SpringBoot系列之【启动流程详解】_springboot启动流程

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SpringBoot版本：2.1.0

前言

几年前初出茅庐时，获得了一个心仪大厂的面试邀约，面试前准备万分，即使信心十足，面试当场还是有些紧张，导致发挥不如预期，至今仍有些许遗憾。(*>﹏<*)

这个【SpringBoot启动流程】就是当初没回答好的部分，这次来补上，机会虽然错过，但知识绝不能错过，以下整理相关知识点。

一、SpringBoot特点

这边先简单扼要叙述一下SpringBoot的强大之处：

• 可以创建独立的Spring应用程序，并且基于其Maven或Gradle插件，可以创建可执行的JARs和WARs
• 内嵌Tomcat或Jetty等Servlet容器
• 提供自动配置的“starter”项目对象模型（POMS）以简化Maven配置
• 尽可能自动配置Spring容器
• 提供准备好的特性，如指标、健康检查和外部化配置
• 绝对没有代码生成，不需要XML配置。

二、SpringBoot启动流程图

让我们先来看看SpringBoot的启动流程图，如下图所示：

三、SpringBoot启动类入口

用过SpringBoot的技术人员很显而易见的两者之间的差别就是视觉上很直观的：SpringBoot有自己独立的启动类（独立程序）

@SpringBootApplication
public class ServiceApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(ServiceApplication.class, args);
    }
}
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这段代码的核心为注解定义（@SpringBootApplication）和类定义（SpringApplication.run）

1.注解：@SpringBootApplication

注解内部源码如下：

@Target({ElementType.TYPE}) // 注解的适用范围，其中TYPE用于描述类、接口（包括包注解类型）或enum声明
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME) // 注解的生命周期，保留到class文件中（三个生命周期）
@Documented // 表明这个注解应该被javadoc记录
@Inherited // 子类可以继承该注解
@SpringBootConfiguration // 继承了Configuration，表示当前是注解类
@EnableAutoConfiguration // 开启springboot的注解功能，springboot的四大神器之一，其借助@import的帮助
@ComponentScan(excludeFilters = {@Filter( // 扫描路径设置
    type = FilterType.CUSTOM,
    classes = {TypeExcludeFilter.class}
), @Filter(
    type = FilterType.CUSTOM,
    classes = {AutoConfigurationExcludeFilter.class}
)}
)
public @interface SpringBootApplication {
...
}
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在其中比较重要的有三个注解，分别是：

1. @SpringBootConfiguration
2. @EnableAutoConfiguration
3. @ComponentScan

下面先来说说第一个注解：

@SpringBootConfiguration

根据Javadoc可知，该注解作用就是将当前的类作为一个JavaConfig，然后触发注解@EnableAutoConfiguration和@ComponentScan的处理，本质上与@Configuration注解没有区别。

Java Configuration的配置形式注入bean，参考以下代码：

@Configuration
public class FakeConfiguration{
    @Bean
    public FakeService mockService(){
        return new FakeServiceImpl();
    }
}
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@Configuration标注当前类是Java Config配置类，会被扫描并加载到IoC容器。

这边额外简单补充一下 @Configuration 和 @Component的区别：

1. @Component注解的范围最广，所有类都可以注解，而 @Configuration一般注解在这样的类上：这个类里面有 @Value注解的成员变量和@Bean注解的方法，就是一个配置类。
2. 英语字面上意义不同，Configuration为配置，Component为组件，都定义在类的上方，也代表着此类声明的意义。

@EnableAutoConfiguration

此注解顾名思义是可以自动配置，所以应该是springboot中最为重要的注解。

在spring框架中就提供了各种以@Enable开头的注解，例如： @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，借助@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调度框架相关的bean定义都加载到IoC容器【定时任务、时间调度任务】
• @EnableMBeanExport是通过@Import将JMX相关的bean定义加载到IoC容器【监控JVM运行时状态】

