詳細的Springboot啟動原理決議

我們開發任何一個Spring Boot專案，都會用到如下的啟動類

@SpringBootApplication
public class Application {
     public static void main(String[] args) {
         SpringApplication.run(Application.class, args);
     }
 }

從上面代碼可以看出，Annotation定義（@SpringBootApplication）和類定義（SpringApplication.run）最為耀眼，所以要揭開SpringBoot的神秘面紗，我們要從這兩位開始就可以了，

一、SpringBootApplication背后的秘密

@SpringBootApplication注解是Spring Boot的核心注解，它其實是一個組合注解：
@Target(ElementType.TYPE)
 @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
 @Documented
 @Inherited
 @SpringBootConfiguration
 @EnableAutoConfiguration
 @ComponentScan(excludeFilters = {
         @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
         @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
 public @interface SpringBootApplication {
 ...
 }

雖然定義使用了多個Annotation進行了原資訊標注，但實際上重要的只有三個Annotation：

• @Configuration（@SpringBootConfiguration點開查看發現里面還是應用了@Configuration）
• @EnableAutoConfiguration
• @ComponentScan

即 @SpringBootApplication =
(默認屬性)@Configuration +@EnableAutoConfiguration + @ComponentScan，

所以，如果我們使用如下的SpringBoot啟動類，整個SpringBoot應用依然可以與之前的啟動類功能對等：

@Configuration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan
public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}

每次寫這3個比較累，所以寫一個@SpringBootApplication方便點，接下來分別介紹這3個Annotation，

1、@Configuration

這里的@Configuration對我們來說不陌生，它就是JavaConfig形式的Spring Ioc容器的配置類使用的那個@Configuration，SpringBoot社區推薦使用基于JavaConfig的配置形式，所以，這里的啟動類標注了@Configuration之后，本身其實也是一個IoC容器的配置類，

舉幾個簡單例子回顧下，XML跟config配置方式的區別：

（1）表達形式層面

基于XML配置的方式是這樣：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-3.0.xsd"
       default-lazy-init="true">
    <!--bean定義-->
</beans>

而基于JavaConfig的配置方式是這樣：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    //bean定義
}

任何一個標注了@Configuration的Java類定義都是一個JavaConfig配置類，

（2）注冊bean定義層面

基于XML的配置形式是這樣：

<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl">
    ...
</bean>

而基于JavaConfig的配置形式是這樣的：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    @Bean
    public MockService mockService(){
        return new MockServiceImpl();
    }
}

任何一個標注了@Bean的方法，其回傳值將作為一個bean定義注冊到Spring的IoC容器，方法名將默認成該bean定義的id，

（3）表達依賴注入關系層面

為了表達bean與bean之間的依賴關系，在XML形式中一般是這樣：

<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl">
   <propery name ="dependencyService" ref="dependencyService" />
</bean>
<bean id="dependencyService" class="DependencyServiceImpl"></bean>

而基于JavaConfig的配置形式是這樣的：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    @Bean
    public MockService mockService(){
        return new MockServiceImpl(dependencyService());
    }

    @Bean
    public DependencyService dependencyService(){
        return new DependencyServiceImpl();
    }
}

如果一個bean的定義依賴其他bean，則直接呼叫對應的JavaConfig類中依賴bean的創建方法就可以了，

@Configuration：提到@Configuration就要提到他的搭檔@Bean，使用這兩個注解就可以創建一個簡單的spring配置類，可以用來替代相應的xml組態檔，

<beans> 
    <bean id = "car" class="com.test.Car"> 
        <property name="wheel" ref = "wheel"></property> 
    </bean> 
    <bean id = "wheel" class="com.test.Wheel"></bean> 
</beans>

