Springboot简介
相信大多数开发者对Springboot比较熟悉了，它能够快速地创建一个spring应用，能够完全摒弃XML的配置方式，并且内嵌了Tomcat、Jetty这样的Servlet容器，即无需再将应用打包成war部署。
在Springboot之前，部署一个应用如下
而现在，由于Springboot内嵌了Servlet容器，于是可以将应用打包成jar，直接运行一个jar包就能启动一个web服务。
Springboot是如何做到的呢？接下来进入今天的正题
Tomcat-embed
Springboot能够将Tomcat内嵌，是因为Tomcat提供了一套JavaAPI，能够通过Tomcat tomcat = new Tomcat()来创建一个Tomcat容器。
只需要引入Maven依赖
<dependency>
<groupId>org.apache.tomcat.embed</groupId>
<artifactId>tomcat-embed-core</artifactId>
<version>${tomcat.version}</version>
</dependency>
接下来我们通过Springboot源码来看看，spring是如何使用这套API与自身结合的
Springboot源码解读
首先，任意一个Springboot应用，都有一个main()函数作为应用的启动方法，里面调用了SpringApplication.run(MyApplication.class, args)，我们就从这个run()开始，解密spring容器如何启动Tomcat。
这个run()的实现代码如下，这里去掉了一些与主线逻辑无关的代码
/**
* Run the Spring application, creating and refreshing a new
* {@linkApplicationContext}.
* @param args the application arguments (usually passed from a Java main method)
* @return a running {@link ApplicationContext}
*/
public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
ConfigurableApplicationContext context = null;
// 创建spring容器对象 ApplicationContext
context = createApplicationContext();
// 做一些初始化容器之前的预备操作
prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
// 启动spring容器核心方法，包括启动tomcat
refreshContext(context);
// 做一些容器启动之后的操作（当前这个方法是空的）
afterRefresh(context, applicationArguments);
return context;
}
看过Spring源码的同学应该清楚，启动spring容器的核心方法就是refresh()，而这里的方法名叫refreshContext(context)，不过是springboot对refresh()的封装罢了，所以内部依然是调用的refresh()，于是我们来到这个核心方法内部
@Override
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
// 在容器启动之前做一些准备操作
prepareRefresh();
// 通知子类去刷新实例工厂
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
// 初始化当前容器中的实例工厂
prepareBeanFactory(beanFactory);
try {
// 允许容器中的基类对实例工厂进行后置处理
postProcessBeanFactory(beanFactory);
// 调用实例工厂中的后置处理器
invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
// 注册实例的后置处理器，在创建实例时进行拦截
registerBeanPostProcessors(beanFactory);
// 初始化消息资源
initMessageSource();
// 初始化容器中的事件处理器
initApplicationEventMulticaster();
// 初始化一些在特定容器中特殊的实例
onRefresh();
// 检查监听器的实例并注册它们
registerListeners();
// 实例化所有非懒加载的实例
finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
// 最后一步：发布一些响应事件
finishRefresh();
}
catch (BeansException ex) {
...
}
finally {
...
}
}
}
当这个方法调用完，spring容器就基本完成了初始化过程，tomcat当然也是在这个方法内部完成的创建
创建WebServer容器
Springboot内嵌的各种web容器实例，都是在onRefresh()中进行创建的。
查看方法实现可以发现这个方法是个空方法
protected void onRefresh() throws BeansException {
// For subclasses: do nothing by default.
