springboot启动原理

参考：https://www.jianshu.com/p/83693d3d0a65

一、回顾spring重点知识

1、IOC

spring IOC相关类

上面的图展示是spring IOC相关的类：

• BeanDefinition:容器中每一个bean都有一个相对应的BeanDefinition实例，该实例负责保存bean对象的所有必要信息，包括bean对象的class类型、是否是抽象类、构造方法和参数、其它属性等等。当客户端向容器请求相应对象时，容器就会通过这些信息为客户端返回一个完整可用的bean实例。
• BeanDefinitionRegistry:抽象出bean的注册逻辑，bean对象对应的
  BeanDefinition实例会在BeanDefinitionRegistry中进行注册。
• BeanFactory：抽象出了bean的管理逻辑，而各个BeanFactory的实现类就具体承担了bean的注册以及管理工作

DefaultListableBeanFactory作为一个比较通用的BeanFactory实现，它同时也实现了BeanDefinitionRegistry接口，因此它就承担了Bean的注册管理工作。从图中也可以看出，BeanFactory接口中主要包含getBean、containBean、getType、getAliases等管理bean的方法，而BeanDefinitionRegistry接口则包含registerBeanDefinition、removeBeanDefinition、getBeanDefinition等注册管理BeanDefinition的方法

// 默认容器实现
DefaultListableBeanFactory beanRegistry = new DefaultListableBeanFactory();
// 根据业务对象构造相应的BeanDefinition
AbstractBeanDefinition definition = new RootBeanDefinition(Business.class,true);
// 将bean定义注册到容器中
beanRegistry.registerBeanDefinition("beanName",definition);
// 如果有多个bean，还可以指定各个bean之间的依赖关系
// ........

// 然后可以从容器中获取这个bean的实例
// 注意：这里的beanRegistry其实实现了BeanFactory接口，所以可以强转，
// 单纯的BeanDefinitionRegistry是无法强制转换到BeanFactory类型的
BeanFactory container = (BeanFactory)beanRegistry;
Business business = (Business)container.getBean("beanName");

（1）IOC之容器启动阶段
这个阶段主要会进行：加载配置文件并解析，然后将解析后的数据封装为BeanDefinition实例，最后把这些保存了bean定义的BeanDefinition，注册到相应的BeanDefinitionRegistry，这样容器的启动工作就完成了。当然这个过程还包含了其他很多操作。
（2）IOC之容器实例化阶段
当某个请求通过容器的getBean方法请求某个对象，或者因为依赖关系容器需要隐式的调用getBean时，就会触发第二阶段的活动：容器会首先检查所请求的对象之前是否已经实例化完成。如果没有，则会根据注册的BeanDefinition所提供的信息实例化被请求对象，并为其注入依赖。当该对象装配完毕后，容器会立即将其返回给请求方法使用。

而在实际场景下，我们更多的使用另外一种类型的容器：ApplicationContext，它构建在BeanFactory之上，属于更高级的容器，除了具有BeanFactory的所有能力之外，还提供对事件监听机制以及国际化的支持等。它管理的bean，在容器启动时全部完成初始化和依赖注入操作。

2spring的扩展机制

Bean的生命周期

• IoC容器负责管理容器中所有bean的生命周期，而在bean生命周期的不同阶段，Spring提供了不同的扩展点来改变bean的命运

（1）BeanFactoryPostProcessor（容器启动阶段）

• BeanFactory的前置处理器，允许我们在容器实例化相应对象之前，对注册到容器的BeanDefinition所保存的信息做一些额外的操作，比如修改bean定义的某些属性或者增加其他信息等。

@FunctionalInterface
public interface BeanFactoryPostProcessor {
//所有bean已经加载但是没有实例化之前
    void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException;

}

（2）BeanPostProcessor（bean对象实例化阶段）

• 会处理容器内所有符合条件并且已经实例化后的对象

public interface BeanPostProcessor {
    // 前置处理
    Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;
    // 后置处理
    Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException;
}

（3）Aware接口

• 其作用就是在对象实例化完成以后将Aware接口定义中规定的依赖注入到当前实例中。比如最常见的ApplicationContextAware接口，实现了这个接口的类都可以获取到一个ApplicationContext对象。当容器中每个对象的实例化过程走到BeanPostProcessor前置处理这一步时，容器会检测到之前注册到容器的ApplicationContextAwareProcessor，然后就会调用其postProcessBeforeInitialization()方法，检查并设置Aware相关依赖