相當于：

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

    @Bean 
    public Wheel wheel() { 
        return new Wheel(); 
    } 
}

@Configuration的注解類標識這個類可以使用Spring IoC容器作為bean定義的來源，

@Bean注解告訴Spring，一個帶有@Bean的注解方法將回傳一個物件，該物件應該被注冊為在Spring應用程式背景關系中的bean，

2、@ComponentScan

@ComponentScan這個注解在Spring中很重要，它對應XML配置中的元素，@ComponentScan的功能其實就是自動掃描并加載符合條件的組件（比如@Component和@Repository等）或者bean定義，最終將這些bean定義加載到IoC容器中，

我們可以通過basePackages等屬性來細粒度的定制@ComponentScan自動掃描的范圍，如果不指定，則默認Spring框架實作會從宣告@ComponentScan所在類的package進行掃描，

注：所以SpringBoot的啟動類最好是放在root package下，因為默認不指定basePackages，

3、@EnableAutoConfiguration

個人感覺@EnableAutoConfiguration這個Annotation最為重要，大家是否還記得Spring框架提供的各種名字為@Enable開頭的Annotation定義？
比如@EnableScheduling、@EnableCaching、@EnableMBeanExport等，
@EnableAutoConfiguration的理念和做事方式其實一脈相承，簡單概括一下就是，借助@Import的支持，收集和注冊特定場景相關的bean定義，

@EnableScheduling是通過@Import將Spring調度框架相關的bean定義都加載到IoC容器，

@EnableMBeanExport是通過@Import將JMX相關的bean定義加載到IoC容器，

而@EnableAutoConfiguration也是借助@Import的幫助，將所有符合自動配置條件的bean定義加載到IoC容器，僅此而已！

@EnableAutoConfiguration會根據類路徑中的jar依賴為專案進行自動配置，如：添加了spring-boot-starter-web依賴，會自動添加Tomcat和Spring MVC的依賴，Spring Boot會對Tomcat和Spring MVC進行自動配置，

@EnableAutoConfiguration作為一個復合Annotation，其自身定義關鍵資訊如下：

@SuppressWarnings("deprecation")
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {
    ...
}

其中，最關鍵的要屬@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)，借助EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以幫助SpringBoot應用將所有符合條件的@Configuration配置都加載到當前SpringBoot創建并使用的IoC容器，就像一只“八爪魚”一樣，借助于Spring框架原有的一個工具類：SpringFactoriesLoader的支持，@EnableAutoConfiguration可以智能的自動配置功效才得以大功告成！

自動配置幕后英雄：SpringFactoriesLoader詳解
SpringFactoriesLoader屬于Spring框架私有的一種擴展方案，其主要功能就是從指定的組態檔META-INF/spring.factories加載配置，

public abstract class SpringFactoriesLoader {
    //...
    public static <T> List<T> loadFactories(Class<T> factoryClass, ClassLoader classLoader) {
        ...
    }
    public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, ClassLoader classLoader) {
        ....
    }
}

配合@EnableAutoConfiguration使用的話，它更多是提供一種配置查找的功能支持，即根據@EnableAutoConfiguration的完整類名org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration作為查找的Key，獲取對應的一組@Configuration類，

上圖就是從SpringBoot的autoconfigure依賴包中的META-INF/spring.factories組態檔中摘錄的一段內容，可以很好地說明問題，

所以，@EnableAutoConfiguration自動配置的魔法騎士就變成了：從classpath中搜尋所有的META-INF/spring.factories組態檔，并將其中org.springframework.boot.autoconfigure.EnableutoConfiguration對應的配置項通過反射（Java Refletion）實體化為對應的標注了@Configuration的JavaConfig形式的IoC容器配置類，然后匯總為一個并加載到IoC容器，

二、深入探索SpringApplication執行流程

SpringApplication的run方法的實作是我們本次旅程的主要線路，該方法的主要流程大體可以歸納如下：

（1） 如果我們使用的是SpringApplication的靜態run方法，那么，這個方法里面首先要創建一個SpringApplication物件實體，然后呼叫這個創建好的SpringApplication的實體方法，在SpringApplication實體初始化的時候，它會提前做幾件事情：

