搜索

一张长图透彻理解SpringBoot 启动原理，架构师必备知识，不为应付面试！

Java专栏

共 12412字，需浏览 25分钟

 ·

2024-06-24 12:20

虽然Java程序员大部分工作都是CRUD，但是工作中常用的中间件必须和Spring集成，如果不知道Spring的原理，很难理解这些中间件和框架的原理。

一张长图透彻解释 Spring启动顺序

Timeout重构 (2).jpg

测试对Spring启动原理的理解程度

我举个例子，测试一下，你对Spring启动原理的理解程度。

  1. Rpc框架和Spring的集成问题。Rpc框架何时注册暴露服务，在哪个Spring扩展点注册呢？init-method 中行不行？

  2. MQ 消费组和Spring的集成问题。MQ消费者何时开始消费，在哪个Spring扩展点”注册“自己？init-method 中行不行？

  3. SpringBoot 集成Tomcat问题。如果出现已开启Http流量，Spring还未启动完成，怎么办？Tomcat何时开启端口，对外服务？

SpringBoot项目常见的流量入口无外乎 Rpc、Http、MQ 三种方式。一名合格的架构师必须精通服务的入口流量何时开启，如何正确开启？最近我遇到的两次线上故障都和Spring启动过程相关。（点击这里了解故障）

故障的具体表现是：Kafka消费组已经开始消费，已开启流量，然而Spring 还未启动完成。因为业务代码中使用的Spring Event事件订阅组件还未启动（订阅者还未注册到Spring），所以处理异常，出了线上故障。

根本原因是————项目在错误的时机开启 MQ 流量，然而Spring还未启动完成，导致出现故障。

正确的做法是：项目在Spring启动完成后开启入口流量，然而我司的Kafka消费组 在Spring init-method bean 实例化阶段就开启了流量，导致故障发生。

出现这样的问题，说明项目初期的程序员没有深入理解Spring的启动原理。

接下来，我再次抛出 11 个问题，说明这个问题————深入理解Spring启动原理的重要性。

  1. Spring还未完全启动，在 PostConstruct 中调用 getBeanByAnnotation 能否获得准确的结果？
  2. 项目应该如何监听 Spring 的启动就绪事件？
  3. 项目如何监听Spring 刷新事件？
  4. Spring就绪事件和刷新事件的执行顺序和区别？
  5. Http 流量入口何时启动完成？
  6. 项目中在 init-method 方法中注册 Rpc 是否合理？什么是合理的时机？
  7. 项目中在 init-method 方法中注册 MQ 消费组是否合理？什么是合理的时机？
  8. PostConstruct 中方法依赖ApplicationContextAware拿到 ApplicationContext，两者的顺序谁先谁后？是否会出现空指针!
  9. init-method、PostConstruct、afterPropertiesSet 三个方法的执行顺序?
  10. 有两个 Bean声明了初始化方法。A使用 PostConstruct注解声明，B使用 init-method 声明。Spring一定先执行 A 的PostConstruct 方法吗？
  11. Spring 何时装配Autowire属性，PostConstruct 方法中引用 Autowired 字段什么场景会空指针?

精通Spring 启动原理，以上问题则迎刃而解。接下来，请大家和五哥，一起学习Spring的启动原理，看看Spring的扩展点分别在何时执行。

一起数数 Spring启动过程的扩展点有几个？

Spring的扩展点极多，这里为了讲清楚启动原理，所以只列举和启动过程有关的扩展点。

  1. BeanFactoryAware 可在Bean 中获取 BeanFactory 实例
  2. ApplicationContextAware 可在Bean 中获取 ApplicationContext 实例
  3. BeanNameAware  可以在Bean中得到它在IOC容器中的Bean的实例的名字。
  4. ApplicationListener 可监听 ContextRefreshedEvent等。
  5. CommandLineRunner 整个项目启动完毕后，自动执行
  6. SmartLifecycle#start 在Spring Bean实例化完成后，执行start 方法。
  7. 使用@PostConstruct注解，用于Bean实例初始化
  8. 实现InitializingBean接口，用于Bean实例初始化
  9. xml 中声明 init-method 方法，用于Bean实例初始化
  10. Configuration 配置类 通过@Bean注解 注册Bean到Spring
  11. BeanPostProcessor 在Bean的初始化前后，植入扩展点！
  12. BeanFactoryPostProcessor 在BeanFactory创建后植入 扩展点！