3.spring事件监听机制

• 案例：https://www.jianshu.com/p/79dd91b348c7
• 在服务器端，事件的监听机制更多的用于异步通知以及监控和异常处理。Java提供了实现事件监听机制的两个基础类：自定义事件类型扩展自java.util.EventObject、事件的监听器扩展自java.util.EventListener。
• Spring的ApplicationContext容器内部中的所有事件类型均继承自org.springframework.context.AppliationEvent，容器中的所有监听器都实现org.springframework.context.ApplicationListener接口，并且以bean的形式注册在容器中。一旦在容器内发布ApplicationEvent及其子类型的事件，注册到容器的ApplicationListener就会对这些事件进行处理。
  （1）ApplicationEvent继承自EventObject，Spring提供了一些默认的实现，比如：ContextClosedEvent表示容器在即将关闭时发布的事件类型，ContextRefreshedEvent表示容器在初始化或者刷新的时候发布的事件类型
  （2）容器内部使用ApplicationListener作为事件监听器接口定义，它继承自EventListener。ApplicationContext容器在启动时，会自动识别并加载EventListener类型的bean，一旦容器内有事件发布，将通知这些注册到容器的EventListener。
  （3）ApplicationContext接口继承了ApplicationEventPublisher接口，该接口提供了void publishEvent(ApplicationEvent event)方法定义，不难看出，ApplicationContext容器担当的就是事件发布者的角色ApplicationContext将事件的发布以及监听器的管理工作委托给ApplicationEventMulticaster接口的实现类。在容器启动时，会检查容器内是否存在名为applicationEventMulticaster的ApplicationEventMulticaster对象实例。如果有就使用其提供的实现，没有就默认初始化一个SimpleApplicationEventMulticaster作为实现。

二、springboot启动原理

• SpringBoot整个启动流程分为两个步骤：初始化一个SpringApplication对象、执行该对象的run方法。

1、SpringApplication初始化

public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class... primarySources) {
        this.resourceLoader = resourceLoader;
        Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
        this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
//判断是否是web项目
        this.webApplicationType = deduceWebApplicationType();
        setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(
                ApplicationContextInitializer.class));
        setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
        this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
    }

可以知道初始化流程中最重要的就是通过SpringFactoriesLoader找到spring.factories文件中配置的ApplicationContextInitializer和ApplicationListener两个接口的实现类名称，以便后期构造相应的实例

• ApplicationContextInitializer的主要目的是在ConfigurableApplicationContext做refresh之前，对ConfigurableApplicationContext实例做进一步的设置或处理。
• ApplicationListener的目的就没什么好说的了，它是Spring框架对Java事件监听机制的一种框架实现。Spring Boot提供两种方式来添加自定义监听器通过SpringApplication.addListeners(ApplicationListener... listeners)或者SpringApplication.setListeners(Collection> listeners)两个方法来添加一个或者多个自定义监听器。然后还需要在我们直接在自己的jar包的META-INF/spring.factories文件中新增配置即可：

org.springframework.context.ApplicationListener=\
cn.moondev.listeners.xxxxListener\（自定义监听器）

2、Spring Boot启动流程

• Spring Boot应用的整个启动流程都封装在SpringApplication.run方法中，本质上其实就是在spring的基础之上做了封装，做了大量的扩张。

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
        StopWatch stopWatch = new StopWatch();
        stopWatch.start();
        ConfigurableApplicationContext context = null;
        Collection exceptionReporters = new ArrayList<>();
        configureHeadlessProperty();
//1.通过SpringFactoriesLoader查找并加载所有的SpringApplicationRunListeners，通过调用
//starting()方法通知所有的SpringApplicationRunListeners：应用开始启动了
        SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
        listeners.starting();
        try {
//2.创建并配置当前应用将要使用的Environment
            ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(
                    args);
            ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,
                    applicationArguments);
            configureIgnoreBeanInfo(environment);
//3.打印banner
            Banner printedBanner = printBanner(environment);
//4.根据是否是web项目，来创建不同的ApplicationContext容器
            context = createApplicationContext();
//5.创建一系列FailureAnalyzer
            exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(
                    SpringBootExceptionReporter.class,
                    new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);
//6.初始化ApplicationContext
            prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,
                    printedBanner);
//7.调用ApplicationContext的refresh()方法,刷新容器
            refreshContext(context);
//8.查找当前context中是否注册有CommandLineRunner和ApplicationRunner，如果有则遍历执行它们。
            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, listeners, exceptionReporters, ex);
            throw new IllegalStateException(ex);
        }
        listeners.running(context);
        return context;
    }

