SpringBoot的启动流程

前言

之前用SpringBoot的时候就很好奇，SpringBoot究竟是如何启动的呢？今天花了点时间稍微研究了一下，认真看下到底是如何实现的。

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

可以看到就是这个类的main方法启动了整个框架，主题就是一个SpringApplication类的一个静态的run方法，把当前类作为类对象进行了传入，并且还把参数也顺手传递了进去。就这么简单。所以重要的其实就是SpringApplication这个类。

除了这个类之外，还不要忽略了@SpringBootApplication这个注解，正是注解+代码结合在一起才让spring真正的启动了起来。

@SpringBootApplication

其实这个注解本质上就是@Configuration + @EnableAutoConfiguration + @ComponentScan，也就是我们理解了这三个注解基本就理解了启动过程的一半了。

@Configuration

这个注解其实就相当于声明这个类是一个配置类，相当于之前的spring的xml配置文件——即IoC容器的配置类。如果你理解spring的配置文件，这个也不难理解。

@EnableAutoConfiguration

简单来说，底层其实靠的就是@Import支持，而Import的本质就是引入配置文件。所以就是把所有符合自动配置的bean给加载到IoC容器中。

具体来说，其实就是把一个AutoConfigurationImportSelector放到了容器中，它的职能就是扫描所有的带有@Configuration的类，并且把它们加入到容器中。

@ComponentScan

在spring中，其实就是自动扫描并且把相对应的bean加入到容器中。

@Conditional

虽然这个注解并不算在启动三大将的注解中，但是通过它和它的兄弟们，我们可以按需加载一些配置，所以姑且拿出来讲一讲吧。

SpringApplication

首先站在全局的角度来高度浓缩一下启动流程：

收集好各种条件和回调的接口
创建并且准备好Environment
创建并且初始化ApplicationContext，加载配置等
refresh一下，ApplicationContext启动完成，结束！

然后再根据实际的代码来跟踪一下，发现其实调用的是静态方法是这样子的：

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public static ConfigurableApplicationContext run(Object[] sources, String[] args) {
    return (new SpringApplication(sources)).run(args);
}

首先使用了该类自己的构造方法创建了一个对象，并且调用了对象的另外一个run方法，所以如果硬要说的话，必须先构造出SpringApplication，然后在调用它的run方法。

构造方法

public SpringApplication(Object... sources) {
    this.bannerMode = Mode.CONSOLE;
    this.logStartupInfo = true;
    this.addCommandLineProperties = true;
    this.headless = true;
    this.registerShutdownHook = true;
    this.additionalProfiles = new HashSet();
    this.initialize(sources);
}

刨去一些初始化的东西，真正重要的其实是最后一句this.initialize(sources);，然后继续跟踪：

private void initialize(Object[] sources) {
    if (sources != null && sources.length > 0) {
        this.sources.addAll(Arrays.asList(sources));
    }
  
    // 判断是否是web应用
    this.webEnvironment = this.deduceWebEnvironment();
    // 设置好Initializer
    this.setInitializers(this.getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
    // 设置好监听器
    this.setListeners(this.getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
    // 找出主类，就是MainApplication.class
    this.mainApplicationClass = this.deduceMainApplicationClass();
}

首先把重心放在if判断里面。可以看见是给类的成员变量source（一个hashset）增加了一个成员，即MainApplication.class。

然后判断一下当前是否是web环境，通过一个deduceWebEnvironment的方法来判断。这个方法判断逻辑也很简单，就是判断类加载器里面是否有特定的类。这个就不展开细讲了。

接下来就是设置好初始化器，并且做一些初始化的工作。

然后是一些应用程序事件监听器。

ApplicationContextInitializer

从这个名字里也不难得出结论，去spring.factories文件中读取指定的类，并且将它们进行实例初始化，并且设置成监听器，我跟踪了一下，有下面这些会被加载进来：

一共有六个，但是打开文件可以看到：

最后那两个怎么来的呢？

ApplicationListener

和上面的一样的，通过一样的方法，找到listener，并且进行实例初始化。

一共有10个，然后去spring.factories去看看：

和上面的一样，文件里只有9个，但是被实例化的却有10个。对比这两个我们不难发现，其实有一个autoconfigure包下面的也加了进来。这里我们先暂时不深究为什么会多出来。

这里要多说明一下，ApplicationListener就是用来监听ApplicationEvent的。

构造完成之后，执行之前

现在我们已经了解了，在构造函数中使用了initialize，而在这个方法中最主要的就是两件事：实例化一堆Initializer和一堆Listener。

Initializer比较好理解，就是完成初始化工作的。而Listener中有一个比较重要的，我特地把它的源代码拿出来：

public interface SpringApplicationRunListener {
  
    // run方法执行就立马执行
    void starting();

    // 环境信息准备好之后创建，应该是在容器创建之前
    void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment var1);

    // 容器创建完
    void contextPrepared(ConfigurableApplicationContext var1);

    void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext var1);
    
    // run方法结束之前会被调用
    void finished(ConfigurableApplicationContext var1, Throwable var2);
}

其实看到这个接口的名字也知道了，就是用来监听SpringApplication的Run方法的。我目前只看到有一个EventPublishingRunListener的实现类。这个实现类用来在SpringBoot启动的不同阶段发布不同的事件，如果有哪个ApplicationListener对这些事件感兴趣，则可以接受并且处理。

更加具体的来说，它的实现类，会构造出一个一个的ApplicationEvent，并且把这个事件给广播出去。而我们之前说那些ApplicationListener就会有相应。

