二十三张图带你从源码分析Spring Boot 启动流程
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2022-03-02 12:50
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目录
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前言 -
源码版本 -
从哪入手? -
源码如何切分? -
如何创建SpringApplication? -
设置应用类型 -
设置初始化器(Initializer) -
设置监听器(Listener) -
设置监听器(Listener) -
执行run()方法 -
获取、启动运行过程监听器 -
环境构建 -
创建IOC容器 -
IOC容器的前置处理 -
刷新容器 -
IOC容器的后置处理 -
发出结束执行的事件 -
执行Runners -
总结 -
总结
前言
Spring Boot
专栏已经写了五十多天了,前面二十章从基础应用到高级整合避重就轻介绍的都是工作、面试中常见的知识点。
今天开始底层源码介绍的阶段,相对内容比较深一点,作者也尽可能介绍的通俗易懂,层次分明一点。相信读过我写的Mybatis
专栏的文章都知道,只要跟着作者的步骤,方法一步步研究,其实源码并不难。
这篇文章花了四天时间精雕细琢,力求介绍的通俗易懂,毕竟源码相对难度更高些,希望通过作者拆分讲解能够帮助到读者。
如果没读过作者的前二十篇文章,点击前往
源码版本
作者Spring Boot
是基于2.4.0
。每个版本有些变化,读者尽量和我保持一致,以防源码有些出入。
从哪入手?
相信很多人尝试读过Spring Boot
的源码,但是始终没有找到合适的方法。那是因为你对Spring Boot
的各个组件、机制不是很了解,研究起来就像大海捞针。
至于从哪入手不是很简单的问题吗,当然主启动类了,即是标注着@SpringBootApplication
注解并且有着main()
方法的类,如下一段代码:
@SpringBootApplication
public class AnnotationDemoApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(AnnotationDemoApplication.class, args);
}
}
话不多说,DEBUG
伺候,别怕,搞它........
源码如何切分?
SpringApplication
中的静态run()
方法并不是一步完成的,最终执行的源码如下:
//org.springframework.context.ConfigurableApplicationContext
public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?>[] primarySources, String[] args) {
return new SpringApplication(primarySources).run(args);
}
很显然分为两个步骤,分别是创建SpringApplication
和执行run()
方法,下面将分为这两个部分介绍。
如何创建SpringApplication?
创建即是new
对象了,DEBUG
跟进代码,最终执行的SpringApplication
构造方法如下图:
如上图中标注的注释,创建过程重用的其实分为②
、③
、④
这三个阶段,下面将会一一介绍每个阶段做了什么事。
设置应用类型
这个过程非常重要,直接决定了项目的类型,应用类型分为三种,都在WebApplicationType
这个枚举类中,如下:
-
NONE
:顾名思义,什么都没有,正常流程走,不额外的启动web容器
,比如Tomcat
。 -
SERVLET
:基于servlet
的web程序,需要启动内嵌的servlet
web容器,比如Tomcat
。 -
REACTIVE
:基于reactive
的web程序,需要启动内嵌reactive
web容器,作者不是很了解,不便多说。
判断的依据很简单,就是加载对应的类,比如加载了DispatcherServlet
等则会判断是Servlet
的web程序。源码如下:
static WebApplicationType deduceFromClasspath() {
if (ClassUtils.isPresent(WEBFLUX_INDICATOR_CLASS, null) && !ClassUtils.isPresent(WEBMVC_INDICATOR_CLASS, null)
&& !ClassUtils.isPresent(JERSEY_INDICATOR_CLASS, null)) {
return WebApplicationType.REACTIVE;
}
for (String className : SERVLET_INDICATOR_CLASSES) {
if (!ClassUtils.isPresent(className, null)) {
return WebApplicationType.NONE;
}
}
return WebApplicationType.SERVLET;
}
这里我引入了spring-boot-starter-web
,肯定是Servlet
的web程序。
设置初始化器(Initializer)
初始化器ApplicationContextInitializer
是个好东西,用于IOC
容器刷新之前初始化一些组件,比如ServletContextApplicationContextInitializer
。
那么如何获取初始化器呢?跟着上图中的代码进入,在SpringApplication
中的如下图中的方法:
相对重要的就是第一步获取初始化器的名称了,这个肯定是全类名
了,详细源码肯定在loadFactoryNames()
