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头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

开发技术 开发技术 6天前 7次浏览

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头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

目录

  • 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.classargs);
    }
}

话不多说,DEBUG伺候,别怕,搞它……..

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

如上图中标注的注释,创建过程重用的其实分为这三个阶段,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:

  1. 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
  2. SERVLET:基于servlet的web程序,需要启动内嵌的servletweb容器,比如Tomcat
  3. REACTIVE:基于reactive的web程序,需要启动内嵌reactiveweb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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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。

spring-boot-autoconfigurespring.factories文件中的值如下图:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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。

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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。

spring-boot-autoconfigurespring.factories文件中的值如下图:

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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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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?

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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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?

SpringApplication#run()方法中,源码如下:

//执行starting()方法
listeners.starting(bootstrapContext, this.mainApplicationClass);

执行SpringApplicationRunListenersstarting()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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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

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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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。

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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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ApplicationContextInitializedEventApplicationPreparedEvent,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.classapplicationContext);
    //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
         * 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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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CommandLineRunnerApplicationRunner,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,其实真正调执行的是如下方法:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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:

头秃了,二十三张图带你从源码了解Spring Boot 的启动流程~

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。

另外作者的第一本PDF书籍已经整理好了,由浅入深的详细介绍了Mybatis基础以及底层源码,有需要的朋友公号回复关键词Mybatis进阶即可获取,目录如下:

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