OK，到了这一步，算是真真正正的把这个SpringApplication给构造出来了。

执行run方法

这一部分的逻辑见下：

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    ConfigurableApplicationContext context = null;
    Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList();
    this.configureHeadlessProperty();
    SpringApplicationRunListeners listeners = this.getRunListeners(args);
    listeners.starting();

    Collection exceptionReporters;
    try {
        ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
        ConfigurableEnvironment environment = this.prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
        this.configureIgnoreBeanInfo(environment);
        Banner printedBanner = this.printBanner(environment);
        context = this.createApplicationContext();
        exceptionReporters = this.getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class, new Class[]{ConfigurableApplicationContext.class}, context);
        this.prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
        this.refreshContext(context);
        this.afterRefresh(context, applicationArguments);
        stopWatch.stop();
        if (this.logStartupInfo) {
            (new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)).logStarted(this.getApplicationLog(), stopWatch);
        }

        listeners.started(context);
        this.callRunners(context, applicationArguments);
    } catch (Throwable var10) {
        this.handleRunFailure(context, var10, exceptionReporters, listeners);
        throw new IllegalStateException(var10);
    }

    try {
        listeners.running(context);
        return context;
    } catch (Throwable var9) {
        this.handleRunFailure(context, var9, exceptionReporters, (SpringApplicationRunListeners)null);
        throw new IllegalStateException(var9);
    }
}

总得来说，确实比较长噢，那么稍微来整理一下。

new了一个stopWatch，并且启动了它。这个东西就是一个计时器，通过获取系统时间来实现的。
第7行，获取了SpringApplicationRunListeners（注意这个s），然后启动了它。实现的逻辑就是对于内部所有的SpringApplicationRunListener都调用其starting方法（当然现在来说只有一个）
第12行，构造了应用的参数，并且封装了一下。
第13行，准备好Springboot所需环境
第16行，在这一步，终于把ApplicationContext给构造了出来。
第19行执行了refresh操作。
第21行，停止了计时器。
第35行，返回了IoC容器。

最最重要的逻辑应该就是创建IoC容器的部分了吧，也就是createApplicationContext方法的实现：

protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
    Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;
    if (contextClass == null) {
        try {
            switch (this.webApplicationType) {
            case SERVLET:
                contextClass = Class.forName(DEFAULT_SERVLET_WEB_CONTEXT_CLASS);
                break;
            case REACTIVE:
                contextClass = Class.forName(DEFAULT_REACTIVE_WEB_CONTEXT_CLASS);
                break;
            default:
                contextClass = Class.forName(DEFAULT_CONTEXT_CLASS);
            }
        }
        catch (ClassNotFoundException ex) {
            throw new IllegalStateException(
                    "Unable create a default ApplicationContext, please specify an ApplicationContextClass", ex);
        }
    }
    return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);
}

可以看到很明显通过策略模式来选择创建了三种ApplicationContext，我们一般都会进入到SERVLET这个选项中，然后会为我们创建AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext。

创建完成之后，马上执行了refresh操作，这个也是很值得回味的过程。

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
        // Prepare this context for refreshing.
        prepareRefresh();

        // Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

        // Prepare the bean factory for use in this context.
        prepareBeanFactory(beanFactory);

        try {
            // Allows post-processing of the bean factory in context subclasses.
            postProcessBeanFactory(beanFactory);

            // Invoke factory processors registered as beans in the context.
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

            // Register bean processors that intercept bean creation.
            registerBeanPostProcessors(beanFactory);

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

            // Initialize event multicaster for this context.
            initApplicationEventMulticaster();

            // Initialize other special beans in specific context subclasses.
            onRefresh();

            // Check for listener beans and register them.
            registerListeners();

            // Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
            finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

            // Last step: publish corresponding event.
            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();
        }
    }
}

这块的内容比较多，所以只是简单概括一下：首先可以看到是通过synchronized来进行同步的，然后就是BeanFactory的设置，BeanFactoryPostProcessor接口的执行、BeanPostProcessor接口的执行等等等。

然后是具体的逻辑部分。

####prepareRefresh

显然是在真正做refresh之前需要完成的事。

// 记录下时间，并且修改状态为启动状态
this.startupDate = System.currentTimeMillis();
this.closed.set(false);
this.active.set(true);

// 空方法，交给子类实现。初始化占位符信息（我的理解是把{jdbc.password}给替换成真实的值）
initPropertySources();

// 验证其它必须存在的信息
getEnvironment().validateRequiredProperties();

prepareBeanFactory

这个方法主要做了这些事情：

告知内部的bean factory使用classloader，设置bean表达式的解析器，设置PropertyEditor（用来把2018/08/08转成date的东西）
为bean factory增加了一个ApplicationContextAwareProcessor，同时忽略了5个已经被自动注入的Aware接口。
实现一些资源加载、国际化等bean。
又加了一个ApplicationListenerDetector作为BeanPostProcessor，这个估计是新加的。
注册一些别的bean到容器中。

postProcessBeanFactory

这里根据不同的容器会进行不同的操作。

invokeBeanFactoryPostProcessors

以下暂时省略。

总结

SpringBoot的启动流程其实只要抓住两个流程，分别是SpringApplication对象的建立和run方法的执行。

在对象建立的时候：

判断是否是web环境
从spring.fatories中找到所有的Initializer，并且设置到一个List中（仅仅如此）
从spring.fatories中找到所有的listener，并且设置到另外一个List中（仅此而已）

在run方法执行的时候：

构造一个stopWatch用来记录时间。
找到SpringApplicationRunListener并且封装进SpringApplicationRunListeners
初始化容器并且完成容器的一些工作。