【Spring Boot 源码研究 】- 请求处理流程机制分析
1. 背景
之前我们对Spring Boot做了研究讲解，我们知道怎么去集成配置， 知道它如何启动， 如何实现自动化配置，那么它如何接收并处理外部请求， 具体原理是怎样， 又要流转哪些关键环节？ filter，interceptor， view是在哪调用， 处理顺序是怎样？Spring Boot 和Spring MVC以及内置容器又是怎样的作用关系？ 这里我们作具体剖析研究。
2. Spring Boot 的请求处理流程设计
整理处理流程：
从流程图可以看到， 从内嵌的服务器接收请求到Spring Web包的处理， 再调用Spring MVC框架， 最后再到自定义的Controller。经过层层处理， 我们接下来再研究具体的处理机制。
UML关系图：
从UML图中可以看到， 层级较为复杂， 主要关注两个层面：
一是继承GenericWebApplicationContext类，具备上下文BEAN的管理能力；
另外是实现ConfigurableWebServerApplicationContext接口, 具备上下文配置能力。
3. Servlet服务模式请求流程分析
3.1 ServletWebServerApplicationContext 分析
Spring Boot启动时，会判断应用服务类型， 有两种， 一种是Servlet服务， 另一种是Reactive响应式服务。ServletWebServerApplicationContext就是Servlet服务核心实现类。
它实现 ConfigurableWebServerApplicationContext 接口，继承 GenericWebApplicationContext 类：
public interface ConfigurableWebServerApplicationContext
extends ConfigurableApplicationContext, WebServerApplicationContext {
/**
* 设置服务的命名空间
*/
void setServerNamespace(String serverNamespace);
}
继承ConfigurableApplicationContext, WebServerApplicationContext两个接口， 并定义setServerNamespace接口， 设置服务的命名空间。
看下WebServerApplicationContext源码：
public interface WebServerApplicationContext extends ApplicationContext {
/**
* 获取WebServer管理对象
*/
WebServer getWebServer();
/**
* 获取服务的命名空间
*/
String getServerNamespace();
}
webServer是一个服务管理接口， 包含服务的启动与停止管理功能。
ServletWebServerApplicationContext 的构造方法：
/**
* 默认构造方法
*/
public ServletWebServerApplicationContext() {
}
/**
* 指定beanFactory的构造方法
*/
public ServletWebServerApplicationContext(DefaultListableBeanFactory beanFactory) {
super(beanFactory);
}
支持传递指定beanFactory进行对象初始化。
ServletWebServerApplicationContext 的refresh方法：
@Override
public final void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
try {
// 由父类方法初始化Spring上下文
super.refresh();
}
catch (RuntimeException ex) {
// 如果异常， 停止WebServer启动并释放资源
stopAndReleaseWebServer();
throw ex;
}
}
refresh（）方法， 可以参考【Spring Boot启动流程】第一章的3.2.4章节第12点说明， 里面做了具体说明， 就不再赘述。
ServletWebServerApplicationContext 的createWebServer方法：
private void createWebServer() {
WebServer webServer = this.webServer;
// 获取ServletContext上下文
ServletContext servletContext = getServletContext();
if (webServer == null && servletContext == null) {
// 如果为空， 则进行初始化创建
ServletWebServerFactory factory = getWebServerFactory();
this.webServer = factory.getWebServer(getSelfInitializer());
}
else if (servletContext != null) {
try {
// 如果不为空，则直接启动
getSelfInitializer().onStartup(servletContext);
}
catch (ServletException ex) {
throw new ApplicationContextException("Cannot initialize servlet context", ex);
}
}
// 初始化属性资源配置信息
initPropertySources();
}
ServletWebServerApplicationContext 的selfInitialize方法：
private void selfInitialize(ServletContext servletContext) throws ServletException {
// 将ServeltContext设置为WebApplicationContext相关属性
prepareWebApplicationContext(servletContext);
// 注册ApplicationScope作用域
registerApplicationScope(servletContext);
// 注册环境变量中的bean信息， 在BeanFactory中也可以获得servletContext上下文信息
WebApplicationContextUtils.registerEnvironmentBeans(getBeanFactory(), servletContext);
for (ServletContextInitializer beans : getServletContextInitializerBeans()) {
// 设置Bean在ServletContext加载完毕后进行初始化
beans.onStartup(servletContext);
}
}
ServletWebServerApplicationContext 的finishRefresh方法：