• 根據classpath里面是否存在某個特征類org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext來決定是否應該創建一個為Web應用使用的ApplicationContext型別，
• 使用SpringFactoriesLoader在應用的classpath中查找并加載所有可用的ApplicationContextInitializer，
• 使用SpringFactoriesLoader在應用的classpath中查找并加載所有可用的ApplicationListener，
• 推斷并設定main方法的定義類，

（2） SpringApplication實體初始化完成并且完成設定后，就開始執行run方法的邏輯了，方法執行伊始，首先遍歷執行所有通過SpringFactoriesLoader可以查找到并加載的SpringApplicationRunListener，呼叫它們的started()方法，告訴這些SpringApplicationRunListener，“嘿，SpringBoot應用要開始執行咯！”，

（3） 創建并配置當前Spring Boot應用將要使用的Environment（包括配置要使用的PropertySource以及Profile），

（4） 遍歷呼叫所有SpringApplicationRunListener的environmentPrepared()的方法，告訴他們：“當前SpringBoot應用使用的Environment準備好了咯！”，

（5） 如果SpringApplication的showBanner屬性被設定為true，則列印banner，

（6） 根據用戶是否明確設定了applicationContextClass型別以及初始化階段的推斷結果，決定該為當前SpringBoot應用創建什么型別的ApplicationContext并創建完成，然后根據條件決定是否添加ShutdownHook，決定是否使用自定義的BeanNameGenerator，決定是否使用自定義的ResourceLoader，當然，最重要的，將之前準備好的Environment設定給創建好的ApplicationContext使用，

（7） ApplicationContext創建好之后，SpringApplication會再次借助Spring-FactoriesLoader，查找并加載classpath中所有可用的ApplicationContext-Initializer，然后遍歷呼叫這些ApplicationContextInitializer的initialize（applicationContext）方法來對已經創建好的ApplicationContext進行進一步的處理，

（8） 遍歷呼叫所有SpringApplicationRunListener的contextPrepared()方法，

（9） 最核心的一步，將之前通過@EnableAutoConfiguration獲取的所有配置以及其他形式的IoC容器配置加載到已經準備完畢的ApplicationContext，

（10） 遍歷呼叫所有SpringApplicationRunListener的contextLoaded()方法，

（11） 呼叫ApplicationContext的refresh()方法，完成IoC容器可用的最后一道工序，

（12） 查找當前ApplicationContext中是否注冊有CommandLineRunner，如果有，則遍歷執行它們，

（13）正常情況下，遍歷執行SpringApplicationRunListener的finished()方法、（如果整個程序出現例外，則依然呼叫所有SpringApplicationRunListener的finished()方法，只不過這種情況下會將例外資訊一并傳入處理）

去除事件通知點后，整個流程如下：

本文以除錯一個實際的SpringBoot啟動程式為例，參考流程中主要類類圖，來分析其啟動邏輯和自動化配置原理，

總覽：

上圖為SpringBoot啟動結構圖，我們發現啟動流程主要分為三個部分：

• 第一部分進行SpringApplication的初始化模塊，配置一些基本的環境變數、資源、構造器、監聽器；
• 第二部分實作了應用具體的啟動方案，包括啟動流程的監聽模塊、加載配置環境模塊、及核心的創建背景關系環境模塊；
• 第三部分是自動化配置模塊，該模塊作為springboot自動配置核心，在后面的分析中會詳細討論，在下面的啟動程式中我們會串聯起結構中的主要功能，

啟動：

每個SpringBoot程式都有一個主入口，也就是main方法，main里面呼叫SpringApplication.run()啟動整個spring-boot程式，該方法所在類需要使用@SpringBootApplication注解，以及@ImportResource注解(if need)，@SpringBootApplication包括三個注解，功能如下：