1.通过SpringFactoriesLoader查找并加载所有的SpringApplicationRunListeners，通过调用starting()方法通知所有的SpringApplicationRunListeners：应用开始启动了。（SpringApplicationRunListeners其本质上就是一个事件发布者，它在SpringBoot应用启动的不同时间点发布不同应用事件类型(ApplicationEvent)，如果有哪些事件监听者(ApplicationListener)对这些事件感兴趣，则可以接收并且处理）
看下SpringApplicationRunListeners源码：

public interface SpringApplicationRunListener {

    // 运行run方法时立即调用此方法，可以用户非常早期的初始化工作
    void starting();
    
    // Environment准备好后，并且ApplicationContext创建之前调用
    void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment);

    // ApplicationContext创建好后立即调用
    void contextPrepared(ConfigurableApplicationContext context);

    // ApplicationContext加载完成，在refresh之前调用
    void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext context);

    // 当run方法结束之前调用
    void finished(ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception);

}

SpringApplicationRunListener只有一个实现类：EventPublishingRunListener。①处的代码只会获取到一个EventPublishingRunListener的实例，我们来看看starting()方法的内容：

public void starting() {
    // 发布一个ApplicationStartedEvent
    this.initialMulticaster.multicastEvent(new ApplicationStartedEvent(this.application, this.args));
}

2.创建并配置当前应用将要使用的Environment，Environment用于描述应用程序当前的运行环境，其抽象了两个方面的内容：配置文件(profile)和属性(properties)，不同的环境(eg：生产环境、预发布环境)可以使用不同的配置文件，而属性则可以从配置文件、环境变量、命令行参数等来源获取。因此，当Environment准备好后，在整个应用的任何时候，都可以从Environment中获取资源。

• 判断Environment是否存在，不存在就创建（如果是web项目就创建StandardServletEnvironment，否则创建StandardEnvironment）
• 配置Environment：配置profile以及properties
• 调用SpringApplicationRunListener的environmentPrepared()方法，通知事件监听者：应用的Environment已经准备好

3.打印banner（可以自定义）
4.根据是否是web项目，来创建不同的ApplicationContext容器
5.创建一系列FailureAnalyzer，创建流程依然是通过SpringFactoriesLoader获取到所有实现FailureAnalyzer接口的class，然后在创建对应的实例。FailureAnalyzer用于分析故障并提供相关诊断信息。
6.初始化ApplicationContext

• 将准备好的Environment设置给ApplicationContext
• 遍历调用所有的ApplicationContextInitializer的initialize()方法来对已经创建好的ApplicationContext进行进一步的处理
• 调用SpringApplicationRunListener的contextPrepared()方法，通知所有的监听者：ApplicationContext已经准备完毕
• 将所有的bean加载到容器中
• 调用SpringApplicationRunListener的contextLoaded()方法，通知所有的监听者：ApplicationContext已经装载完毕

7.调用ApplicationContext的refresh()方法,刷新容器

• 这里的刷新和spring中刷新原理类似，这里重点关注invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);方法，主要完成获取到所有的BeanFactoryPostProcessor来对容器做一些额外的操作，通过源可以进入到PostProcessorRegistrationDelegate类
  的invokeBeanFactoryPostProcessors()方法，会获取类型为BeanDefinitionRegistryPostProcessor的beanorg.springframework.context.annotation.internalConfigurationAnnotationProcessor，对应的Class为ConfigurationClassPostProcessor。ConfigurationClassPostProcessor用于解析处理各种注解，包括：@Configuration、@ComponentScan、@Import、@PropertySource、@ImportResource、@Bean。当处理@import注解的时候，就会调用<自动配置>这一小节中的EnableAutoConfigurationImportSelector.selectImports()来完成自动配置功能

8.查找当前context中是否注册有CommandLineRunner和ApplicationRunner，如果有则遍历执行它们。