}
但是其子类的都实现了这个方法，子类列表如下
因为Tomcat是一个Servlet容器，所以我们直接看ServletWebServerApplicationContext这个类中是如何实现的
进入这个类中，该方法的实现代码比较容易看懂，重点在createWebServer()，这里同样只保留了主要代码
@Override
protected void onRefresh() {
super.onRefresh();
createWebServer();
}
private void createWebServer() {
WebServer webServer = this.webServer;
ServletContext servletContext = getServletContext();
if (webServer == null && servletContext == null) {
// 通过工厂创建WebServer实例
ServletWebServerFactory factory = getWebServerFactory();
this.webServer = factory.getWebServer(getSelfInitializer());
}
}
既然这里通过工厂方法创建对象，肯定对象类型就不止一种，之前也说到springboot内嵌的web容器不止是tomcat，为了印证这个事情，我们直接看factory.getWebServer()方法的实现
其中，有Jetty、Tomcat还有Undertow的实现；看到这里实际上我们已经找到tomcat实例创建的位置了
创建Tomcat实例
进入TomcatServletWebServerFactory的getWebServer()中，发现这里调用的就是tomcat-embed提供的API了
@Override
public WebServer getWebServer(ServletContextInitializer... initializers) {
Tomcat tomcat = new Tomcat();
// 1.创建一个tomcat临时文件路径
File baseDir = (this.baseDirectory != null) ? this.baseDirectory : createTempDir("tomcat");
tomcat.setBaseDir(baseDir.getAbsolutePath());
// 2.创建连接协议，默认使用HTTP1.1协议，NIO网络模型
Connector connector = new Connector(this.protocol);
tomcat.getService().addConnector(connector);
customizeConnector(connector);
tomcat.setConnector(connector);
// 3.创建主机，并关闭热部署
tomcat.getHost().setAutoDeploy(false);
// 4.配置引擎
configureEngine(tomcat.getEngine());
for (Connector additionalConnector : this.additionalTomcatConnectors) {
tomcat.getService().addConnector(additionalConnector);
}
// 5.初始化TomcatEmbeddedContext
prepareContext(tomcat.getHost(), initializers);
// 6.启动tomcat并返回TomcatWebServer对象
return getTomcatWebServer(tomcat);
}
前面1-5步都是在配置Tomcat，而完成Tomcat是在第6步getTomcatWebServer(tomcat)完成的，我们接着进去看看
getTomcatWebServer(tomcat)方法返回一个TomcatWebServer对象
TomcatWebServer对象是springboot对Tomcat对象的封装，内部存了tomcat实例的引用，这里执行的是TomcatWebServer的构造方法，
protected TomcatWebServer getTomcatWebServer(Tomcat tomcat) {
return new TomcatWebServer(tomcat, getPort() >= 0);
}
构造方法内部如下
public TomcatWebServer(Tomcat tomcat, boolean autoStart) {
Assert.notNull(tomcat, "Tomcat Server must not be null");
this.tomcat = tomcat;
this.autoStart = autoStart;
initialize();
}
我们主要来看initialize()，在这个方法内部会调用tomcat.start()
private void initialize() throws WebServerException {
synchronized (this.monitor) {
try {
// 给Engine命名
addInstanceIdToEngineName();
// 获取Host中的Context
Context context = findContext();
// 绑定Context的生命周期监听器
context.addLifecycleListener((event) -> {
if (context.equals(event.getSource()) && Lifecycle.START_EVENT.equals(event.getType())) {
removeServiceConnectors();
}
});
// 启动tomcat，触发初始化监听器
this.tomcat.start();
// 启动过程中子线程的异常从主线程抛出
rethrowDeferredStartupExceptions();
// 给当前Context绑定类加载器
ContextBindings.bindClassLoader(context, context.getNamingToken(), getClass().getClassLoader());
// tomcat的所有线程都是守护线程，这里启动一个阻塞的非守护线程来确保tomcat能及时停止
startDaemonAwaitThread();
}
catch (Exception ex) {
...