通过打印日志学习Spring的执行顺序

首先我们先通过 代码实验，验证一下以上扩展点的执行顺序。

  1. 声明 TestSpringOrder 分别继承以下接口，并且在接口方法实现中，日志打印该接口的名称。 
public class TestSpringOrder implements
      ApplicationContextAware,
      BeanFactoryAware, 
      InitializingBean, 
      SmartLifecycle, 
      BeanNameAware, 
      ApplicationListener<ContextRefreshedEvent>, 
      CommandLineRunner,
      SmartInitializingSingleton {
@Override
public void afterPropertiesSet() throws Exception {
   log.error("启动顺序:afterPropertiesSet");
}

@Override
public void setApplicationContext(ApplicationContext applicationContext) throws BeansException {
   log.error("启动顺序:setApplicationContext");
}
  1. TestSpringOrder 使用 PostConstruct注解初始化，声明 init-method方法初始化。 
@PostConstruct
public void postConstruct() {
   log.error("启动顺序:post-construct");
}

public void initMethod() {
   log.error("启动顺序:init-method");
}
  1. 新建 TestSpringOrder2 继承 
public class TestSpringOrder3 implements
         BeanPostProcessor, 
         BeanFactoryPostProcessor {
   @Override
   public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
      log.error("启动顺序:BeanPostProcessor postProcessBeforeInitialization beanName:{}", beanName);
      return bean;
   }

   @Override
   public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {
      log.error("启动顺序:BeanPostProcessor postProcessAfterInitialization beanName:{}", beanName);
      return bean;
   }

   @Override
   public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {
      log.error("启动顺序:BeanFactoryPostProcessor postProcessBeanFactory ");
   }
}

执行以上代码后，可以在日志中看到启动顺序！

实际的执行顺序

2023-11-25 18:10:53,748 [main] ERROR (TestSpringOrder3:37) - 启动顺序:BeanFactoryPostProcessor postProcessBeanFactory 
2023-11-25 18:10:59,299 [main] ERROR (TestSpringOrder:53) - 启动顺序:构造函数 TestSpringOrder
2023-11-25 18:10:59,316 [main] ERROR (TestSpringOrder:127) - 启动顺序: Autowired
2023-11-25 18:10:59,316 [main] ERROR (TestSpringOrder:129) - 启动顺序:setBeanName
2023-11-25 18:10:59,316 [main] ERROR (TestSpringOrder:111) - 启动顺序:setBeanFactory
2023-11-25 18:10:59,316 [main] ERROR (TestSpringOrder:121) - 启动顺序:setApplicationContext
2023-11-25 18:10:59,316 [main] ERROR (TestSpringOrder3:25) - 启动顺序:BeanPostProcessor postProcessBeforeInitialization beanName:testSpringOrder
2023-11-25 18:10:59,316 [main] ERROR (TestSpringOrder:63) - 启动顺序:post-construct
2023-11-25 18:10:59,317 [main] ERROR (TestSpringOrder:116) - 启动顺序:afterPropertiesSet
2023-11-25 18:10:59,317 [main] ERROR (TestSpringOrder:46) - 启动顺序:init-method
2023-11-25 18:10:59,320 [main] ERROR (TestSpringOrder3:31) - 启动顺序:BeanPostProcessor postProcessAfterInitialization beanName:testSpringOrder
2023-11-25 18:17:21,563 [main] ERROR (SpringOrderConfiguartion:21) - 启动顺序: @Bean 注解方法执行
2023-11-25 18:17:21,668 [main] ERROR (TestSpringOrder:58) - 启动顺序:SmartInitializingSingleton
2023-11-25 18:17:21,675 [main] ERROR (TestSpringOrder:74) - 启动顺序:start
2023-11-25 18:17:23,508 [main] ERROR (TestSpringOrder:68) - 启动顺序:ContextRefreshedEvent
2023-11-25 18:17:23,574 [main] ERROR (TestSpringOrder:79) - 启动顺序:CommandLineRunner

我通过在以上扩展点 添加 debug 断点，调试代码，整理出 Spring启动原理的 长图。过程省略…………

一张长图透彻解释 Spring启动顺序

Timeout重构 (2).jpg

实例化和初始化的区别

new TestSpringOrder()；new 创建对象实例，即为实例化一个对象；执行该Bean的 init-method 等方法 为初始化一个Bean。注意初始化和实例化的区别。