@Override
protected void finishRefresh()
// 完成刷新逻辑处理， 比如清除缓存， 发布刷新事件等
super.finishRefresh();
// 启动WebServer
WebServer webServer = startWebServer();
if (webServer != null)
// 发布WebServer初始化完成事件
publishEvent(new ServletWebServerInitializedEvent(webServer, this));
}
}
以上是整个Servlet模式服务的启动流程， ServletWebServerApplicationContext作为核心处理类，介绍了主要方法的处理逻辑 。
3.2 Servlet服务模式之请求流程具体分析
- Spring Boot 是基于MVC做的封装，先看下Spring MVC的处理流程：
-
Spring Boot 默认是采用Tomcat作为容器， WebServer的实现类为TomcatWebServer， start启动方法：
@Override public void start() throws WebServerException { // 增加同步锁 synchronized (this.monitor) { if (this.started) { // 如果启动， 则直接返回 return; } try { //处理tomcat的Connectors连接配置信息， 就是tomcat得xml配置得Connector信息 addPreviouslyRemovedConnectors(); Connector connector = this.tomcat.getConnector(); if (connector != null && this.autoStart) { // 如果存在Connector， 且为自动启动， 设置Tomcat的内置上下文延迟处理（服务成功启动后执行） performDeferredLoadOnStartup(); } // 检查配置的Connectors是否已经启动， 避免冲突 checkThatConnectorsHaveStarted(); this.started = true; logger.info("Tomcat started on port(s): " + getPortsDescription(true) + " with context path '" + getContextPath() + "'"); } catch (ConnectorStartFailedException ex) { // 出现异常， 静默停止 stopSilently(); throw ex; } catch (Exception ex) { if (findBindException(ex) != null) { throw new PortInUseException(this.tomcat.getConnector().getPort()); } throw new WebServerException("Unable to start embedded Tomcat server", ex); } finally { // 获取TOMCAT内置上下文 Context context = findContext(); // 解除与classloader类加载器的绑定关系 ContextBindings.unbindClassLoader(context, context.getNamingToken(), getClass().getClassLoader()); } } } -
Web接口调用栈关系：
我们编写一个测试的Web接口， 看下其调用栈结构：
调用栈关系可以看到， 从tomcat的httpServlet接收到请求， 交给Spring MVC的DispatchServlet处理， 再分到我们自定义的WEB接口， 我们经常定义的过滤器Filter， 在进入httpServlet之前已经被处理。
-
DispatcherServlet的doService方法
我们查看下核心的， 请求分发处理流程：
@Override protected void doService(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception // LOG日志记录请求信息 logRequest(request); // 记录Request级别作用域的请求变量信息， 必须要开启INCLUDE_REQUEST_URI_ATTRIBUTE属性 Map<String, Object> attributesSnapshot = null; if (WebUtils.isIncludeRequest(request)) { attributesSnapshot = new HashMap<>(); Enumeration<?> attrNames = request.getAttributeNames(); while (attrNames.hasMoreElements()) { String attrName = (String) attrNames.nextElement(); if (this.cleanupAfterInclude || attrName.startsWith(DEFAULT_STRATEGIES_PREFIX)) { attributesSnapshot.put(attrName, request.getAttribute(attrName)); } } } // 设置context上下文信息 request.setAttribute(WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, getWebApplicationContext()); // 设置locale区域信息 request.setAttribute(LOCALE_RESOLVER_ATTRIBUTE, this.localeResolver); // 设置theme解析器 request.setAttribute(THEME_RESOLVER_ATTRIBUTE, this.themeResolver); // 设置theme源信息 request.setAttribute(THEME_SOURCE_ATTRIBUTE, getThemeSource()); // 设置flashmap信息， FlashMap 是传递重定向参数的时候要用到的一个类 if (this.flashMapManager != null) { FlashMap inputFlashMap = this.flashMapManager.retrieveAndUpdate(request, response); if (inputFlashMap != null) { request.setAttribute(INPUT_FLASH_MAP_ATTRIBUTE, Collections.unmodifiableMap(inputFlashMap)); } request.setAttribute(OUTPUT_FLASH_MAP_ATTRIBUTE, new FlashMap()); request.setAttribute(FLASH_MAP_MANAGER_ATTRIBUTE, this.flashMapManager); } try { // 分发请求， 对请求做真正的逻辑处理 doDispatch(request, response); } finally { // 判断是否异步处理请求 if (!WebAsyncUtils.getAsyncManager(request).isConcurrentHandlingStarted()) { // 上面初始化设置attributesSnapshot， 这里如果有记录， 做还原处理 if (attributesSnapshot != null) { restoreAttributesAfterInclude(request, attributesSnapshot); } } } } -
