SpringBoot启动流程及原理

1.总览上图为SpringBoot启动结构图，我们发现启动流程主要分为三个部分，第一部分进行SpringApplication的初始化模块，配置一些基本的环境变量、资源、构造器、监听器，第二部分实现了应用具体的启动方案，包括启动流程的监听模块、加载配置环境模块、及核心的创建上下文环境模块，第三部分是自动化配置模块，该模块作为springboot自动配置核心2.常用注解解释任何一个标注了@Bean的

早起的虫子jj

6720人浏览 · 2021-05-31 16:47:17

早起的虫子jj · 2021-05-31 16:47:17 发布

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1.总览

上图为SpringBoot启动结构图，我们发现启动流程主要分为三个部分，第一部分进行SpringApplication的初始化模块，配置一些基本的环境变量、资源、构造器、监听器，第二部分实现了应用具体的启动方案，包括启动流程的监听模块、加载配置环境模块、及核心的创建上下文环境模块，第三部分是自动化配置模块，该模块作为springboot自动配置核心

2.常用注解解释

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。
@SpringBootConfiguration：该注解作用就是将当前的类作为一个JavaConfig，然后触发注解@EnableAutoConfiguration和@ComponentScan的处理，本质上与@Configuration注解没有区别。
@ComponentScan,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;(所以SpringBoot的启动类最好是放在root package下，因为默认不指定basePackages)
@EnableAutoConfiguration,借助@Import的支持，收集和注册特定场景相关的bean定义;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。
(1) @AutoConfigurationPackage:通过@Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class)注册当前启动类的根package；注册 org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfigurationPackages 的BeanDefinition。
(2) Import(AutoConfigurationImportSelector.class): “META-INF/spring.factories”
该方法在springboot启动流程——bean实例化前被执行，返回要实例化的类信息列表；
如果获取到类信息，spring可以通过类加载器将类加载到jvm中，现在我们已经通过spring-boot的starter依赖方式依赖了我们需要的组件，那么这些组件的类信息在select方法中就可以被获取到。将所有符合条件(spring.factories)的bean定义（如Java Config@Configuration配置）都加载到当前SpringBoot创建并使用的IoC容器。
总结：从classpath中搜寻所有的META-INF/spring.factories配置文件，并将其中org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration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。
- 通过SpringFactoriesLoader#loadFactoryNames获取应考虑的自动配置名称，例如来源于spring-boot-autoconfigure jar包下的 META-INF/spring.factories 文件下的配置
- 通过 filter 过滤掉当前环境不需要自动装配的类，各种 @Conditional 不满足就被过滤掉
- 将需要自动装配的全路径类名注册到 SpringIOC 容器，自此 SpringBoot 自动装配完成！

3.启动流程概括图

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4.详解AutoConfigurationImportSelector

public class AutoConfigurationImportSelector implements DeferredImportSelector, BeanClassLoaderAware,
  ResourceLoaderAware, BeanFactoryAware, EnvironmentAware, Ordered {

可以看到实现了 DeferredImportSelector接口，该接口继承自ImportSelector，根据Javadoc可知，多用于导入被@Conditional注解的Bean
ImportSelector接口中有个selectImports方法，SpringBoot启动时会调用该方法，进行自动装配的处理

@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);
    }

getCandidateConfigurations(annotationMetadata,attributes);其实是去加载各个组件jar下的"META-INF/spring.factories";外部文件。
该方法在springboot启动流程——bean实例化前被执行，返回要实例化的类信息列表；
如果获取到类信息，spring可以通过类加载器将类加载到jvm中，现在我们已经通过spring-boot的starter依赖方式依赖了我们需要的组件，那么这些组件的类信息在select方法中就可以被获取到。

protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
 List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(this.getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(), this.getBeanClassLoader());
 Assert.notEmpty(configurations, "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories. If you are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
 return configurations;
 }

其返回一个自动配置类的类名列表，方法调用了loadFactoryNames方法，查看该方法

public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, @Nullable ClassLoader classLoader) {
 String factoryClassName = factoryClass.getName();
 return (List)loadSpringFactories(classLoader).getOrDefault(factoryClassName, Collections.emptyList());
 }

自动配置器会跟根据传入的factoryClass.getName()到项目系统路径下所有的spring.factories文件中找到相应的key，从而加载里面的类。

其中，最关键的要属@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)，借助AutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以帮助SpringBoot应用将所有符合条件(spring.factories)的bean定义（如Java Config@Configuration配置）都加载到当前SpringBoot创建并使用的IoC容器。

SpringFactoriesLoader为Spring工厂加载器，该对象提供了loadFactoryNames方法，入参为factoryClass和classLoader即需要传入工厂类名称和对应的类加载器，方法会根据指定的classLoader，加载该类加器搜索路径下的指定文件，即spring.factories文件；

5.总结SpringBoot的自动装配

    //这个方法重写至ImportSelect
	@Override
	public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
		if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
			return NO_IMPORTS;
		}
		AutoConfigurationEntry autoConfigurationEntry = getAutoConfigurationEntry(annotationMetadata);
		return StringUtils.toStringArray(autoConfigurationEntry.getConfigurations());
	}

	protected AutoConfigurationEntry getAutoConfigurationEntry(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
		if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
			return EMPTY_ENTRY;
		}
		// 获取预先定义的应考虑的自动配置类名称
		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);
		// 通过filter过滤掉当前环境不需要自动装配的类，比如没有集成RabbitMQ，就不需要，或者有的条件@Conditional不满足也不需要自动装配
		configurations = getConfigurationClassFilter().filter(configurations);
		fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
		// 返回需要自动装配的全路径类名
		return new AutoConfigurationEntry(configurations, exclusions);
	}

	protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
		List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(),
				getBeanClassLoader());
		Assert.notEmpty(configurations, "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories. If you "
				+ "are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
		return configurations;
	}

