Springboot启动原理解析

我们开发任何一个Spring Boot项目，都会用到如下的启动类

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

从上面的代码可以修剪，Annotation定义（@SpringBootApplication）和类定义（SpringApplication.run）最耀眼，所以要揭开SpringBoot的神秘面纱，我们要从这两个开始就可以了。

一，SpringBootApplication背后的秘密

@SpringBootApplication注解是Spring Boot的核心注解，它实际上是一个组合注解：

@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) })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

即  @SpringBootApplication =（量化属性）@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@ComponentScanpublic 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。

1，@配置

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@Configuration，SpringBoot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，而实际上也是一个IoC容器的配置类。

举几个简单例子回顾下，XML跟configconfig方式的区别：

（1）表达形式维度

基于XML配置的方式是这样：

<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">    beans>

而基于JavaConfig的配置方式是这样：

@Configurationpublic 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。

（2）注册bean定义宪法

基于XML的配置形式是这样：

"mockService" class="..MockServiceImpl">    ...</bean>

而基于JavaConfig的配置形式是这样的：

@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，方法名将变为成该该bean定义的id。

（3）表达依赖注入关系尺度

为了表达bean与bean之间的依赖关系，在XML形式中一般是这样：

"mockService" class="..MockServiceImpl">   <propery name ="dependencyService" ref="dependencyService" />bean>"dependencyService" class="DependencyServiceImpl">bean>

而基于JavaConfig的配置形式是这样的：

@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。

@Configuration：提到@Configuration就要提到他的搭档@Bean。使用这两个注解就可以创建一个简单的spring配置类，可以使用替代相应的XML配置文件。

<beans>     <bean id = "car" class="com.test.Car">         <property name="wheel" ref = "wheel">property>     bean>     <bean id = "wheel" class="com.test.Wheel">bean> beans>

相当于：

@Configuration public class Conf {     @Bean     public Car car() {         Car car = new Car();         car.setWheel(wheel());         return car;     }
    @Bean     public Wheel wheel() {         return new Wheel();     } }

@Configuration的注解类标识这个类可以使用Spring IoC容器作为bean定义的来源。

@Bean注解告诉Spring，一个带有@Bean的注解方法将返回一个对象，该对象应该被注册为在Spring应用程序某些中的bean。

2，@ 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（例如@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，则是Spring框架实现会从声明@ComponentScan所在类的包装进行扫描。

注：所以SpringBoot的启动类最好是放在root package下，因为交替不指定basePackages。

3，@启用自动配置

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？类似@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，采纳@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调试框架相关的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也是通过@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会根据类路径中的jar依赖为项目进行自动配置，如：添加了spring-boot-starter-web依赖，会自动添加Tomcat和Spring MVC的依赖，Spring Boot Tomcat和Spring MVC进行自动配置。

@EnableAutoConfiguration作为一个复合注释，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 {    ...}

其中，最关键的要属@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)，EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以可以帮助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，可以用作Spring框架内置的一个工具类：SpringFactoriesLoader的支持，@EnableAutoConfiguration可以智能的自动配置功效才得以实现大功告成！

自动配置幕后英雄：SpringFactoriesLoader详解

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<T> 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作为查找的键，获取对应的一组@Configuration类。

上图就是从SpringBoot的自动配置依赖包中的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：从类路径搜寻中所有的META-INF/spring.factories配置文件，其中并将org.springframework.boot.autoconfigure.EnableutoConfiguration对应的配置项通过反射（Java的Refletion）化为实例对应的标注了@Configuration的JavaConfig形式的的IoC容器配置类，然后汇总为一个并加载到IoC容器。

二，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的静态运行方法，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：

• 根据类路径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应用程序使用的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。

• 初步并设置main方法的定义类。

2）SpringApplication实例初始化完成并完成设置后，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！”。

3）创建并配置当前Spring Boot应用将要使用的环境（包括配置要使用的PropertySource以及Profile）。

4）遍历调用所有SpringApplicationRunListener的environmentPrepared()方法，告诉他们：“当前SpringBoot应用使用的环境准备好了咯！”。

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

6）根据用户是否明确设置了applicationContextClass类型以及初始化阶段的初始结果，决定该为当前SpringBoot应用程序创建的类型的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，将之前准备好的环境设置给创建好的ApplicationContext使用。

7）ApplicationContext创建好之后，SpringApplication会再次替换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。

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

9）最核心的一步，将先通过@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。

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

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

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

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，只不过这种情况下发生异常信息一并替换处理）

去除事件通知点后，整个流程如下：

本文以调试一个实际的SpringBoot启动程序为例，参考流程中主要类图，来分析其启动逻辑和自动化配置原理。

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，以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，在后面的分析中会详细讨论。在下面的启动程序中我们会串联起结构中的主要功能。