DispatcherServlet的doDispatch方法
doDispatch方法负责请求分发处理， 内部会找到我们定义的处理器， 负责处理具体的请求逻辑。
protected void doDispatch(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception { // 定义初始变量 HttpServletRequest processedRequest = request; HandlerExecutionChain mappedHandler = null; boolean multipartRequestParsed = false; // 获取Web异步请求管理器 WebAsyncManager asyncManager = WebAsyncUtils.getAsyncManager(request); try { ModelAndView mv = null; Exception dispatchException = null; try { // 检查请求是否为form-multipart提交类型，我们常见的文件上传就是采用此类型 processedRequest = checkMultipart(request); // 如果是multipart该类型， 通过MultipartResolver解析 multipartRequestParsed = (processedRequest != request); // 获取当前请求的映射处理器， 也就是自定义的controller， 如果没有找到， 则返回， 不做下面逻辑处理 mappedHandler = getHandler(processedRequest); if (mappedHandler == null) { noHandlerFound(processedRequest, response); return; } // 根据映射处理器， 获取处理适配器（实际为RequestMappingHandlerAdapter） HandlerAdapter ha = getHandlerAdapter(mappedHandler.getHandler()); // 获取请求类型，包含GET,HEAD,POST,PUT,PATCH,DELETE,OPTIONS等 String method = request.getMethod(); // 判断是否为GET类型 boolean isGet = "GET".equals(method); if (isGet || "HEAD".equals(method)) { // 获取上次请求修改标记， 如果没有修改， 默认返回-1 long lastModified = ha.getLastModified(request, mappedHandler.getHandler()); if (new ServletWebRequest(request, response).checkNotModified(lastModified) && isGet) { return; } } // 在进入处理器之前， 先要判断有没设置拦截器， 如果有， 进入拦截器的前置处理逻辑， 默认有ResourceUrlProviderExposingInterceptor等拦截器 if (!mappedHandler.applyPreHandle(processedRequest, response)) { return; } // 这里就是真正调用处理器， 也就是我们在controller中定义的方法 mv = ha.handle(processedRequest, response, mappedHandler.getHandler()); // 异步处理判断 if (asyncManager.isConcurrentHandlingStarted()) { return; } // 判断有没采用ModelAndView返回， 并进行对应设置 applyDefaultViewName(processedRequest, mv); // 这里是拦截器的后置处理逻辑， 如果有匹配设置， 则会进行调用处理 mappedHandler.applyPostHandle(processedRequest, response, mv); } catch (Exception ex) { dispatchException = ex; } catch (Throwable err) { // As of 4.3, we're processing Errors thrown from handler methods as well, // making them available for @ExceptionHandler methods and other scenarios. dispatchException = new NestedServletException("Handler dispatch failed", err); } // 设置分发处理结果， 如果处理器的执行出现异常，会根据设置做对应渲染； 如果有设置视图， 则会进行渲染解析 processDispatchResult(processedRequest, response, mappedHandler, mv, dispatchException); } catch (Exception ex) { triggerAfterCompletion(processedRequest, response, mappedHandler, ex); } catch (Throwable err) { triggerAfterCompletion(processedRequest, response, mappedHandler, new NestedServletException("Handler processing failed", err)); } finally { // 异步请求标记处理 if (asyncManager.isConcurrentHandlingStarted()) { // Instead of postHandle and afterCompletion if (mappedHandler != null) { mappedHandler.applyAfterConcurrentHandlingStarted(processedRequest, response); } } else { //如果采用multipart类型提交， 会做一些清除工作， 比如上传文件缓存等 if (multipartRequestParsed) { cleanupMultipart(processedRequest); } } } }通过以上分析， 我们可以了解到Servlet模式服务的请求流程， 重点是DispatcherServlet的doDispatch方法，要了解一个请求进入之前所做的事情， 请求处理完成之后所做的事情， 以及对于filter, interceptor执行顺序这些都要清楚， 可以帮助我们更好的运用， 以及排查请求过程中出现的问题。
