《微服务》- 手写springBoot核心流程
概述
通过手写模拟实现一个Spring Boot，让大家能以非常简单的方式就能知道Spring Boot大概是如何工作的。
完整的代码地址：https://gitee.com/tomelxixisto/springboot-zzy
依赖
建一个工程，两个Module:
- springboot模块，表示springboot框架的源码实现
- user包，表示用户业务系统，用来写业务代码来测试我们所模拟出来的SpringBoot
首先，SpringBoot是基于的Spring，所以我们要依赖Spring，然后我希望我们模拟出来的SpringBoot也支持Spring MVC的那一套功能，所以也要依赖Spring MVC，包括Tomcat等，所以在SpringBoot模块中要添加以下依赖：
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframeworkgroupId>
<artifactId>spring-contextartifactId>
<version>5.3.18version>
dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframeworkgroupId>
<artifactId>spring-webartifactId>
<version>5.3.18version>
dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframeworkgroupId>
<artifactId>spring-webmvcartifactId>
<version>5.3.18version>
dependency>
<dependency>
<groupId>javax.servletgroupId>
<artifactId>javax.servlet-apiartifactId>
<version>4.0.1version>
dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.tomcat.embedgroupId>
<artifactId>tomcat-embed-coreartifactId>
<version>9.0.60version>
dependency>
dependencies>
在User模块下我们进行正常的开发就行了，比如先添加SpringBoot依赖：
<dependencies>
<dependency>
<artifactId>springbootartifactId>
<groupId>com.zzygroupId>
<version>0.0.1-SNAPSHOTversion>
dependency>
dependencies>
然后定义相关的Controller和Service:
@RestController
public class UserController {
@Autowired
private UserService userService;
@RequestMapping("/test")
public String test(){
return userService.test();
}
}
因为我们模拟实现的是SpringBoot，而不是SpringMVC，所以我直接在user包下定义了UserController和UserService，最终我希望能运行MyApplication中的main方法，就直接启动了项目，并能在浏览器中正常的访问到UserController中的某个方法。
核心注解和核心类
我们在真正使用SpringBoot时，核心会用到SpringBoot一个类和注解：
- @SpringBootApplication，这个注解是加在应用启动类上的，也就是main方法所在的类
- SpringApplication，这个类中有个run()方法，用来启动SpringBoot应用的
所以我们也来模拟实现他们。
一个@ZzySpringBootApplication注解：
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Configuration
@ComponentScan
@Import(ZzySelectImport.class)
public @interface ZzySpringbootApplication {
}
一个用来实现启动逻辑的ZzySpringApplication类。
public class ZzySpringApplication {
public static void run(Class clazz){
}
}
注意run方法需要接收一个Class类型的参数，这个class是用来干嘛的，等会就知道了。
有了以上两者，我们就可以在MyApplication中来使用了，比如：
@ZzySpringbootApplication
public class MyApplication {
public static void main(String[] args) {
ZzySpringApplication.run(MyApplication.class);
}
}
现在用来是有模有样了，但中看不中用，所以我们要来好好实现以下run方法中的逻辑了。
run方法
run方法中需要实现什么具体的逻辑呢？
首先，我们希望run方法一旦执行完，我们就能在浏览器中访问到UserController，那势必在run方法中要启动Tomcat，通过Tomcat就能接收到请求了。
大家如果学过Spring MVC的底层原理就会知道，在SpringMVC中有一个Servlet非常核心，那就是DispatcherServlet，这个DispatcherServlet需要绑定一个Spring容器，因为DispatcherServlet接收到请求后，就会从所绑定的Spring容器中找到所匹配的Controller，并执行所匹配的方法。
所以，在run方法中，我们要实现的逻辑如下：
- 创建一个Spring容器
- 创建Tomcat对象
- 生成DispatcherServlet对象，并且和前面创建出来的Spring容器进行绑定
- 将DispatcherServlet添加到Tomcat中
- 启动Tomcat
创建Spring容器
这个步骤比较简单，代码如下：
public class ZzySpringApplication{
public static void run(Class clazz){
AnnotationConfigWebApplicationContext applicationContext = new AnnotationConfigWebApplicationContext();
applicationContext.register(clazz);
applicationContext.refresh();
}
}
我们创建的是一个AnnotationConfigWebApplicationContext容器，并且把run方法传入进来的class作为容器的配置类，比如在MyApplication的run方法中，我们就是把MyApplication.class传入到了run方法中，最终MyApplication就是所创建出来的Spring容器的配置类，并且由于MyApplication类上有@ZzySpringBootApplication注解，而@ZzySpringBootApplication注解的定义上又存在@ComponentScan注解，所以AnnotationConfigWebApplicationContext容器在执行refresh时，就会解析MyApplication这个配置类，从而发现定义了@ComponentScan注解，也就知道了要进行扫描，只不过扫描路径为空，而AnnotationConfigWebApplicationContext容器会处理这种情况，如果扫描路径会空，则会将MyApplication所在的包路径做为扫描路径，从而就会扫描到UserService和UserController。
