一文徹底弄懂Spring Boot的啟動過程

一，Spring Boot啟動過程

1. 啟動入口

Spring Boot 應(yīng)用的啟動入口通常是一個包含 @SpringBootApplication 注解的主類，并調(diào)用 SpringApplication.run() 方法。@SpringBootApplication 是一個復(fù)合注解，包含了 @Configuration、@EnableAutoConfiguration 和 @ComponentScan，從而開啟了自動配置和組件掃描。

源碼路徑在 SpringApplication 類的 run() 方法：

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

這個入口主要做了以下幾件事情：

創(chuàng)建 SpringApplication 實例：初始化 Spring Boot 環(huán)境。
初始化環(huán)境和監(jiān)聽器：設(shè)置啟動的 Environment，并且添加 ApplicationListener 監(jiān)聽器。
準備和刷新 Spring 上下文：通過 prepareContext 和 refreshContext 方法進行上下文環(huán)境的準備和刷新。

2. 創(chuàng)建 SpringApplication 實例

在 SpringApplication 的構(gòu)造方法中，Spring Boot 解析應(yīng)用的啟動模式（例如是 Web 應(yīng)用、Servlet 應(yīng)用或是普通應(yīng)用），并初始化應(yīng)用的上下文類型。Spring Boot 的不同上下文類型包括 AnnotationConfigApplicationContext（非 Web 應(yīng)用）和 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext（Web 應(yīng)用）。

3. 初始化 Environment 和監(jiān)聽器

接下來，Spring Boot 會初始化 ConfigurableEnvironment，這個環(huán)境中包含了系統(tǒng)的屬性、環(huán)境變量、配置文件等數(shù)據(jù)，作為后續(xù)加載 Bean 定義和初始化的基礎(chǔ)。

同時，Spring Boot 也會初始化一系列的 ApplicationListener，用于監(jiān)聽和處理應(yīng)用啟動過程中的事件，比如 ApplicationEnvironmentPreparedEvent、ApplicationPreparedEvent 等。

4. 加載配置類并觸發(fā)自動配置

Spring Boot 使用 @EnableAutoConfiguration 注解觸發(fā)自動配置，核心實現(xiàn)是在 AutoConfigurationImportSelector 中加載 META-INF/spring.factories 配置文件，文件中列出了許多自動配置類（如 DataSourceAutoConfiguration、JpaRepositoriesAutoConfiguration 等），根據(jù)條件（例如某些 Bean 是否存在、某些屬性是否被配置等）加載相應(yīng)的自動配置。

5. 加載并注冊 Bean

在 refreshContext() 方法中，Spring Boot 調(diào)用 refresh() 方法，這一步驟中完成了 BeanFactory 的初始化和 BeanPostProcessor 的注冊，并解析 @Component、@Service、@Repository 等注解標注的 Bean 定義，將它們注冊到 BeanFactory 中。

在源碼層面，refresh() 方法中，invokeBeanFactoryPostProcessors 和 registerBeanPostProcessors 這兩個方法是關(guān)鍵，分別用于執(zhí)行所有 BeanFactoryPostProcessor 和 BeanPostProcessor，確保 Bean 的生命周期正確管理。

6. Web 環(huán)境中的嵌入式容器啟動

在 Web 應(yīng)用中，Spring Boot 會啟動嵌入式 Web 容器（如 Tomcat 或 Jetty）。Spring Boot 默認通過 ServletWebServerApplicationContext 啟動內(nèi)嵌的 Web 服務(wù)器。在 refresh() 的最后，會啟動嵌入式容器，將應(yīng)用作為 Web 應(yīng)用發(fā)布。

7. 執(zhí)行 ApplicationRunner 和 CommandLineRunner

Spring Boot 啟動完成后，會掃描并執(zhí)行所有實現(xiàn)了 ApplicationRunner 和 CommandLineRunner 接口的 Bean。它們可以用于在啟動后執(zhí)行自定義邏輯。

8. 發(fā)布應(yīng)用啟動完成事件

最后，Spring Boot 發(fā)布 ApplicationReadyEvent 事件，通知所有監(jiān)聽器應(yīng)用已啟動完成。至此，Spring Boot 應(yīng)用正式啟動完成，可以接收 HTTP 請求或執(zhí)行其他任務(wù)。

二、Spring Boot 啟動過程的架構(gòu)設(shè)計

在 Spring Boot 應(yīng)用啟動的過程中，SpringApplication.run() 是最常用的啟動方式。通過這個方法，Spring Boot 為開發(fā)者屏蔽了大量復(fù)雜的初始化細節(jié)，我們只需提供主啟動類的入口和簡單的配置信息即可啟動整個應(yīng)用。