方法中了,跟着源码进入,最终调用的是#SpringFactoriesLoader.loadSpringFactories()
方法。
loadSpringFactories()
方法就不再详细解释了,其实就是从类路径META-INF/spring.factories
中加载ApplicationContextInitializer
的值。
在spring-boot-autoconfigure
的spring.factories
文件中的值如下图:
上图中的只是一部分初始化器,因为
spring.factories
文件不止一个。
下图中是我的demo
中注入的初始化器,现实项目中并不止这些。
这也告诉我们自定义一个
ApplicationContextInitializer
只需要实现接口,在spring.factories
文件中设置即可。
设置监听器(Listener)
监听器(ApplicationListener
)这个概念在Spring
中就已经存在,主要用于监听特定的事件(ApplicationEvent
),比如IOC容器刷新、容器关闭等。
Spring Boot
扩展了ApplicationEvent
构建了SpringApplicationEvent
这个抽象类,主要用于Spring Boot
启动过程中触发的事件,比如程序启动中、程序启动完成等。如下图:
监听器如何获取?从源码中知道其实和初始化器(ApplicationContextInitializer
)执行的是同一个方法,同样是从META-INF/spring.factories
文件中获取。
在spring-boot-autoconfigure
的spring.factories
文件中的值如下图:
spring.factories
文件不止一个,同样监听器也不止以上这些。
作者demo
中注入的一些监听器如下图:
总结
SpringApplication
的构建都是为了run()
方法启动做铺垫,构造方法中总共就有几行代码,最重要的部分就是设置应用类型、设置初始化器、设置监听器。
「注意」:初始化器和这里的监听器都要放置在
spring.factories
文件中才能在这一步骤加载,否则不会生效,因此此时IOC容器
还未创建,即使将其注入到IOC容器
中也是不会生效的。
作者简单的画了张执行流程图,仅供参考,如下:
执行run()方法
上面分析了SpringApplication
的构建过程,一切都做好了铺垫,现在到了启动的过程了。
作者根据源码将启动过程分为了「8步」,下面将会一一介绍。
1. 获取、启动运行过程监听器
SpringApplicationRunListener
这个监听器和ApplicationListener
不同,它是用来监听应用程序启动过程的,接口的各个方法含义如下:
public interface SpringApplicationRunListener {
// 在run()方法开始执行时,该方法就立即被调用,可用于在初始化最早期时做一些工作
void starting();
// 当environment构建完成,ApplicationContext创建之前,该方法被调用
void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment);
// 当ApplicationContext构建完成时,该方法被调用
void contextPrepared(ConfigurableApplicationContext context);
// 在ApplicationContext完成加载,但没有被刷新前,该方法被调用
void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext context);
// 在ApplicationContext刷新并启动后,CommandLineRunners和ApplicationRunner未被调用前,该方法被调用
void started(ConfigurableApplicationContext context);
// 在run()方法执行完成前该方法被调用
void running(ConfigurableApplicationContext context);
// 当应用运行出错时该方法被调用
void failed(ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception);
}
如何获取运行监听器?
在SpringApplication#run()
方法中,源码如下:
//从spring.factories中获取监听器
SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
跟进getRunListeners()
方法,其实还是调用了loadFactoryNames()
方法从spring.factories
文件中获取值,如下:
org.springframework.boot.SpringApplicationRunListener=\
org.springframework.boot.context.event.EventPublishingRunListener
最终注入的是EventPublishingRunListener
这个实现类,创建实例过程肯定是通过反射了,因此我们看看它的构造方法,如下图:
这个运行监听器内部有一个事件广播器(SimpleApplicationEventMulticaster
),主要用来广播特定的事件(SpringApplicationEvent
)来触发特定的监听器ApplicationListener
。
EventPublishingRunListener
中的每个方法用来触发SpringApplicationEvent
中的不同子类。
如何启动运行监听器?