4. Reactive服务模式请求流程分析
4.1 ReactiveWebServerApplicationContext 分析
ReactiveWebServerApplicationContext为响应式服务容器管理， 是提供Reactive Web环境的Spring 容器。 Spring WebFlux应用就采用ReactiveWebServerApplicationContext实现， ReactiveWebServerApplicationContext与ServletWebServerApplicationContext 的实现类似， 都是由SpringBoot统一封装设计， 总体处理流程基本一致。
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ReactiveWebServerApplicationContext 构造方法
public class ReactiveWebServerApplicationContext extends GenericReactiveWebApplicationContext implements ConfigurableWebServerApplicationContext { // 服务管理类， 包含服务启动与停止， 以及请求handler处理 private volatile ServerManager serverManager; // 服务命名空间 private String serverNamespace; /** * 默认构造方法 */ public ReactiveWebServerApplicationContext() { } /** * 指定beanFactory的构造方法 */ public ReactiveWebServerApplicationContext(DefaultListableBeanFactory beanFactory) { super(beanFactory); } -
ReactiveWebServerApplicationContext#ServerManager内部类:
/** * 服务管理类 */ static final class ServerManager implements HttpHandler { // WebServer服务 private final WebServer server; // 是否懒加载 private final boolean lazyInit; // Http Handler请求处理器 private volatile HttpHandler handler; // 构造方法， 注入serverFactory与延迟加载标记 private ServerManager(ReactiveWebServerFactory factory, boolean lazyInit) { this.handler = this::handleUninitialized; this.server = factory.getWebServer(this); this.lazyInit = lazyInit; } // 处理未初始化的请求， 暂未实现 private Mono<Void> handleUninitialized(ServerHttpRequest request, ServerHttpResponse response) { throw new IllegalStateException("The HttpHandler has not yet been initialized"); } // 重载方法， 处理Web请求 @Override public Mono<Void> handle(ServerHttpRequest request, ServerHttpResponse response) { return this.handler.handle(request, response); } public HttpHandler getHandler() { return this.handler; } // 获取ServerManager服务管理类 public static ServerManager get(ReactiveWebServerFactory factory, boolean lazyInit) { return new ServerManager(factory, lazyInit); } // 获取WebServer服务 public static WebServer getWebServer(ServerManager manager) { return (manager != null) ? manager.server : null; } // 通过serverManager启动服务 public static void start(ServerManager manager, Supplier<HttpHandler> handlerSupplier) { if (manager != null && manager.server != null) { manager.handler = manager.lazyInit ? new LazyHttpHandler(Mono.fromSupplier(handlerSupplier)) : handlerSupplier.get(); manager.server.start(); } } // 通过serverManager停止服务 public static void stop(ServerManager manager) { if (manager != null && manager.server != null) { try { manager.server.stop(); } catch (Exception ex) { throw new IllegalStateException(ex); } } } } -
ReactiveWebServerApplicationContext#startReactiveWebServer方法:
private WebServer startReactiveWebServer() { ServerManager serverManager = this.serverManager; // 启动WebServer, 从BeanFactory中获取HttpHandler ServerManager.start(serverManager, this::getHttpHandler); // 获取返回WebServer return ServerManager.getWebServer(serverManager); }查看getHttpHandler方法：
