spring boot 2启动过程整理

Spring Boot 2 特性

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摘自官网

• Create stand-alone Spring applications
• Embed Tomcat, Jetty or Undertow directly (no need to deploy WAR files)
• Provide opinionated 'starter' dependencies to simplify your build configuration
• Automatically configure Spring and 3rd party libraries whenever possible
• Provide production-ready features such as metrics, health checks and externalized configuration
• Absolutely no code generation and no requirement for XML configuration

前言

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目前 spring boot 已被广泛使用，关于 spring boot 的文章更是随处可见。因此，我们就串联琐碎的知识点，简单整理出一条线。使用spring boot 已经有一段时间了，但是有些知识点还是比较模糊。它启动过程都干了什么？如何实现自动配置的？启动 web 应用的时候什么时候启动 tomcat 服务的？发起一个 http 请求会经历什么过程？

启动过程

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spring boot 启动过程的源码分析网上有很多，而且比较详细，就不再详细赘述了。有兴趣的同学自行翻阅资料哈~

在 spring boot 启动的时候，会根据工程的环境（主要是根据特定的类名称）确定一个 ConfigurableApplicationContext 的上下文对象，我们就以 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext 做例子。

// 创建ConfigurableApplicationContext，如果是servlet环境会创建AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext
context = createApplicationContext();
// 从spring.factories中获取SpringBootExceptionReporter工厂，并初始化spring boot的异常分析对象
exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class,
    new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);
prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
// 刷新appContext,这里开始启动spring管理bean
refreshContext(context);
// afterRefresh方法是protected的空实现，我们可以用这个钩子做一些事情
afterRefresh(context, applicationArguments);

重点关注 refreshContext 方法，这个方法强制转换对象为 AbstractApplicationContext 后执行他的 refresh 方法

protected void refresh(ApplicationContext applicationContext) {
    Assert.isInstanceOf(AbstractApplicationContext.class, applicationContext);
    ((AbstractApplicationContext) applicationContext).refresh();
}

经常看 spring 源码的同学，看到这一步应该就比较熟悉了，和我们传统的 SSM 框架一样的启动流程。

启动过程中功能简述

• 通过 SpringFactoriesLoader 提供通用的工厂加载机制，具体是解析工程下所有jar包中的 META-INF/spring.factories 文件，并提供反序列化 bean 功能
• 提供 Properties 和 Yaml 配置文件的解析，以及数据绑定
• 推断上下文环境是 SERVLET、REACTIVE、NON， 以创建相应的 ConfigurableApplicationContext 来管理 Bean 的生命周期
• 支持可扩展 SPI 接口，包括 PropertySourceLoader、SpringApplicationRunListener、SpringBootExceptionReporter、ApplicationContextInitializer、ApplicationListener、EnvironmentPostProcessor、FailureAnalyzer、FailureAnalysisReporter 等

了解了 SpringFactoriesLoader 实现类似 java spi 的功能，我们就可以自定义实现 SPI 的接口。实现方式：

1. 以 java config 形式配置托管，例如：@Component
2. 在执行 run 返回的 ConfigurableApplicationContext 中添加（部分接口可以）
3. 工程中新建 META-INF/spring.factories 文件，以 接口=实现 的形式存放

实现自动配置

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我们的 spring boot 的启动类通常会使用 @SpringBootApplication ，该注解包含了@SpringBootConfiguration @EnableAutoConfiguration @ComponentScan，而 @EnableAutoConfiguration 是实现自动配置的关键

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

在前面我们提到 spring boot 启动会执行到AbstractApplicationContext.refresh()，之后调用ConfigurationClassPostProcessor.processConfigBeanDefinitions扫描所有的 @Import ，并执行 AutoConfigurationImportSelector 的 selectImports，该方法调用 SpringFactoriesLoader 读取spring.factories获取 EnableAutoConfiguration 对应的实现类。

方法执行栈
refresh --> invokeBeanFactoryPostProcessors --> ConfigurationClassPostProcessor.postProcessBeanDefinitionRegistry --> AutoConfigurationImportSelector.selectImports

最后会在 AbstractApplicationContext.finishBeanFactoryInitialization 初始化非懒加载的对象，完成自动化配置。

Web 服务的启动

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首先我们来看下 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext 类关系图，由于图比较大就不放出来了。
AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext --> ServletWebServerApplicationContext --> GenericWebApplicationContext --> GenericApplicationContext --> AbstractApplicationContext
所以在执行 AbstractApplicationContext.refresh 中调用 onRefresh 时，会调用 ServletWebServerApplicationContext.onRefresh
再调用 createWebServer

// ServletWebServerApplicationContext.createWebServer
private void createWebServer() {
    WebServer webServer = this.webServer;
    ServletContext servletContext = getServletContext();
    //如果配有配置WebServer,则从BeanFactory中获取一个ServletWebServerFactory的实例
    if (webServer == null && servletContext == null) {
        ServletWebServerFactory factory = getWebServerFactory();
        this.webServer = factory.getWebServer(getSelfInitializer());
    }
    else if (servletContext != null) {
        try {
            // 调用selfInitialize，配置servletContext，注册servletContext到spring context中，并调用ServletContextInitializer的onStartup钩子方法
            getSelfInitializer().onStartup(servletContext);
        }
        catch (ServletException ex) {
            throw new ApplicationContextException("Cannot initialize servlet context", ex);
        }
    }
    // 初始化servletContext配置
    initPropertySources();
}

总结

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最后，我们通过一图简单解答前言中提到的问题。

当 spring boot 启动完成后，正常情况下一次 http 请求大致会经历这样一个过程。用户输入访问地址 --> 浏览器客户端发起请求 --> web 服务（tomcat、jetty）转发请求 --> 请求处理（servlet规范、reactive规范、其他自定义的） --> 响应结果

注：第一次发博客，难免有所不足，甚至出现错误的地方，欢迎大家指正，谢谢。