spring boot 启动流程分析

spring boot启动概述

spring boot 框架凭借极简配置，一键运行和强大的第三方框架集成等特点，受到广大开发者的青睐，基本成为java开发中必不可少的基础的框架。spirng boot带给我们这么多便利的背后，它都做了些什么，让我们就跟随spirng boot的整个启动流程一探究竟。

上图可见spring boot的整个启动流程及各组件的相互调用关系。

1. java程序由启动主类调用main()方法开始。
2. 调用 SpringApplication的构造方法，实例一个Spirng应用对象。在构造方法里主要完成启动环境初始化工作，如，推断主类，spring应用类型，加载配置文件，读取spring.factories文件等。
3. 调用run方法，所有的启动工作在该方法内完成，主要完成加载配置资源，准备上下文，创建上下文，刷新上下文，过程事件发布等。

整个启动流程细节我们跟着源码分析。

1.启动入口 （SrpingApplication）

大家熟悉的springboot的启动类，@SpringBootApplication + psvm（main方法）+ new SpringApplication().run(XXXX.class, args)

@SpringBootApplication
public class SummaryApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication application = new SpringApplication(); // 2
        application.run(SummaryApplication.class, args); //3
//      SpringApplication.run(SummaryApplication.class, args);  也可简化调用静态方法
    }
}
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1.1 @SpringBootApplication 注解

通过源码发现该注解只是@Configuration，@EnableAutoConfiguration，@ComponentScan 三个注解的组合，这是在springboot 1.5以后为这三个注解做的一个简写。接下来简单说下这三个注解的功能：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@SpringBootConfiguration //1.1.1 注册为配置类
@EnableAutoConfiguration //1.1.2 配置可自动装配
@ComponentScan(excludeFilters = { //1.1.3 声明可扫描Bean 
  @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
  @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {
  ...
}

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1.1.1 @SpringBootConfiguration

该注解就是spirng ioc容器中java config 配置方式的@Configuration ，注册当前类为spring ioc容器的配置类。

搭配@bean注解创建一个简单spring ioc配置类

 @Configuration    
 public class Conf {   
   @Bean  
   public Car car() {     
       Car car = new Car();   
       car.setWheel(wheel());     
       return car;    
   }  
   @Bean  
   public Wheel wheel() {     
        return new Wheel();   
   }  
 }
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1.1.2 @EnableAutoConfiguration

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(AutoConfigurationImportSelector.class) //最为重要
public @interface EnableAutoConfiguration {

   String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";

   /**
    * Exclude specific auto-configuration classes such that they will never be applied.
    * @return the classes to exclude
    */
   Class<?>[] exclude() default {};

   /**
    * Exclude specific auto-configuration class names such that they will never be
    * applied.
    * @return the class names to exclude
    * @since 1.3.0
    */
   String[] excludeName() default {};

}
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@EnableAutoConfiguration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，会根据类路径中的jar依赖为项目进行自动配置，如：添加了spring-boot-starter-web依赖，会自动添加Tomcat和Spring MVC的依赖，Spring Boot会对Tomcat和Spring MVC进行自动配置。

最关键的要属@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class) ，借助EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以帮助SpringBoot应用将所有符合条件的@Configuration配置都加载到当前SpringBoot创建并使用的IoC容器。就像一只“八爪鱼”一样，借助于Spring框架原有的一个工具类：SpringFactoriesLoader的支持，@EnableAutoConfiguration可以智能的自动配置功效才得以大功告成！

1.1.3 @ComponentScan

@ComponentScan这个注解在Spring中很重要，它对应XML配置中的元素，@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，最终将这些bean定义加载到IoC容器中。

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。

注：所以SpringBoot的启动类最好是放在root package下，因为默认不指定basePackages。

2.构造器（Constructor）

/**
 * Create a new {@link SpringApplication} instance. The application context will load
 * beans from the specified primary sources (see {@link SpringApplication class-level}
 * documentation for details. The instance can be customized before calling
 * {@link #run(String...)}.
 * @param resourceLoader the resource loader to use
 * @param primarySources the primary bean sources
 * @see #run(Class, String[])
 * @see #setSources(Set)
 */
@SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" })
public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
   this.resourceLoader = resourceLoader;
   Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
   this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
   //2.1 判断当前程序类型
   this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();
   //2.2 使用SpringFactoriesLoader 实例化所有可用的初始器
   setInitializers((Collection)                        getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
   //2.3 使用SpringFactoriesLoader 实例化所有可用的监听器
  setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
   //2.4 配置应用主方法所在类
   this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
}
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2.1 判断当前程序类型