下面我們從源碼入手，分步驟分析 SpringApplication.run 進行的操作。

1，SpringApplication.run() 的詳細流程

SpringApplication.run 主要完成以下幾大步驟：

初始化 SpringApplication 實例：

該實例負責(zé)整個 Spring Boot 應(yīng)用的啟動過程，通過判斷應(yīng)用類型和設(shè)置環(huán)境變量為后續(xù)配置加載和應(yīng)用上下文創(chuàng)建提供基礎(chǔ)。核心方法為 SpringApplication#prepareEnvironment 和 SpringApplication#createApplicationContext。
創(chuàng)建應(yīng)用上下文并刷新上下文：

SpringApplication 將根據(jù)應(yīng)用類型來創(chuàng)建不同的 ApplicationContext（如 AnnotationConfigApplicationContext 或 ServletWebServerApplicationContext），并將所有 Bean 裝載到上下文中。
加載環(huán)境配置：

Spring Boot 會基于開發(fā)環(huán)境或生產(chǎn)環(huán)境加載不同的配置文件。核心是 ConfigFileApplicationListener 監(jiān)聽配置事件，解析應(yīng)用配置文件（application.properties 或 application.yml）并裝配到應(yīng)用上下文的 Environment 對象中。
啟動嵌入式容器：

如果是 Web 應(yīng)用，Spring Boot 會啟動內(nèi)嵌的服務(wù)器（如 Tomcat、Jetty 或 Undertow），并將 DispatcherServlet 注冊到服務(wù)器中。

2，SpringApplication 核心設(shè)計類

在源碼層面，SpringApplication 是啟動過程中的關(guān)鍵類。它通過構(gòu)造函數(shù)和 run() 方法完成了以下工作：

public class SpringApplication {

    public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
        this.resourceLoader = resourceLoader;
        Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
        this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
        this.webApplicationType = deduceWebApplicationType();
        this.setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(
            ApplicationContextInitializer.class));
        this.setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
        this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
    }

    public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
        // 初始化階段
        StopWatch stopWatch = new StopWatch();
        stopWatch.start();
        ConfigurableApplicationContext context = null;
        configureHeadlessProperty();
        SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
        listeners.starting();
        
        try {
            ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
            ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
            context = createApplicationContext();
            prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments);
            refreshContext(context);
            afterRefresh(context, applicationArguments);
            listeners.started(context);
            callRunners(context, applicationArguments);
        } catch (Exception ex) {
            handleRunFailure(context, listeners, ex);
            throw new IllegalStateException(ex);
        } finally {
            stopWatch.stop();
        }
        return context;
    }
}

源碼揭示了 SpringApplication 的核心功能在于配置監(jiān)聽器、加載環(huán)境、創(chuàng)建上下文等幾個方面。通過 deduceWebApplicationType() 方法判斷 Web 應(yīng)用類型，為接下來的 ApplicationContext 選擇提供了依據(jù)。這種設(shè)計實現(xiàn)了啟動流程的高度定制和靈活適應(yīng)性。

三、啟動過程中的關(guān)鍵組件及設(shè)計模式

Spring Boot 的啟動流程涉及到多個設(shè)計模式，這些模式不僅提升了代碼的可讀性和靈活性，也確保了在不同的業(yè)務(wù)場景下能夠快速地調(diào)整啟動行為。

1，ApplicationContext 和 ConfigurableEnvironment

ApplicationContext 是 Spring 框架的核心概念之一，提供了 IoC 容器的實現(xiàn)和應(yīng)用上下文的管理。在 Spring Boot 中，ApplicationContext 包含了所有的 Bean，并提供了應(yīng)用與外部環(huán)境的接口，如 ConfigurableEnvironment，用于管理應(yīng)用的環(huán)境配置和屬性。

ApplicationContext 的核心設(shè)計

ApplicationContext 是一個高度抽象的接口，它有多個具體實現(xiàn)，如 AnnotationConfigApplicationContext 和 ServletWebServerApplicationContext。Spring Boot 的 SpringApplication 會根據(jù)應(yīng)用的類型選擇合適的 ApplicationContext 實現(xiàn)，并對其進行配置和初始化：

非 Web 應(yīng)用：使用 AnnotationConfigApplicationContext 加載配置類和 Bean。
Web 應(yīng)用：使用 ServletWebServerApplicationContext，并加載嵌入式 Web 容器配置。

這種設(shè)計模式提升了 ApplicationContext 的適配性，使其可以靈活適應(yīng)各種不同類型的應(yīng)用。

ConfigurableEnvironment 環(huán)境配置的加載

ConfigurableEnvironment 提供了應(yīng)用的環(huán)境信息，包括系統(tǒng)屬性、環(huán)境變量以及外部化的配置文件內(nèi)容。在 Spring Boot 啟動過程中，ConfigurableEnvironment 會在 prepareEnvironment() 方法中被初始化。

在 ConfigurableEnvironment 中，屬性源的優(yōu)先級管理極大地提升了配置的靈活性。Spring Boot 根據(jù)不同的 PropertySource（如 application.properties、環(huán)境變量、命令行參數(shù)等），提供優(yōu)先級管理，這樣使得在復(fù)雜環(huán)境下也能靈活覆蓋配置。