protected HttpHandler getHttpHandler() { // 获取所有实现HttpHandler接口的实现类 String[] beanNames = getBeanFactory().getBeanNamesForType(HttpHandler.class); // HttpHandler实现类只能存在一个， 没有配置或多个都会抛出异常 if (beanNames.length == 0) { // throw new ApplicationContextException( "Unable to start ReactiveWebApplicationContext due to missing HttpHandler bean."); } // 存在多个， 抛出异常 if (beanNames.length > 1) { throw new ApplicationContextException( "Unable to start ReactiveWebApplicationContext due to multiple HttpHandler beans : " + StringUtils.arrayToCommaDelimitedString(beanNames)); } // 返回HttpHandler return getBeanFactory().getBean(beanNames[0], HttpHandler.class); } -
ReactiveWebServerApplicationContext#onClose方法:
@Override protected void onClose() { // 先调用父类方法， 关闭逻辑处理， 目前是空实现 super.onClose(); // 通过ServerManager停止服务 stopAndReleaseReactiveWebServer(); }
4.2 webflux服务模式之请求流程具体分析
上面讲解了ReactiveWebServerApplicationContext的代码实现流程， 我们看下webflux服务的请求处理流程。
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定义HttpHandler
// 定义Reactive服务的HttpHandler， @Bean public HttpHandler httpHandler() { return WebHttpHandlerBuilder.applicationContext(this.applicationContext) .build(); }webflux使用的httpHandler类型是HttpWebHandlerAdapter， 创建的webserver为NettyWebServer类型
@Override public WebServer getWebServer(HttpHandler httpHandler) { // 创建HTTP SERVER服务 HttpServer httpServer = createHttpServer(); // 定义HTTP HANDLER处理适配器 ReactorHttpHandlerAdapter handlerAdapter = new ReactorHttpHandlerAdapter( httpHandler); // 采用Netty作为WebServer实现 return new NettyWebServer(httpServer, handlerAdapter, this.lifecycleTimeout); }创建ReactorHttpHandlerAdapter使用的httpHandler就是我们上面定义的WebHttpHandlerBuilder。
当一个请求进来的时候，就是通过ReactorHttpHandlerAdapter的apply()方法然后进入了了HttpWebHandlerAdapter类的handle方法， 再执行DispatcherHandler的handle方法:
public Mono<Void> handle(ServerWebExchange exchange) { // 校验handlerMappings是否存在 if (this.handlerMappings == null) { return createNotFoundError(); } // 响应式操作， 调用Handler实现类处理逻辑， handleResult处理执行结果 return Flux.fromIterable(this.handlerMappings) .concatMap(mapping -> mapping.getHandler(exchange)) .next() .switchIfEmpty(createNotFoundError()) .flatMap(handler -> invokeHandler(exchange, handler)) .flatMap(result -> handleResult(exchange, result)); }通过RequestMappingHandlerMapping找到对应的HandlerMethod(就是我们Controller中对应的方法)，然后执行invokeHandler方法：
private Mono<HandlerResult> invokeHandler(ServerWebExchange exchange, Object handler) { // 校验Handler适配器是否存在 if (this.handlerAdapters != null) { // 遍历handlerAdapters for (HandlerAdapter handlerAdapter : this.handlerAdapters) { // 判断是否支持的适配器类型 if (handlerAdapter.supports(handler)) { // 处理Handler适配器具体逻辑 return handlerAdapter.handle(exchange, handler); } } } return Mono.error(new IllegalStateException("No HandlerAdapter: " + handler)); }HandlerAdapter是RequestMappingHandlerAdapter,在RequestMappingHandlerAdapter方法中执行了InvocableHandlerMethod的invode方法，然后通过反射执行了Controller中的方法， 最后把Controller方法执行的结果，通过DispatcherHandler中的handlerResult方法，输出返回给调用客户端。
5. 总结
学习研究Spring Boot的请求流程， 理解其内置容器， Spring MVC和自定义controller之间是如何流转处理的， 各自所做的事情， 每个环节的作用， 相互之间的调用关系， 才算是理解和掌握Spring Boot的使用， 在实际工作当中， 可能更多的是停留在使用层面， 但是如果能够对实现原理有进一步认知， 我们才知道更合理的去使用， 以及更高效的去排查使用过程当中出现的各种问题。