根据classpath里面是否存在某个特征类

（org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext）来决定是否应该创建一个为Web应用使用的ApplicationContext类型。

/**
 * The application should not run as a web application and should not start an
 * embedded web server.
 */
NONE,

/**
 * The application should run as a servlet-based web application and should start an
 * embedded servlet web server.
 */
SERVLET,

/**
 * The application should run as a reactive web application and should start an
 * embedded reactive web server.
 */
REACTIVE;
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3.启动方法（RUN）

初始化完成之后就进到了run方法，run方法完成了所有Spring的整个启动过程：

• 准备Environment

• 发布事件

• 创建上下文、bean

• 刷新上下文

• 结束，

  其中穿插了很多监听器的动作，并且很多逻辑都是靠各种监听器的实现类执行的。

/**
 * Run the Spring application, creating and refreshing a new
 * {@link ApplicationContext}.
 * @param args the application arguments (usually passed from a Java main method)
 * @return a running {@link ApplicationContext}
 */
public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
   //开启时钟计时
   StopWatch stopWatch = new StopWatch();
   stopWatch.start();
   //spirng 上下文
   ConfigurableApplicationContext context = null;
   //启动异常报告容器
   Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();
   //开启设置，让系统模拟不存在io设备
   configureHeadlessProperty();
   // 3.1 初始化SpringApplicationRunListener 监听器，并进行封装
   SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
   listeners.starting();
   try {
      ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
     //3.2 Environment 的准备 
      ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
      configureIgnoreBeanInfo(environment);
      Banner printedBanner = printBanner(environment); // 打印标语 彩蛋
     //3.3 创建上下文实例
      context = createApplicationContext();
     //异常播报器，默认有org.springframework.boot.diagnostics.FailureAnalyzers
      exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class,
            new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);
     //3.4 容器初始化
      prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
     //3.5 刷新上下文容器 
      refreshContext(context);
     //给实现类留的钩子，这里是一个空方法。
      afterRefresh(context, applicationArguments);
      stopWatch.stop();
      if (this.logStartupInfo) {
         new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
      }
      listeners.started(context);
      callRunners(context, applicationArguments);
   }
   catch (Throwable ex) {
      handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
      throw new IllegalStateException(ex);
   }

   try {
      listeners.running(context);
   }
   catch (Throwable ex) {
      handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
      throw new IllegalStateException(ex);
   }
   return context;
}
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3.1 SpringApplicationRunListener 的使用

首先通过getSpringFactoriesInstances 获取到所有实现SpringApplicationRunListener 接口的实例，默认情况下该接口的实现类只有 EventPublishingRunListener 他的主要作用是作为springboot 的一个广播器

public interface SpringApplicationRunListener {
  /**EventPublishingRunListener 前期采用 SimpleApplicationEventMulticaster.multicastEvent(ApplicationEvent) 进行广播
  **/
   default void starting() {} 
   default void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment) {}
   default void contextPrepared(ConfigurableApplicationContext context) {}
   default void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext context) {}
  /**
  EventPublishingRunListener 后期采用 context.publishEvent(ApplicationEvent)
  **/
   default void started(ConfigurableApplicationContext context) {}
   default void running(ConfigurableApplicationContext context) {}
   default void failed(ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception) {}
}
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3.2 prepareEnvironment

一般在写业务代码时使用的都是只读类型的接口Environment，该接口是对运行程序环境的抽象，是保存系统配置的中心，而在启动过程中使用的则是可编辑的ConfigurableEnvironment。接口的UML类图如下，提供了合并父环境、添加active profile以及一些设置解析配置文件方式的接口。

其中一个比较重要的方法MutablePropertySources getPropertySources();，该方法返回一个可编辑的PropertySources，如果有在启动阶段自定义环境的PropertySources的需求，就可以通过该方法设置。

private ConfigurableEnvironment prepareEnvironment(SpringApplicationRunListeners listeners,
      ApplicationArguments applicationArguments) {
   // Create and configure the environment
  //根据不同环境不同的Enviroment （StandardServletEnvironment，StandardReactiveWebEnvironment，StandardEnvironment）
   ConfigurableEnvironment environment = getOrCreateEnvironment();
  //填充启动类参数到enviroment 对象
   configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs());
  //更新参数
  ConfigurationPropertySources.attach(environment);
  //发布事件 
  listeners.environmentPrepared(environment);
  //绑定主类 
  bindToSpringApplication(environment);
   if (!this.isCustomEnvironment) {//转换environment的类型，但这里应该类型和deduce的相同不用转换
      environment = new EnvironmentConverter(getClassLoader()).convertEnvironmentIfNecessary(environment,
            deduceEnvironmentClass());
   }
  //将现有参数有封装成proertySources
   ConfigurationPropertySources.attach(environment);
   return environment;
}
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3.3 创建springApplicationContext 上下文