在SpringApplication#run()
方法中,源码如下:
//执行starting()方法
listeners.starting(bootstrapContext, this.mainApplicationClass);
执行SpringApplicationRunListeners
的starting()
方法,跟进去其实很简单,遍历执行上面获取的运行监听器,这里只有一个EventPublishingRunListener
。因此执行的是它的starting()
方法,源码如下图:
上述源码中逻辑很简单,其实只是执行了multicastEvent()
方法,广播了ApplicationStartingEvent
事件。至于multicastEvent()
内部方法感兴趣的可以看看,其实就是遍历ApplicationListener
的实现类,找到监听ApplicationStartingEvent
这个事件的监听器,执行onApplicationEvent()
方法。
总结
这一步其实就是广播了ApplicationStartingEvent
事件来触发监听这个事件的ApplicationListener
。
因此如果自定义了
ApplicationListener
并且监听了ApplicationStartingEvent
(应用程序开始启动)事件,则这个监听器将会被触发。
2. 环境构建
这一步主要用于加载系统配置以及用户的自定义配置(application.properties
),源码如下,在run()
方法中:
ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, bootstrapContext, applicationArguments);
prepareEnvironment
方法内部广播了ApplicationEnvironmentPreparedEvent
事件,源码如下图:
环境构建这一步加载了系统环境配置、用户自定义配置并且广播了
ApplicationEnvironmentPreparedEvent
事件,触发监听器。
3. 创建IOC容器
源码在run()
方法中,如下:
context = createApplicationContext();
跟进代码,真正执行的是ApplicationContextFactory
方法,如下图:
根据webApplicationType
决定创建的类型,很显然,我这里的是servlet
,因此创建的是AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext
。
这一步仅仅是创建了
IOC容器
,未有其他操作。
4. IOC容器的前置处理
这一步真是精华了,在刷新容器之前做准备,其中有一个非常关键的操作:将启动类注入容器,为后续的自动化配置奠定基础。源码如下:
prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,printedBanner);
prepareContext()
源码解析如下图,内容还是挺多的:
从上图可以看出步骤很多,下面将会详细介绍几个重点的内容。
调用初始化器
在SpringApplication
构建过程中设置的初始化器,从spring.factories
取值的。执行的流程很简单,遍历执行,源码如下图:
将自定义的
ApplicationContextInitializer
放在META-INF/spring.factories
中,在此时也是会被调用。
加载启动类,注入容器
这一步是将主启动类加载到IOC容器
中,作为后续自动配置的入口。
在SpringApplication
构建过程中将主启动类放置在primarySources
这个集合中,此时的getAllSources()
即是从其中取值,如下图:
这里取出的就是主启动类,当然你的项目中可能不止一个,接下来就是将其加载到IOC容器中了,源码如下:
load(context, sources.toArray(new Object[0]));
跟着代码进去,其实主要逻辑都在BeanDefinitionLoader.load()
方法,如下图:
将主启动类加载到
beanDefinitionMap
,后续该启动类将作为开启自动配置化的入口,后续章节详细介绍。
两次广播事件
这一步涉及到了两次事件广播,分别是ApplicationContextInitializedEvent
和ApplicationPreparedEvent
,对应的源码如下:
listeners.contextPrepared(context);
load(context, sources.toArray(new Object[0]));
5. 刷新容器
刷新容器完全是Spring
的功能了,比如初始化资源,初始化上下文广播器等,这个就不再详细介绍,有兴趣可以看看Spring
的源码。
protected void refresh(ApplicationContext applicationContext) {
Assert.isInstanceOf(AbstractApplicationContext.class, applicationContext);
//调用创建的容器applicationContext中的refresh()方法
((AbstractApplicationContext)applicationContext).refresh();
}
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
/**
* 刷新上下文环境
*/
prepareRefresh();
/**
* 初始化BeanFactory,解析XML,相当于之前的XmlBeanFactory的操作,
*/
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