• @EnableAutoConfiguration：SpringBoot根據應用所宣告的依賴來對Spring框架進行自動配置，
• @SpringBootConfiguration(內部為@Configuration)：被標注的類等于在spring的XML組態檔中(applicationContext.xml)，裝配所有bean事務，提供了一個spring的背景關系環境，
• @ComponentScan：組件掃描，可自動發現和裝配Bean，默認掃描SpringApplication的run方法里的Booter.class所在的包路徑下檔案，所以最好將該啟動類放到根包路徑下，

SpringBoot啟動類

首先進入run方法：

run方法中去創建了一個SpringApplication實體，在該構造方法內，我們可以發現其呼叫了一個初始化的initialize方法

這里主要是為SpringApplication物件賦一些初值，建構式執行完畢后，我們回到run方法

該方法中實作了如下幾個關鍵步驟：
1.創建了應用的監聽器SpringApplicationRunListeners并開始監聽

2.加載SpringBoot配置環境(ConfigurableEnvironment)，如果是通過web容器發布，會加載StandardEnvironment，其最終也是繼承了ConfigurableEnvironment，類圖如下：

可以看出，*Environment最終都實作了PropertyResolver介面，我們平時通過environment物件獲取組態檔中指定Key對應的value方法時，就是呼叫了propertyResolver介面的getProperty方法

3.配置環境(Environment)加入到監聽器物件中(SpringApplicationRunListeners)

4.創建run方法的回傳物件：ConfigurableApplicationContext(應用配置背景關系)，我們可以看一下創建方法：

方法會先獲取顯式設定的應用背景關系(applicationContextClass)，如果不存在，再加載默認的環境配置（通過是否是web environment判斷），默認選擇AnnotationConfigApplicationContext注解背景關系（通過掃描所有注解類來加載bean），最后通過BeanUtils實體化背景關系物件，并回傳，

ConfigurableApplicationContext類圖如下：

主要看其繼承的兩個方向：

• LifeCycle：生命周期類，定義了start啟動、stop結束、isRunning是否運行中等生命周期空值方法
• ApplicationContext：應用背景關系類，其主要繼承了beanFactory(bean的工廠類)

5.回到run方法內，prepareContext方法將listeners、environment、applicationArguments、banner等重要組件與背景關系物件關聯

6.接下來的refreshContext(context)方法(初始化方法如下)將是實作spring-boot-starter-*(mybatis、redis等)自動化配置的關鍵，包括spring.factories的加載，bean的實體化等核心作業，

配置結束后，Springboot做了一些基本的收尾作業，回傳了應用環境背景關系，回顧整體流程，Springboot的啟動，主要創建了配置環境(environment)、事件監聽(listeners)、應用背景關系(applicationContext)，并基于以上條件，在容器中開始實體化我們需要的Bean，至此，通過SpringBoot啟動的程式已經構造完成，接下來我們來探討自動化配置是如何實作，

自動化配置：

之前的啟動結構圖中，我們注意到無論是應用初始化還是具體的執行程序，都呼叫了SpringBoot自動配置模塊，

SpringBoot自動配置模塊

該配置模塊的主要使用到了SpringFactoriesLoader，即Spring工廠加載器，該物件提供了loadFactoryNames方法，入參為factoryClass和classLoader，即需要傳入上圖中的工廠類名稱和對應的類加載器，方法會根據指定的classLoader，加載該類加器搜索路徑下的指定檔案，即spring.factories檔案，傳入的工廠類為介面，而檔案中對應的類則是介面的實作類，或最終作為實作類，所以檔案中一般為如下圖這種一對多的類名集合，獲取到這些實作類的類名后，loadFactoryNames方法回傳類名集合，方法呼叫方得到這些集合后，再通過反射獲取這些類的類物件、構造方法，最終生成實體，

工廠介面與其若干實作類介面名稱

下圖有助于我們形象理解自動配置流程，

SpringBoot自動化配置關鍵組件關系圖

mybatis-spring-boot-starter、spring-boot-starter-web等組件的META-INF檔案下均含有spring.factories檔案，自動配置模塊中，SpringFactoriesLoader收集到檔案中的類全名并回傳一個類全名的陣列，回傳的類全名通過反射被實體化，就形成了具體的工廠實體，工廠實體來生成組件具體需要的bean，