继承的三个父类接口里，Closeable提供了关闭时资源释放的接口，Lifecycle是提供对生命周期控制的接口(start\stop)以及查询当前运行状态的接口，ApplicationContext则是配置上下文的中心配置接口，继承了其他很多配置接口，其本身提供查询诸如id、应用程序名等上下文档案信息的只读接口，以及构建自动装配bean的工厂。

• EnvironmentCapable

提供Environment接口。

• MessageSource

国际化资源接口。

• ApplicationEventPublisher

事件发布器。

• ResourcePatternResolver

资源加载器。

• HierarchicalBeanFactory、ListableBeanFactory

这两个都继承了bean容器的根接口BeanFactory

简而言之就是根据Web容器类型的不同来创建不用的上下文实例。

3.4 上下文初始化

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context, ConfigurableEnvironment environment,
      SpringApplicationRunListeners listeners, ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) {
  //绑定环境
   context.setEnvironment(environment);
  //如果application有设置beanNameGenerator、resourceLoader就将其注入到上下文中，并将转换工具也注入到上下文中
  postProcessApplicationContext(context);
  //调用初始化的切面
   applyInitializers(context);
  //发布ApplicationContextInitializedEvent事件
   listeners.contextPrepared(context);
  //日志
   if (this.logStartupInfo) {
      logStartupInfo(context.getParent() == null);
      logStartupProfileInfo(context);
   }
   // Add boot specific singleton beans
   ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = context.getBeanFactory();
   beanFactory.registerSingleton("springApplicationArguments", applicationArguments);
   if (printedBanner != null) {
      beanFactory.registerSingleton("springBootBanner", printedBanner);
   }
   if (beanFactory instanceof DefaultListableBeanFactory) {
     //如果bean名相同的话是否允许覆盖，默认为false，相同会抛出异常
      ((DefaultListableBeanFactory) beanFactory)
            .setAllowBeanDefinitionOverriding(this.allowBeanDefinitionOverriding);
   }
   if (this.lazyInitialization) {
      context.addBeanFactoryPostProcessor(new LazyInitializationBeanFactoryPostProcessor());
   }
   // Load the sources
  // 这里获取到的是BootstrapImportSelectorConfiguration这个class，而不是自己写的启动来，这个class是在之前注册的BootstrapApplicationListener的监听方法中注入的
   Set<Object> sources = getAllSources();
   Assert.notEmpty(sources, "Sources must not be empty");
  //加载sources 到上下文中
   load(context, sources.toArray(new Object[0]));
  //发布ApplicationPreparedEvent事件
   listeners.contextLoaded(context);
}
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3.5 刷新上下文

AbstractApplicationContext
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public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
        //记录启动时间、状态，web容器初始化其property，复制listener
        prepareRefresh();
        //这里返回的是context的BeanFactory
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
        //beanFactory注入一些标准组件，例如ApplicationContextAwareProcessor，ClassLoader等
        prepareBeanFactory(beanFactory);
        try {
            //给实现类留的一个钩子，例如注入BeanPostProcessors，这里是个空方法
            postProcessBeanFactory(beanFactory);

            // 调用切面方法
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

            // 注册切面bean
            registerBeanPostProcessors(beanFactory);

            // Initialize message source for this context.
            initMessageSource();

            // bean工厂注册一个key为applicationEventMulticaster的广播器
            initApplicationEventMulticaster();

            // 给实现类留的一钩子，可以执行其他refresh的工作，这里是个空方法
            onRefresh();

            // 将listener注册到广播器中
            registerListeners();

            // 实例化未实例化的bean
            finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

            // 清理缓存，注入DefaultLifecycleProcessor，发布ContextRefreshedEvent
            finishRefresh();
        }

        catch (BeansException ex) {
            if (logger.isWarnEnabled()) {
                logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
                        "cancelling refresh attempt: " + ex);
            }

            // Destroy already created singletons to avoid dangling resources.
            destroyBeans();

            // Reset 'active' flag.
            cancelRefresh(ex);

            // Propagate exception to caller.
            throw ex;
        }

        finally {
            // Reset common introspection caches in Spring's core, since we
            // might not ever need metadata for singleton beans anymore...
            resetCommonCaches();
        }
    }
}
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至此spring 启动主要工作基本完成，接下来发布AppStartedEvent事件，回调ApplicationRunner，CommandLineRunner等runner，发布applicationReadyEvent事件，spring 正式启动开始运行。