一文搞懂springboot啟動原理

SpringBoot為我們做的自動配置，確實方便快捷，但一直搞不明白它的內(nèi)部啟動原理，這次就來一步步解開SpringBoot的神秘面紗，讓它不再神秘。


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

從上面代碼可以看出，Annotation定義（@SpringBootApplication）和類定義（SpringApplication.run）最為耀眼，所以要揭開SpringBoot的神秘面紗，我們要從這兩位開始就可以了。

SpringBootApplication背后的秘密

@Target(ElementType.TYPE)            // 注解的適用范圍，其中TYPE用于描述類、接口（包括包注解類型）或enum聲明
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)  // 注解的生命周期，保留到class文件中（三個生命周期）
@Documented                          // 表明這個注解應(yīng)該被javadoc記錄
@Inherited                           // 子類可以繼承該注解
@SpringBootConfiguration             // 繼承了Configuration，表示當前是注解類
@EnableAutoConfiguration             // 開啟springboot的注解功能，springboot的四大神器之一，其借助@import的幫助
@ComponentScan(excludeFilters = {    // 掃描路徑設(shè)置（具體使用待確認）
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {
...
}

雖然定義使用了多個Annotation進行了原信息標注，但實際上重要的只有三個Annotation：

@Configuration（@SpringBootConfiguration點開查看發(fā)現(xiàn)里面還是應(yīng)用了@Configuration）
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan
所以，如果我們使用如下的SpringBoot啟動類，整個SpringBoot應(yīng)用依然可以與之前的啟動類功能對等：

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

每次寫這3個比較累，所以寫一個@SpringBootApplication方便點。接下來分別介紹這3個Annotation。

@Configuration

這里的@Configuration對我們來說不陌生，它就是JavaConfig形式的Spring Ioc容器的配置類使用的那個@Configuration，SpringBoot社區(qū)推薦使用基于JavaConfig的配置形式，所以，這里的啟動類標注了@Configuration之后，本身其實也是一個IoC容器的配置類。
舉幾個簡單例子回顧下，XML跟config配置方式的區(qū)別：

表達形式層面
基于XML配置的方式是這樣：

<?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定義-->
</beans>

而基于JavaConfig的配置方式是這樣：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    //bean定義
}

任何一個標注了@Configuration的Java類定義都是一個JavaConfig配置類。

注冊bean定義層面
基于XML的配置形式是這樣：

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

而基于JavaConfig的配置形式是這樣的：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    @Bean
    public MockService mockService(){
        return new MockServiceImpl();
    }
}

任何一個標注了@Bean的方法，其返回值將作為一個bean定義注冊到Spring的IoC容器，方法名將默認成該bean定義的id。

表達依賴注入關(guān)系層面
為了表達bean與bean之間的依賴關(guān)系，在XML形式中一般是這樣：

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

<bean id="dependencyService" class="DependencyServiceImpl"></bean>

而基于JavaConfig的配置形式是這樣的：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    @Bean
    public MockService mockService(){
        return new MockServiceImpl(dependencyService());
    }
    
    @Bean
    public DependencyService dependencyService(){
        return new DependencyServiceImpl();
    }
}

如果一個bean的定義依賴其他bean,則直接調(diào)用對應(yīng)的JavaConfig類中依賴bean的創(chuàng)建方法就可以了。

@ComponentScan

@ComponentScan這個注解在Spring中很重要，它對應(yīng)XML配置中的元素，@ComponentScan的功能其實就是自動掃描并加載符合條件的組件（比如@Component和@Repository等）或者bean定義，最終將這些bean定義加載到IoC容器中。

我們可以通過basePackages等屬性來細粒度的定制@ComponentScan自動掃描的范圍，如果不指定，則默認Spring框架實現(xiàn)會從聲明@ComponentScan所在類的package進行掃描。

注：所以SpringBoot的啟動類最好是放在root package下，因為默認不指定basePackages。

@EnableAutoConfiguration

個人感覺@EnableAutoConfiguration這個Annotation最為重要，所以放在最后來解讀，大家是否還記得Spring框架提供的各種名字為@Enable開頭的Annotation定義？比如@EnableScheduling、@EnableCaching、@EnableMBeanExport等，@EnableAutoConfiguration的理念和做事方式其實一脈相承，簡單概括一下就是，借助@Import的支持，收集和注冊特定場景相關(guān)的bean定義。

@EnableScheduling是通過@Import將Spring調(diào)度框架相關(guān)的bean定義都加載到IoC容器。
@EnableMBeanExport是通過@Import將JMX相關(guān)的bean定義加載到IoC容器。
而@EnableAutoConfiguration也是借助@Import的幫助，將所有符合自動配置條件的bean定義加載到IoC容器，僅此而已！

@EnableAutoConfiguration作為一個復(fù)合Annotation,其自身定義關(guān)鍵信息如下：

@SuppressWarnings("deprecation")
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {
    ...
}

兩個比較重要的注解：

@AutoConfigurationPackage：自動配置包

@Import: 導入自動配置的組件

AutoConfigurationPackage注解：

static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {

        @Override
        public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata,
                BeanDefinitionRegistry registry) {
            register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());
        }

它其實是注冊了一個Bean的定義。

new PackageImport(metadata).getPackageName()，它其實返回了當前主程序類的 同級以及子級 的包組件。


以上圖為例，DemoApplication是和demo包同級，但是demo2這個類是DemoApplication的父級，和example包同級

也就是說，DemoApplication啟動加載的Bean中，并不會加載demo2，這也就是為什么，我們要把DemoApplication放在項目的最高級中。

Import(AutoConfigurationImportSelector.class)注解：


可以從圖中看出 AutoConfigurationImportSelector 繼承了 DeferredImportSelector 繼承了 ImportSelector

ImportSelector有一個方法為：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，它其實是去加載 public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";外部文件。這個外部文件，有很多自動配置的類。如下：


image

其中，最關(guān)鍵的要屬@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)，借助EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以幫助SpringBoot應(yīng)用將所有符合條件的@Configuration配置都加載到當前SpringBoot創(chuàng)建并使用的IoC容器。就像一只“八爪魚”一樣。

自動配置幕后英雄：SpringFactoriesLoader詳解

借助于Spring框架原有的一個工具類：SpringFactoriesLoader的支持，@EnableAutoConfiguration可以智能的自動配置功效才得以大功告成！

SpringFactoriesLoader屬于Spring框架私有的一種擴展方案，其主要功能就是從指定的配置文件META-INF/spring.factories加載配置。

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使用的話，它更多是提供一種配置查找的功能支持，即根據(jù)@EnableAutoConfiguration的完整類名org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration作為查找的Key,獲取對應(yīng)的一組@Configuration類

上圖就是從SpringBoot的autoconfigure依賴包中的META-INF/spring.factories配置文件中摘錄的一段內(nèi)容，可以很好地說明問題。

所以，@EnableAutoConfiguration自動配置的魔法騎士就變成了：從classpath中搜尋所有的META-INF/spring.factories配置文件，并將其中org.springframework.boot.autoconfigure.EnableutoConfiguration對應(yīng)的配置項通過反射（Java Refletion）實例化為對應(yīng)的標注了@Configuration的JavaConfig形式的IoC容器配置類，然后匯總為一個并加載到IoC容器。

SpringBoot原理圖

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