之前我們提到了EnableAutoConfiguration注解，其類圖如下：

可以發現其最終實作了ImportSelector(選擇器)和BeanClassLoaderAware(bean類加載器中間件)，重點關注一下AutoConfigurationImportSelector的selectImports方法，

該方法在springboot啟動流程——bean實體化前被執行，回傳要實體化的類資訊串列，我們知道，如果獲取到類資訊，spring自然可以通過類加載器將類加載到jvm中，現在我們已經通過spring-boot的starter依賴方式依賴了我們需要的組件，那么這些組建的類資訊在select方法中也是可以被獲取到的，不要急我們繼續向下分析，

該方法中的getCandidateConfigurations方法，通過方法注釋了解到，其回傳一個自動配置類的類名串列，方法呼叫了loadFactoryNames方法，查看該方法

在上面的代碼可以看到自動配置器會根據傳入的factoryClass.getName()到專案系統路徑下所有的spring.factories檔案中找到相應的key，從而加載里面的類，我們就選取這個mybatis-spring-boot-autoconfigure下的spring.factories檔案

進入org.mybatis.spring.boot.autoconfigure.MybatisAutoConfiguration中，主要看一下類頭：

發現Spring的@Configuration，儼然是一個通過注解標注的springBean，繼續向下看：

• @ConditionalOnClass({ SqlSessionFactory.class,
  SqlSessionFactoryBean.class})：當存在SqlSessionFactory.class,
  SqlSessionFactoryBean.class這兩個類時才決議MybatisAutoConfiguration配置類，否則不決議這一個配置類，make sence，我們需要mybatis為我們回傳會話物件，就必須有會話工廠相關類，
• @CondtionalOnBean(DataSource.class)：只有處理已經被宣告為bean的dataSource，
• @ConditionalOnMissingBean(MapperFactoryBean.class)這個注解的意思是如果容器中不存在name指定的bean則創建bean注入，否則不執行（該類原始碼較長，篇幅限制不全粘貼）

以上配置可以保證sqlSessionFactory、sqlSessionTemplate、dataSource等mybatis所需的組件均可被自動配置，@Configuration注解已經提供了Spring的背景關系環境，所以以上組件的配置方式與Spring啟動時通過mybatis.xml檔案進行配置起到一個效果，

通過分析我們可以發現，只要一個基于SpringBoot專案的類路徑下存在SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class，并且容器中已經注冊了dataSourceBean，就可以觸發自動化配置，意思說我們只要在maven的專案中加入了mybatis所需要的若干依賴，就可以觸發自動配置，但引入mybatis原生依賴的話，每集成一個功能都要去修改其自動化配置類，那就得不到開箱即用的效果了，

所以Spring-boot為我們提供了統一的starter可以直接配置好相關的類，觸發自動配置所需的依賴(mybatis)如下：

這里是截取的mybatis-spring-boot-starter的原始碼中pom.xml檔案中所有依賴：

因為maven依賴的傳遞性，我們只要依賴starter就可以依賴到所有需要自動配置的類，實作開箱即用的功能，也體現出Springboot簡化了Spring框架帶來的大量XML配置以及復雜的依賴管理，讓開發人員可以更加關注業務邏輯的開發，

覺得寫的還可以的可以點個贊，要是有不足的地方也歡迎各位大佬指教，

作業不易，技術也就那樣，天天CRUD薪水不高，哎！生活好難啊！特別是今年更加艱辛，所以如果有需要找作業的小伙伴或者需要學習的小伙伴，我這整理有Java學習資料和今年的Java面試題，可以免費提供給大家，需要的可以點擊進入，暗號：cszq，也可以關注+私信我，希望能幫助到大家！

最后祝大家都能作業順利哦！