@EnableAutoConfiguration也是借助@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。

@EnableAutoConfiguration作为一个复合注解,其自身定义关键信息如下：

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage 【重点注解】
@Import({AutoConfigurationImportSelector.class}) 【重点注解】
public @interface EnableAutoConfiguration {
    String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";
    Class<?>[] exclude() default {};
    String[] excludeName() default {};
}
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还有其中比较重要的一个类就是：AutoConfigurationImportSelector.class

• @AutoConfigurationPackage
  • 注册当前启动类的根 package
  • 注册 org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfigurationPackages 的 Bean 的定义。
• @Import(AutoConfigurationImportSelector.class)
  • 可以看到实现了 DeferredImportSelector 接口，该接口继承自 ImportSelector，根据 Javadoc 可知，多用于导入被 @Conditional 注解的Bean，之后会进行 filter 操作
  • AutoConfigurationImportSelector.AutoConfigurationGroup#process 方法，SpringBoot 启动时会调用该方法，进行自动装配。
    • SpringApplication#run(java.lang.String…)
    • SpringApplication#refreshContext（即 Spring IOC 容器初始化的过程中）
    • ConfigurationClassParser#parse
    • AutoConfigurationImportSelector.AutoConfigurationGroup#process
• 通过 SpringFactoriesLoader#loadFactoryNames 获取应考虑的自动配置名称。
• 通过 filter 过滤掉当前环境不需要自动装配的类，各种 @Conditional 不满足就被过滤掉。
• 将需要自动装配的全路径类名注册到 SpringIOC 容器，自此 SpringBoot 自动装配完成。

SpringBoot 自动装配的核心注解，在 Spring 框架中就提供了各种以 @Enable 开头的注解，例如： @EnableCircuitBreaker、@EnableScheduling 等；

@ComponentScan

• ComponentScan的功能其实就是自动扫描并加载符合条件的组件（比如@Component和@Repository等）或者bean定义。
• 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，则默认Spring框架实现会从声明 @ComponentScan 所在类的package进行扫描，所以 SpringBoot 的启动类最好是放在根package下，我们自定义的类就放在对应的子package下，这样就可以不指定 basePackages。

2.main方法

main方法里调用org.springframework.boot.SpringApplication.run(java.lang.Class<?>, java.lang.String…)方法。

SpringApplication#run

调用另外一个同名的重载方法run

public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?> primarySource, String... args) {
	return run(new Class<?>[] { primarySource }, args);
}
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实例化SpringApplication对象

1. 首先会实例化SpringApplication一个对象。
2. 在构造方法里初始化一些属性，比如webApplicationType，比如"SERVLET"，初始化一些listeners。

public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?>[] primarySources, String[] args) {
	return new SpringApplication(primarySources).run(args);
}
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public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
	this.resourceLoader = resourceLoader;
	Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
	this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
	this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();
	setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
	setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
	this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
}
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SpringApplication.run(java.lang.String…)

经典的观察者模式：

1. 创建一个StopWatch实例，用来记录SpringBoot的启动时间。
2. 通过SpringFactoriesLoader加载listeners：比如EventPublishingRunListener。
3. 发布SprintBoot开始启动事件（EventPublishingRunListener#starting()）。
4. 创建和配置environment（environmentPrepared()）。
5. 打印SpringBoot的banner和版本。
6. 创建对应的ApplicationContext：Web类型，Reactive类型，普通的类型(非Web)。
7. prepareContext：
   1. 准备ApplicationContext，Initializers设置到ApplicationContext(contextPrepared())。
   2. 打印启动日志，打印profile信息(如dev, test, prod)。
   3. 最终会调用到AbstractApplicationContext#refresh方法，实际上就是Spring IOC容器的创建过程，并且会进行自动装配的操作，以及发布ApplicationContext已经refresh事件，标志着ApplicationContext初始化完成(contextLoaded())
8. afterRefresh hook方法。
9. stopWatch停止计时，日志打印总共启动的时间。
10. 发布SpringBoot程序已启动事件(started())。
11. 调用ApplicationRunner和CommandLineRunner。
12. 最后发布就绪事件ApplicationReadyEvent，标志着SpringBoot可以处理就收的请求了(running())。

