以下是真正执行的逻辑
       if (isComponent(source)) {
       this.annotatedReader.register(source);
       return 1;
       }
       return 0;
       }

这里我们看到了一个”很熟悉”的方法 isComponent(source)，通过它的名字我们可以猜出，它就是用来判断当前源是否包含 @Component 注解。如果是，开始调用基于注解的 bean 读取器注册相关信息。

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	/**
 * Register one or more component classes to be processed.
 * <p>Calls to {@code register} are idempotent; adding the same
 * component class more than once has no additional effect.
 * @param componentClasses one or more component classes,
 * e.g. {@link Configuration @Configuration} classes
 */
public void register(Class<?>... componentClasses) {
        for (Class<?> componentClass : componentClasses) {
        registerBean(componentClass);
        }
        }

而 registerBean() 方法会将注册逻辑委托给 doRegisterBean() 方法。那么 bean 的定义信息最终会注册到什么地方呢？当然是 DefaultListableBeanFactory 中，对于 bean 的别名则是存到了 DefaultListableBeanFactory 的父类 SimpleAliasRegistry 中。

到目前为止，完成了 bean 定义的注册，这也是 prepareContext() 方法做的工作。接下来执行的就是上下文的刷新了，不过我们本文不讨论该方法，而是把它放到下一篇文章中，这么做一方面是因为该方法内容篇幅较大；另一方面是因为我们还有另一个知识点没有说明，那就是 @SpringBootApplication 注解。

@SpringBootApplication 注解

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@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) })

我们发现 @SpringBootApplication 注解中有一个比较熟悉的元注解 @ComponentScan 当然还有两个新注解 @SpringBootConfiguration、@EnableAutoConfiguration。我们看下比较陌生的两个注解。

@SpringBootConfiguration

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@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Configuration
public @interface SpringBootConfiguration {
  @AliasFor(annotation = Configuration.class)
  boolean proxyBeanMethods() default true;
}

这个注解比较简单，就是组合了 @Configuration 注解，并且多了一个同 @Configuration 一样的属性 proxyBeanMethods() 该属性就是用来标记当前的 @Configuration 下带有 @Bean 方法的代理规则，以此来提升性能。

@EnableAutoConfiguration

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@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {

  String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";

  /**
   * Exclude specific auto-configuration classes such that they will never be applied.
   * @return the classes to exclude
   */
  Class<?>[] exclude() default {};

  /**
   * Exclude specific auto-configuration class names such that they will never be
   * applied.
   * @return the class names to exclude
   * @since 1.3.0
   */
  String[] excludeName() default {};

该注解其实引入了两个配置类：AutoConfigurationImportSelector 以及 AutoConfigurationPackages.Registrar。那么它们的作用是什么？不知道你有没有好奇过，SpringBoot 是怎么找到 starter 组件中的 bean，并且加载到当前容器中的？其实就是 AutoConfigurationImportSelector 中的逻辑实现的，它会去约定好的路径文件中读取 bean 信息，也就是 META-INF/spring.factories