2，ApplicationListener 事件驅(qū)動模型

ApplicationListener 是 Spring 框架中事件驅(qū)動機制的實現(xiàn)，Spring Boot 使用該機制管理啟動過程中各類重要事件。以下是常見的啟動事件：

ApplicationStartingEvent：在 SpringApplication.run() 開始時觸發(fā)。
ApplicationEnvironmentPreparedEvent：在 Environment 準備好之后觸發(fā)。
ApplicationPreparedEvent：在上下文加載完成之前觸發(fā)。
ApplicationStartedEvent：在上下文刷新完成之后觸發(fā)。
ApplicationReadyEvent：應(yīng)用啟動完成時觸發(fā)。

事件驅(qū)動模型允許開發(fā)者在應(yīng)用啟動的各個階段進行自定義操作，極大增強了擴展性和靈活性。

3，依賴注入和條件配置加載機制

Spring Boot 中自動配置依賴于條件加載機制，核心在于 @Conditional 系列注解，比如 @ConditionalOnClass 和 @ConditionalOnMissingBean 等。這些注解允許 Spring Boot 根據(jù)實際情況有選擇性地加載配置：

@Configuration
@ConditionalOnClass(DataSource.class)
public class DataSourceAutoConfiguration {
    // 數(shù)據(jù)源自動配置邏輯
}

這種條件注入模式通過按需加載 Bean，有效減少了資源的浪費。此設(shè)計模式也讓 Spring Boot 能夠快速適應(yīng)不同的環(huán)境和依賴場景，避免不必要的 Bean 被加載。

四、自動配置的實現(xiàn)機制

Spring Boot 通過 @EnableAutoConfiguration 啟動自動配置功能，它的底層實現(xiàn)機制是 AutoConfigurationImportSelector 和 SpringFactoriesLoader，其中 SpringFactoriesLoader 會掃描 META-INF/spring.factories 文件加載自動配置類。

1，SpringFactoriesLoader 詳解

Spring Boot 自動配置的一個核心機制是 SpringFactoriesLoader，它會從 META-INF/spring.factories 文件中加載所有需要自動配置的類。這種文件配置的方式讓 Spring Boot 能夠輕松拓展新的自動配置功能。

@EnableAutoConfiguration 通過 AutoConfigurationImportSelector 來加載自動配置類，自動配置的實現(xiàn)類和邏輯則由 @Conditional 注解管理，這樣使得自動配置具有按需加載的特性。

2，條件注解與場景應(yīng)用

自動配置機制在實際業(yè)務(wù)中應(yīng)用非常廣泛。舉例來說，Spring Boot 中數(shù)據(jù)源的配置是通過 DataSourceAutoConfiguration 類實現(xiàn)的。在 DataSourceAutoConfiguration 中，使用 @ConditionalOnClass 注解來判斷類路徑中是否存在 DataSource 類，若存在，則注入數(shù)據(jù)源配置。

這類場景非常適合用在多數(shù)據(jù)源配置上，開發(fā)者可以利用條件注解在生產(chǎn)環(huán)境下配置多個數(shù)據(jù)庫源，而在測試環(huán)境中只加載測試數(shù)據(jù)源配置。

五、嵌入式容器的啟動流程

Spring Boot 在 Web 應(yīng)用中默認使用嵌入式容器，這樣可以使應(yīng)用獨立于外部服務(wù)器而運行，提升了應(yīng)用的獨立性和便捷性。

1，嵌入式容器的啟動設(shè)計

在 Spring Boot 啟動 Web 應(yīng)用時，會根據(jù) ServletWebServerApplicationContext 加載嵌入式容器。以下是啟動嵌入式容器的關(guān)鍵流程：

創(chuàng)建 ServletWebServerApplicationContext：Spring Boot 會選擇 Web 應(yīng)用的上下文類 ServletWebServerApplicationContext，并加載 WebServerFactory 工廠類。
創(chuàng)建 Web 服務(wù)器：Spring Boot 使用工廠類創(chuàng)建內(nèi)嵌的 Web 服務(wù)器，如 Tomcat、Jetty 或 Undertow。
注冊 DispatcherServlet：Spring Boot 將 DispatcherServlet 注冊到內(nèi)嵌服務(wù)器中，并通過 ServletRegistrationBean 對其進行初始化和配置。

這種設(shè)計模式使得 Spring Boot 應(yīng)用無縫支持不同類型的 Web 容器，并根據(jù)環(huán)境靈活選擇合適的容器。

2，嵌入式容器在多環(huán)境中的應(yīng)用

嵌入式容器尤其適合微服務(wù)架構(gòu)，它能在容器化場景中快速適應(yīng) Docker 或 Kubernetes 等部署平臺。此外，Spring Boot 允許開發(fā)者通過簡單配置切換不同類型的 Web 服務(wù)器（如 Tomcat 到 Jetty），這樣的設(shè)計為企業(yè)級應(yīng)用提供了高靈活性。

posted @ 2024-11-08 21:48 lgx211 閱讀(8020) 評論(0) 收藏舉報

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