通过SpringFactoriesLoader#loadFactoryNames获取应考虑的自动配置名称，通过META-INF/spring.factories下的配置
执行完configurations =
getConfigurationClassFilter().filter(configurations);之后，各种@Conditional不满足就被过滤掉，剩下35个了
SpringFactoriesLoader为Spring工厂加载器，该对象提供了loadFactoryNames方法，入参为factoryClass和classLoader即需要传入工厂类名称和对应的类加载器，方法会根据指定的classLoader，加载该类加器搜索路径下的指定文件，即spring.factories文件；

    public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryType, @Nullable ClassLoader classLoader) {
        ClassLoader classLoaderToUse = classLoader;
        if (classLoader == null) {
            classLoaderToUse = SpringFactoriesLoader.class.getClassLoader();
        }

        String factoryTypeName = factoryType.getName();
        return (List)loadSpringFactories(classLoaderToUse).getOrDefault(factoryTypeName, Collections.emptyList());
    }

在上面的代码可以看到自动配置器会跟根据传入的factoryType.getName()到项目系统路径下所有的spring.factories文件中找到相应的key，从而加载里面的类。我们就选取这个mybatis-spring-boot-autoconfigure下的spring.factories文件
在这里插入图片描述
进入org.mybatis.spring.boot.autoconfigure.MybatisAutoConfiguration中，主要看一下类头：

发现@Spring的Configuration，俨然是一个通过注解标注的springBean，继续向下看，@ConditionalOnClass({ SqlSessionFactory.class,SqlSessionFactoryBean.class})这个注解的意思是：当存在SqlSessionFactory.class,SqlSessionFactoryBean.class这两个类时才解析MybatisAutoConfiguration配置类,否则不解析这一个配置类，make sence，我们需要mybatis为我们返回会话对象，就必须有会话工厂相关类
@CondtionalOnBean(DataSource.class):只有处理已经被声明为bean的dataSource
@ConditionalOnMissingBean(MapperFactoryBean.class)这个注解的意思是如果容器中不存在name指定的bean则创建bean注入，否则不执行（该类源码较长，篇幅限制不全粘贴）

以上配置可以保证sqlSessionFactory、sqlSessionTemplate、dataSource等mybatis所需的组件均可被自动配置，@Configuration注解已经提供了Spring的上下文环境，所以以上组件的配置方式与Spring启动时通过mybatis.xml文件进行配置起到一个效果。通过分析我们可以发现，只要一个基于SpringBoot项目的类路径下存在SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class，并且容器中已经注册了dataSourceBean，就可以触发自动化配置，意思说我们只要在maven的项目中加入了mybatis所需要的若干依赖，就可以触发自动配置，但引入mybatis原生依赖的话，每集成一个功能都要去修改其自动化配置类，那就得不到开箱即用的效果了。所以Spring-boot为我们提供了统一的starter可以直接配置好相关的类，触发自动配置所需的依赖(mybatis)如下：
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因为maven依赖的传递性，我们只要依赖starter就可以依赖到所有需要自动配置的类，实现开箱即用的功能。也体现出Springboot简化了Spring框架带来的大量XML配置以及复杂的依赖管理，让开发人员可以更加关注业务逻辑的开发。

6.SpringBoot启动流程解析

run方法中去创建了一个SpringApplication实例，在该构造方法内，我们可以发现其调用了一个初始化的initialize方法，主要是为SpringApplication对象赋一些初值
创建了应用的监听器SpringApplicationRunListeners并开始监听
加载SpringBoot配置环境(ConfigurableEnvironment)，如果是通过web容器发布，会加载StandardEnvironment，其最终也是继承了ConfigurableEnvironment，类图如下

可以看出，*Environment最终都实现了PropertyResolver接口，我们平时通过environment对象获取配置文件中指定Key对应的value方法时，就是调用了propertyResolver接口的getProperty方法
配置环境(Environment)加入到监听器对象中(SpringApplicationRunListeners)
创建run方法的返回对象：ConfigurableApplicationContext(应用配置上下文)，我们可以看一下创建方法：

方法会先获取显式设置的应用上下文(applicationContextClass)，如果不存在，再加载默认的环境配置（通过是否是web environment判断），默认选择AnnotationConfigApplicationContext注解上下文（通过扫描所有注解类来加载bean），最后通过BeanUtils实例化上下文对象，并返回，ConfigurableApplicationContext类图如下：

主要看其继承的两个方向：
LifeCycle：生命周期类，定义了start启动、stop结束、isRunning是否运行中等生命周期空值方法
ApplicationContext：应用上下文类，其主要继承了beanFactory(bean的工厂类)
回到run方法内，prepareContext方法将listeners、environment、applicationArguments、banner等重要组件与上下文对象关联
接下来的refreshContext(context)方法(初始化方法如下)将是实现spring-boot-starter-*(mybatis、redis等)自动化配置的关键，包括spring.factories的加载，bean的实例化等核心工作。
refresh方法：配置结束后，Springboot做了一些基本的收尾工作，返回了应用环境上下文。回顾整体流程，Springboot的启动，主要创建了配置环境(environment)、事件监听(listeners)、应用上下文(applicationContext)，并基于以上条件，在容器中开始实例化我们需要的Bean，至此，通过SpringBoot启动的程序已经构造完成，接下来我们来探讨自动化配置是如何实现。