}
}
}
要注意的是这个方法启动的是tomcat工作需要的一些守护线程，并非是web服务；我们可以来看看start()的定义
/**
* Prepare for the beginning of active use of the public methods other than
* property getters/setters and life cycle methods of this component. This
* method should be called before any of the public methods other than
* property getters/setters and life cycle methods of this component are
* utilized. The following {@link LifecycleEvent}s will be fired in the
* following order:
* <ol>
* <li>BEFORE_START_EVENT: At the beginning of the method. It is as this
* point the state transitions to
* {@link LifecycleState#STARTING_PREP}.</li>
* <li>START_EVENT: During the method once it is safe to call start() for
* any child components. It is at this point that the
* state transitions to {@link LifecycleState#STARTING}
* and that the public methods other than property
* getters/setters and life cycle methods may be
* used.</li>
* <li>AFTER_START_EVENT: At the end of the method, immediately before it
* returns. It is at this point that the state
* transitions to {@link LifecycleState#STARTED}.
* </li>
* </ol>
*
* @exception LifecycleException if this component detects a fatal error
* that prevents this component from being used
*/
public void start() throws LifecycleException;
启动Web服务
真正完成springboot启动的方法，依然是由TomcatWebServer这个类完成的，这个类封装了控制整个web服务声明周期的方法，比如initialize(), start(), stop()等等，而这个start()显然就是web服务启动的方法了。
@Override
public void start() throws WebServerException {
synchronized (this.monitor) {
Connector connector = this.tomcat.getConnector();
if (connector != null && this.autoStart) {
performDeferredLoadOnStartup();
}
logger.info("Tomcat started on port(s): " + getPortsDescription(true) + " with context path '"
+ getContextPath() + "'");
}
}
看到这个方法里的这行log，大家应该很熟悉了，说明最终启动web容器的函数就是performDeferredLoadOnStartup()
performDeferredLoadOnStartup()方法内部逻辑如下
private void performDeferredLoadOnStartup() {
for (Container child : this.tomcat.getHost().findChildren()) {
if (child instanceof TomcatEmbeddedContext) {
((TomcatEmbeddedContext) child).deferredLoadOnStartup();
}
}
}
public void deferredLoadOnStartup() throws LifecycleException {
doWithThreadContextClassLoader(getLoader().getClassLoader(),
() -> getLoadOnStartupWrappers(findChildren()).forEach(this::load));
}
getLoadOnStartupWrappers()负责将Wrapper按照loadOnStartup的优先级进行重排序，这里的主要逻辑就是按照Wrapper的优先级，依次调用wrapper.load()，然后打印"Tomcat started on port …"完成web容器启动。
最后，还有一个问题未解答，就是start()是何时调用的？
start()何时调用
要解答这个问题，可以通过观察springboot的启动日志，看"Tomcat started on port …"这行日志是何时打印的。
按照这个方法，我们不难发现，这行日志仍然是在spring容器的refresh()里打印出来的，继续深入最终是锁定了refresh()里的最后一步，也就是finishRefresh()
ServletWebServerApplicationContext重写了finishRefresh()
@Override
protected void finishRefresh() {
super.finishRefresh();
WebServer webServer = startWebServer();
if (webServer != null) {
publishEvent(new ServletWebServerInitializedEvent(webServer, this));
}
}
private WebServer startWebServer() {
WebServer webServer = this.webServer;
if (webServer != null) {
webServer.start();
}
return webServer;
}
上面方法中的WebServer是一个接口，里面有三个方法start(), stop(), getPort() TomcatWebServer对其进行了实现，其中的start()就是在这里调用的，这里也就是最终启动web服务的地方。
至此，Springboot内嵌web服务器的秘密解开了。
总结
Spring框架基于接口的设计模式，使得整个框架具有良好的扩展性。我们再来回顾下spring是如何整合tomcat的。
首先，通过继承AbstractApplicationContext，重写onRefresh()对web容器进行初始化，重写finishRefresh()启动web服务。
其次，spring抽象了WebServer接口，提供了“启动”和“停止”两个基本方法，具体方法由不同的web容器各自实现，其中tomcat的实现类叫TomcatWebServer。
最后，TomcatWebServer在构造方法中调用initialize()初始化tomcat，调用start()方法启动web服务，在spring容器销毁之前调用stop()完成tomcat生命周期。