Spring 重要扩展点的启动顺序

  1. BeanFactoryPostProcessor
    BeanFactory初始化之后，所有的Bean定义已经被加载，但Bean实例还没被创建（不包括BeanFactoryPostProcessor类型）。Spring IoC容器允许BeanFactoryPostProcessor读取配置元数据，修改bean的定义，Bean的属性值等。

  2. 实例化Bean

    Spring 调用java反射API 实例化 Bean。等同于 new TestSpringOrder();

  3. Autowired 装配依赖

    Autowired是 借助于 AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 解析 Bean 的依赖，装配依赖。如果被依赖的Bean还未初始化，则先初始化 被依赖的Bean。在 Bean实例化完成后，Spring将首先装配Bean依赖的属性。

  4. BeanNameAware setBeanName

  5. BeanFactoryAware setBeanFactory

  6. ApplicationContextAware setApplicationContext

    在Bean实例化前，会率先设置Aware接口，例如 BeanNameAware BeanFactoryAware  ApplicationContextAware 等

  7. BeanPostProcessor postProcessBeforeInitialization

    如果我想在 bean初始化方法前后要添加一些自己逻辑处理。可以提供 BeanPostProcessor接口实现类，然后注册到Spring IoC容器中。在此接口中，可以创建Bean的代理，甚至替换这个Bean。

  8. PostConstruct 执行

    接下来 Spring会依次调用 Bean实例初始化的 三大方法。

  9. InitializingBean afterPropertiesSet

  10. init-method 方法执行

  11. BeanPostProcessor postProcessAfterInitialization

    在 Spring 对Bean的初始化方法执行完成后，执行该方法

  12. 其他Bean 实例化和初始化

    Spring 会循环初始化Bean。直至所有的单例Bean都完成初始化

  13. 所有单例Bean 初始化完成后

  14. SmartInitializingSingleton Bean实例化后置处理

    该接口的执行时机在 所有的单例Bean执行完成后。例如Spring 事件订阅机制的 EventListener注解，所有的订阅者 都是 在这个位置被注册进 Spring的。而在此之前，Spring Event订阅机制还未初始化完成。所以如果有 MQ、Rpc 入口流量在此之前开启，Spring Event就可能出问题！

    所以强烈建议 Http、MQ、Rpc 入口流量在 SmartInitializingSingleton 之后开启流量。

Http、MQ、Rpc 入口流量必须在 SmartInitializingSingleton 之后开启流量。

  1. SmartLifecyle smart  start 方法执行 Spring 提供的扩展点，在所有单例Bean的 EventListener等组件全部启动完成后，即Spring启动完成，则执行 start 方法。在这个位置适合开启入口流量！

Http、MQ、Rpc 入口流量适合 在 SmartLifecyle 中开启

  1. 发布 ContextRefreshedEvent 方法 该事件会执行多次，在 Spring Refresh 执行完成后，就会发布该事件！

  2. 注册和初始化 Spring MVC

    SpringBoot 应用，在父级 Spring启动完成后，会尝试启动 内嵌式 tomcat容器。在此之前，SpringBoot会初始化 SpringMVC 和注册DispatcherServlet到Web容器。

  3. Tomcat/Jetty 容器开启端口

    SpringBoot 调用内嵌式容器，会开启并监听端口，此时Http流量就开启了。

  4. 应用启动完成后，执行 CommandLineRunner

    SpringBoot 特有的机制，待所有的完全执行完成后，会执行该接口 run方法。值得一提的是，由于此时Http流量已经开启，如果此时进行本地缓存初始化、预热缓存等，稍微有些晚了！在这个间隔期，可能缓存还未就绪！

    所以预热缓存的时机应该发生在 入口流量开启之前，比较合适的机会是在 Bean初始化的阶段。虽然 在Bean初始化时 Spring尚未完成启动，但是调用 Bean预热缓存也是可以的。但是注意：不要在 Bean初始化时 使用 Spring Event，因为它还未完成初始化 。

回答 关于 Spring 启动原理的若干问题

  1. init-method、PostConstruct、afterPropertiesSet 三个方法的执行顺序。

回答：PostConstruct，afterPropertiesSet，init-method

  1. 有两个 Bean声明了初始化方法。A使用 PostConstruct注解声明，B使用 init-method 声明。Spring一定先执行 A 的PostConstruct 方法吗？

回答：Spring 会循环初始化Bean实例，初始化完成1个Bean，再初始化下一个Bean。Spring并没有使用这种机制启动，即所有的Bean先执行 PostConstruct，再统一执行afterProperfiesSet。