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    // 创建一个StopWatch实例，用来记录SpringBoot的启动时间
 StopWatch stopWatch = new StopWatch();
 stopWatch.start();
 ConfigurableApplicationContext context = null;
 Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();
 configureHeadlessProperty();
    // 通过SpringFactoriesLoader加载listeners：比如EventPublishingRunListener
 SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
    // 发布SprintBoot启动事件：ApplicationStartingEvent
 listeners.starting();
 try {
  ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
     // 创建和配置environment，发布事件：SpringApplicationRunListeners#environmentPrepared
  ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
  configureIgnoreBeanInfo(environment);
     // 打印SpringBoot的banner和版本
  Banner printedBanner = printBanner(environment);
     // 创建对应的ApplicationContext：Web类型，Reactive类型，普通的类型(非Web)
  context = createApplicationContext();
  exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class,
    new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);
     // 准备ApplicationContext，Initializers设置到ApplicationContext后发布事件：ApplicationContextInitializedEvent
     // 打印启动日志，打印profile信息(如dev, test, prod)
     // 调用EventPublishingRunListener发布ApplicationContext加载完毕事件：ApplicationPreparedEvent
  prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
     // 最终会调用到AbstractApplicationContext#refresh方法，实际上就是Spring IOC容器的创建过程，并且会进行自动装配的操作
     // 以及发布ApplicationContext已经refresh事件，标志着ApplicationContext初始化完成
  refreshContext(context);
     // hook方法
  afterRefresh(context, applicationArguments);
     // stopWatch停止计时，日志打印总共启动的时间
  stopWatch.stop();
  if (this.logStartupInfo) {
   new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
  }
     // 发布SpringBoot程序已启动事件ApplicationStartedEvent
  listeners.started(context);
     // 调用ApplicationRunner和CommandLineRunner
  callRunners(context, applicationArguments);
 }
 catch (Throwable ex) {
  handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
  throw new IllegalStateException(ex);
 }

 try {
     // 最后发布就绪事件ApplicationReadyEvent，标志着SpringBoot可以处理就收的请求了
  listeners.running(context);
 }
 catch (Throwable ex) {
  handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
  throw new IllegalStateException(ex);
 }
 return context;
}
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三、SpringBoot启动事件

• SpringApplicationRunListeners的唯一实现是EventPublishingRunListener。
• 整个SpringBoot的启动，流程就是各种事件的发布，调用EventPublishingRunListener中的方法。
• 只要明白了EventPublishingRunListener中事件发布的流程，也就明白了SpringBoot启动的大体流程。

EventPublishingRunListener

方法说明如下：

public class EventPublishingRunListener implements SpringApplicationRunListener, Ordered {

 private final SpringApplication application;

 private final String[] args;

 private final SimpleApplicationEventMulticaster initialMulticaster;

 public EventPublishingRunListener(SpringApplication application, String[] args) {
  this.application = application;
  this.args = args;
  this.initialMulticaster = new SimpleApplicationEventMulticaster();
  for (ApplicationListener<?> listener : application.getListeners()) {
   this.initialMulticaster.addApplicationListener(listener);
  }
 }

 @Override
 public int getOrder() {
  return 0;
 }

    // SpringBoot启动事件
 @Override
 public void starting() {
  this.initialMulticaster.multicastEvent(new ApplicationStartingEvent(this.application, this.args));
 }

    // 创建和配置环境
 @Override
 public void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment) {
  this.initialMulticaster
    .multicastEvent(new ApplicationEnvironmentPreparedEvent(this.application, this.args, environment));
 }