启动：

每个SpringBoot程序都有一个主入口，也就是main方法，main里面调用SpringApplication.run()启动整个spring-boot程序，该方法所在类需要使用@SpringBootApplication注解，以及@ImportResource注解（如果需要），@SpringBootApplication包括三个注解，功能如下：

• @EnableAutoConfiguration：SpringBoot根据应用所声明的依赖来对Spring框架进行自动配置。

• @SpringBootConfiguration（内部为@Configuration）：被标注的类等于在spring的XML配置文件中（applicationContext.xml），装配所有bean事务，提供一个spring的所在环境。

• @ComponentScan：组件扫描，可自动发现和装配Bean，替换扫描SpringApplication的run方法里的Booter.class所在的包路径下文件，所以最好将其启动类放到根包路径下。

SpringBoot启动类

首先进入run方法

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初始化方法

这里主要是为SpringApplication对象赋值一些初值。构造函数执行完成后，我们回到run方法

该方法中实现了如下几个关键步骤：

1.创建了应用的监听器SpringApplicationRunListeners并开始监听

2.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

可以抛光，* 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键对应的值方法时，就是调用了propertyResolver接口的getProperty方法

3.配置环境（Environment）加入到监听器对象中（SpringApplicationRunListeners）

4.创建运行方法的返回对象：（ConfigurableApplicationContext应用配置文件），我们可以看一下创建方法：

方法会先获取显式设置的应用程序（applicationContextClass），如果不存在，再加载操作系统的环境配置（通过是否是web environment判断），AnnotationConfigApplicationContext替换选择注释解（通过扫描所有注解类来加载bean），最后通过BeanUtils实例化上方对象，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，定义了开始启动，停止结束，isRunning是否运行中等生命周期空值方法

• ApplicationContext：应用某些类，其主要继承了beanFactory（bean的工厂类）

5.返回运行方法内，prepareContext方法将listeners、environment、applicationArguments、banner等重要组件与某些对象关联

6.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。

回顾整体流程，Springboot的启动，主要创建了配置环境（环境），事件监听（监听器），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启动器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。

自动化配置：

之前的启动结构示意图，我们注意到无论是应用初始化还是具体的执行过程，都调用了SpringBoot自动配置模块。

SpringBoot自动配置模块

该配置模块的主要使用到了SpringFactoriesLoader，即Spring工厂加载器，该对象提供了loadFactoryNames方法，入参为factoryClass和classLoader，即需要对齐上图中的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，转化的工厂类为接口，而文件中对应的类则是接口的实现类，或最终作为实现类，所以文件中一般为如下图这种一对多的类名集合，获取到这些实现类的类名后，loadFactoryNames方法返回类名集合，方法调用方得到这些集合后，再通过反射获取这些类的类对象，构造方法，最终生成实例。

工厂接口既有几个实现类接口名称

下图优点我们形象理解自动配置流程。

SpringBoot自动化配置关键组件关系图

mybatis-spring-boot-starter，spring-boot-starter-web等组件的META-INF文件下均包含spring.factories文件，自动配置模块中，SpringFactoriesLoader收集到文件中的类全名并返回一个类全名的数组，返回的类全名通过反射被实例化，就形成了具体的工厂实例，工厂实例来生成组件具体需要的bean。

之前我们提到了EnableAutoConfiguration注解，其类图如下：

可以发现其最终实现了ImportSelector（选择器）和BeanClassLoaderAware（bean类加载器中间件），重点关注一下AutoConfigurationImportSelector的selectImports方法。

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。我们知道，如果获取到类信息，spring自然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的启动程序依赖方式依赖了我们需要的组件，那么这些组建的类信息在选择方法中也是可以被获取到的，不要急我们继续向下分析。

该方法中的getCandidateConfigurations方法，通过方法注释了解到，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

上面在代码的可以看到自动配置器会根据传入的factoryClass.getName()到项目系统-路径下所有的spring.factories文件中找到相应的键，从而加载里面的类。就我们这个选取mybatis-spring-boot-autoconfigure下的spring.factories文件

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})：当存在时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，发出声音，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名称指定的bean则创建bean注入，否则不执行（该类二进制代码，篇幅限制不全堵塞）

以上配置可以保证sqlSessionFactory、sqlSessionTemplate、dataSource等mybatis所需的组件通常被自动配置，@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文件进行配置具有一个效果。

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和容器中已经注册了dataSourceBean，就可以触发自动化配置，意思是说我们只要在maven的项目中加入了mybatis所需要的几个依赖，就可以触发自动配置，但♡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：

这里是截取的mybatis-spring-boot-starter的源码中pom.xml文件中所有依赖：

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。

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