/**
* 为上下文准备BeanFactory,即对BeanFactory的各种功能进行填充,如常用的注解@Autowired @Qualifier等
* 添加ApplicationContextAwareProcessor处理器
* 在依赖注入忽略实现*Aware的接口,如EnvironmentAware、ApplicationEventPublisherAware等
* 注册依赖,如一个bean的属性中含有ApplicationEventPublisher(beanFactory),则会将beanFactory的实例注入进去
*/
prepareBeanFactory(beanFactory);
try {
/**
* 提供子类覆盖的额外处理,即子类处理自定义的BeanFactoryPostProcess
*/
postProcessBeanFactory(beanFactory);
/**
* 激活各种BeanFactory处理器,包括BeanDefinitionRegistryBeanFactoryPostProcessor和普通的BeanFactoryPostProcessor
* 执行对应的postProcessBeanDefinitionRegistry方法 和 postProcessBeanFactory方法
*/
invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
/**
* 注册拦截Bean创建的Bean处理器,即注册BeanPostProcessor,不是BeanFactoryPostProcessor,注意两者的区别
* 注意,这里仅仅是注册,并不会执行对应的方法,将在bean的实例化时执行对应的方法
*/
registerBeanPostProcessors(beanFactory);
/**
* 初始化上下文中的资源文件,如国际化文件的处理等
*/
initMessageSource();
/**
* 初始化上下文事件广播器,并放入applicatioEventMulticaster,如ApplicationEventPublisher
*/
initApplicationEventMulticaster();
/**
* 给子类扩展初始化其他Bean
*/
onRefresh();
/**
* 在所有bean中查找listener bean,然后注册到广播器中
*/
registerListeners();
/**
* 设置转换器
* 注册一个默认的属性值解析器
* 冻结所有的bean定义,说明注册的bean定义将不能被修改或进一步的处理
* 初始化剩余的非惰性的bean,即初始化非延迟加载的bean
*/
finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
/**
* 通过spring的事件发布机制发布ContextRefreshedEvent事件,以保证对应的监听器做进一步的处理
* 即对那种在spring启动后需要处理的一些类,这些类实现了ApplicationListener<ContextRefreshedEvent>,
* 这里就是要触发这些类的执行(执行onApplicationEvent方法)
* 另外,spring的内置Event有ContextClosedEvent、ContextRefreshedEvent、ContextStartedEvent、ContextStoppedEvent、RequestHandleEvent
* 完成初始化,通知生命周期处理器lifeCycleProcessor刷新过程,同时发出ContextRefreshEvent通知其他人
*/
finishRefresh();
}
finally {
resetCommonCaches();
}
}
}
6. IOC容器的后置处理
一个扩展方法,源码如下:
afterRefresh(context, applicationArguments);
默认为空,如果有自定义需求可以重写,比如打印一些启动结束日志等。
7. 发出结束执行的事件
同样是EventPublishingRunListener
这个监听器,广播ApplicationStartedEvent
事件。
但是这里广播事件和前几次不同,并不是广播给
SpringApplication
中的监听器(在构建过程中从spring.factories
文件获取的监听器)。因此在IOC容器
中注入的监听器(使用@Component
等方式注入的)也能够生效。前面几个事件只有在spring.factories
文件中设置的监听器才会生效。
跟着代码进入,可以看到started()
方法源码如下:
这里并没有用事件广播器SimpleApplicationEventMulticaster
广播事件,而是使用ConfigurableApplicationContext
直接在IOC容器
中发布事件。
8. 执行Runners
Spring Boot
提供了两种Runner
让我们定制一些额外的操作,分别是CommandLineRunner
和ApplicationRunner
,关于这两个的区别,后面文章详细介绍。
调用的源码如下:
callRunners(context, applicationArguments);
跟进代码,其实真正执行的是如下方法:
逻辑很简单,从IOC容器
中获取,遍历调用。
总结
Spring Boot
启动流程相对简单些,作者将其细分了以上八个步骤,希望能够帮助读者理解,流程图如下:
总结
Spring Boot
启动流程就介绍到这里了,需要重点理解run()
方法执行的八个步骤以及事件、初始化器、监听器等组件的执行时间点。
作者每一篇文章都很用心,这篇源码解析花了三天时间精雕细琢,力求讲解的通俗易懂,希望能够帮助到你。
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