    // 准备ApplicationContext
 @Override
 public void contextPrepared(ConfigurableApplicationContext context) {
  this.initialMulticaster
    .multicastEvent(new ApplicationContextInitializedEvent(this.application, this.args, context));
 }

    // 发布ApplicationContext已经refresh事件，标志着ApplicationContext初始化完成
 @Override
 public void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext context) {
  for (ApplicationListener<?> listener : this.application.getListeners()) {
   if (listener instanceof ApplicationContextAware) {
    ((ApplicationContextAware) listener).setApplicationContext(context);
   }
   context.addApplicationListener(listener);
  }
  this.initialMulticaster.multicastEvent(new ApplicationPreparedEvent(this.application, this.args, context));
 }

    // SpringBoot已启动事件
 @Override
 public void started(ConfigurableApplicationContext context) {
  context.publishEvent(new ApplicationStartedEvent(this.application, this.args, context));
  AvailabilityChangeEvent.publish(context, LivenessState.CORRECT);
 }

    // "SpringBoot现在可以处理接受的请求"事件
 @Override
 public void running(ConfigurableApplicationContext context) {
  context.publishEvent(new ApplicationReadyEvent(this.application, this.args, context));
  AvailabilityChangeEvent.publish(context, ReadinessState.ACCEPTING_TRAFFIC);
 }

 @Override
 public void failed(ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception) {
  ApplicationFailedEvent event = new ApplicationFailedEvent(this.application, this.args, context, exception);
  if (context != null && context.isActive()) {
   // Listeners have been registered to the application context so we should
   // use it at this point if we can
   context.publishEvent(event);
  }
  else {
   // An inactive context may not have a multicaster so we use our multicaster to
   // call all of the context's listeners instead
   if (context instanceof AbstractApplicationContext) {
    for (ApplicationListener<?> listener : ((AbstractApplicationContext) context)
      .getApplicationListeners()) {
     this.initialMulticaster.addApplicationListener(listener);
    }
   }
   this.initialMulticaster.setErrorHandler(new LoggingErrorHandler());
   this.initialMulticaster.multicastEvent(event);
  }
 }

 private static class LoggingErrorHandler implements ErrorHandler {

  private static final Log logger = LogFactory.getLog(EventPublishingRunListener.class);

  @Override
  public void handleError(Throwable throwable) {
   logger.warn("Error calling ApplicationEventListener", throwable);
  }
 }
}
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四、SpringIOC 容器初始化过程

由于现在大都是用SpringBoot开发，所以呢，Spring IOC 初始化的源码，就是AnnotationConfigApplicationContext中的源码，IoC的初始化就是该类实例创建的过程。

创建的过程 （AnnotationConfigApplicationContext的构造方法）：

1. 给我们的Bean，创建与之对应的Bean定义，然后把他们放入 ConcurrentHashMap（key:beanName和value:beanDefinition）中；Bean定义实际上包括一些Bean的信息，比如BeanName, Scope, 是否被@Primary注解修饰，是否是@Lazy，以及@Description等注解。
2. refresh()方法： 创建IOC需要的资源。
3. 初始化BeanFactory, set一些属性，如BeanClassLoader，systemEnvironment。
4. 如果是SpringBoot程序，会调用方法进行自动装配：AutoConfigurationImportSelector.AutoConfigurationGroup#process。
5. 注册MessageSource，国际化相关的资源，到ApplicationContext。
6. 注册ApplicationListener到ApplicationContext。
7. 实例化化lazy-init的Bean。
8. 最后，publish相关的事件，ApplicationContext 就初始化完成，整个IOC容器初始化完成(IOC容器的本质就是初始化BeanFactory和ApplicationContext)，就可以从IOC容器中获取Bean自动注入了。

五、结语

已经工作了一段时间了，回头看看这些知识点，发现自己仍有许多不足之处，通过这次学习，不再让自己停留在“会用”的阶段，而是进一步理解其中原理，注重实践，自己还是得抓紧脚步跟上大佬的脚步。(☆＿☆)