此外，A、B两个Bean的初始化顺序不确定，谁先谁后不确定。无法保证 A 的PostConstruct 一定先执行。除非使用 Order注解，声明Bean的初始化顺序！

  1. Spring 何时装配Autowire属性，PostConstruct方法中引用 Autowired 字段是否会空指针?

Autowired装配依赖发生在 PostConstruct之前，不会出现空指针！

  1. PostConstruct 中方法依赖ApplicationContextAware拿到 ApplicationContext，两者的顺序谁先谁后？是否会出现空指针!

ApplicationContextAware 会先执行，不会出现空指针！但是当Autowired没有找到对应的依赖，并且声明了非强制依赖时，该字段会为空，有潜在 空指针风险。

  1. 项目应该如何监听 Spring 的启动就绪事件。

通过SmartLifecyle start方法，监听Spring就绪 。适合在此开启入口流量！

  1. 项目如何监听Spring 刷新事件。

监听 Spring Event ContextRefreshedEvent

  1. Spring就绪事件和刷新事件的执行顺序和区别。

Spring就绪事件会先于 刷新事件。两者都可能多次执行，要确保方法的幂等处理，避免重复注册问题

  1. Http 流量入口何时启动完成。

SpringBoot 最后阶段，启动完成Spring 上下文，才开启Http入口流量，此时 SmartLifecycle#start 已执行。所有单例Bean和SpringEvent等组件都已经就绪！

  1. 项目中在 init-method 方法中注册 Rpc是否合理？什么是合理的时机？

init 开启Rpc流量非常不合理。因为Spring尚未启动完成，包括 Spring Event尚未就绪！

  1. 项目中在 init-method 方法中注册 MQ消费组是否合理？什么是合理的时机？

init 开启 MQ 流量非常不合理。因为Spring尚未启动完成，包括 Spring Event尚未就绪！

  1. Spring还未完全启动，在 PostConstruct 中调用 getBeanByAnnotation能否获得准确的结果？

虽然未启动完成，但是Spring执行该getBeanByAnnotation方法时，会率先检查 Bean定义，如果Bean定义对应的 Bean尚未初始化，则初始化这些Bean。

所以即便是Spring初始化过程中调用，调用结果是准确的。

源码级别介绍

SmartInitializingSingleton 接口的执行位置

下图代码说明了，Spring在初始化全部 单例Bean以后，会执行 SmartInitializingSingleton 接口。

Autowired 何时装配Bean的依赖

在Bean实例化之后，但初始化之前，AutowiredAnnotationBeanPostProcessor 会注入Autowired字段。

SpringBoot 何时开启Http端口

下图代码中可以看到，SpringBoot会首先启动 Spring上下文，完成后才启动 嵌入式Web容器，初始化SpringMVC，监听端口

Spring 初始化Bean的关键代码

下图我加了注释，Spring初始化Bean的关键代码，全在 这个方法里，感兴趣的可以自行查阅代码 。AbstractAutowireCapableBeanFactory#initializeBean

image.png

Spring CommandLineRunner 执行位置

Spring Boot外部，当启动完Spring上下文以后，最后才启动 CommandLineRunner。

总结

SpringBoot 会在Spring完全启动完成后，才开启Http流量。这给了我们启示：应该在Spring启动完成后开启入口流量。Rpc和 MQ流量 也应该如此，所以建议大家 在 SmartLifecype 或者 ContextRefreshedEvent 等位置 注册服务，开启流量。

例如 Spring Cloud  Eureka 服务发现组件，就是在 SmartLifecype中注册服务的！

整理 10 个小时写完本篇文章，希望大家有所收获。

浏览 453
4点赞
评论
收藏
分享

手机扫一扫分享

分享
举报
评论
图片
表情
推荐
Springboot启动原理
java1234
0
Springboot启动原理解析
Java引导者
0
BERT_self-attention原理（面试必备）
NLP专栏
0
SpringBoot之旅-启动原理及自定义starter
JAVA烂猪皮
0
一张图看懂新一代人工智能知识体系
金刚7
0
springboot面试杀手锏-自动配置原理
程序员书单
0
Promise必备知识汇总和面试情况
前端阳光
0
Java面试必备：核心知识整理分享
测试开发栈
0
面试必备:对消息队列的理解?
llovebo
0
Promise必备知识汇总和面试情况
前端Q
0
4点赞
评论
收藏
分享

手机扫一扫分享

分享
举报