所以Spring容器创建完之后，容器内部就拥有了UserService和UserController这两个Bean。
启动Tomcat
我们用的是Embed-Tomcat，也就是内嵌的Tomcat，真正的SpringBoot中也用的是内嵌的Tomcat，而对于启动内嵌的Tomcat，也并不麻烦，代码如下：
public static void startTomcat(WebApplicationContext applicationContext){
Tomcat tomcat = new Tomcat();
Server server = tomcat.getServer();
Service service = server.findService("Tomcat");
Connector connector = new Connector();
connector.setPort(8081);
Engine engine = new StandardEngine();
engine.setDefaultHost("localhost");
Host host = new StandardHost();
host.setName("localhost");
String contextPath = "";
Context context = new StandardContext();
context.setPath(contextPath);
context.addLifecycleListener(new Tomcat.FixContextListener());
host.addChild(context);
engine.addChild(host);
service.setContainer(engine);
service.addConnector(connector);
tomcat.addServlet(contextPath, "dispatcher", new DispatcherServlet(applicationContext));
context.addServletMappingDecoded("/*", "dispatcher");
try {
tomcat.start();
} catch (LifecycleException e) {
e.printStackTrace();
}
}
代码虽然看上去比较多，但是逻辑并不复杂，比如配置了Tomcat绑定的端口为8081，后面向当前Tomcat中添加了DispatcherServlet，并设置了一个Mapping关系，最后启动，其他代码则不用太过关心。
而且在构造DispatcherServlet对象时，传入了一个ApplicationContext对象，也就是一个Spring容器，就是我们前文说的，DispatcherServlet对象和一个Spring容器进行绑定。
接下来，我们只需要在run方法中，调用startTomcat即可：
public static void run(Class clazz){
AnnotationConfigWebApplicationContext annotationConfigApplicationContext = new AnnotationConfigWebApplicationContext();
annotationConfigApplicationContext.register(clazz);
annotationConfigApplicationContext.refresh();
startTomcat(annotationConfigApplicationContext);
}
实际上代码写到这，一个极度精简版的SpringBoot就写出来了，比如现在运行MyApplication，就能正常的启动项目，并能接收请求。
启动能看到Tomcat的启动日志：
然后在浏览器上访问：http://localhost:8081/test
也能正常的看到结果：
此时，你可以继续去写其他的Controller和Service了，照样能正常访问到，而我们的业务代码中仍然只用到了ZzySpringApplication类和@ZzySpringBootApplication注解。
实现Tomcat和Jetty的切换
虽然我们前面已经实现了一个比较简单的SpringBoot，不过我们可以继续来扩充它的功能，比如现在我有这么一个需求，这个需求就是我现在不想使用Tomcat了，而是想要用Jetty，那该怎么办？
我们前面代码中默认启动的是Tomcat，那我现在想改成这样子：
- 如果项目中有Tomcat的依赖，那就启动Tomcat
- 如果项目中有Jetty的依赖就启动Jetty
- 如果两者都没有则报错
- 如果两者都有也报错
这个逻辑希望SpringBoot自动帮我实现，对于程序员用户而言，只要在Pom文件中添加相关依赖就可以了，想用Tomcat就加Tomcat依赖，想用Jetty就加Jetty依赖。
那SpringBoot该如何实现呢？
我们知道，不管是Tomcat还是Jetty，它们都是应用服务器，或者是Servlet容器，所以我们可以定义接口来表示它们，这个接口叫做WebServer（别问我为什么叫这个，因为真正的SpringBoot源码中也叫这个）。
并且在这个接口中定义一个start方法：
public interface WebServer {
void start();
}
有了WebServer接口之后，就针对Tomcat和Jetty提供两个实现类：
public class TomcatWebServer implements WebServer{
@Override
public void start() {
System.out.println("启动Tomcat");
}
}
public class JettyWebServer implements WebServer{
@Override
public void start() {
System.out.println("启动Jetty");
}
}
而在ZzySpringApplication中的run方法中，我们就要去获取对应的WebServer，然后启动对应的webServer，代码为：
public static void run(Class clazz){
AnnotationConfigWebApplicationContext annotationConfigApplicationContext = new AnnotationConfigWebApplicationContext();
annotationConfigApplicationContext.register(clazz);
annotationConfigApplicationContext.refresh();
// startTomcat(annotationConfigApplicationContext);
WebServer webServer = getWebServer(annotationConfigApplicationContext);
webServer.start();
}
public static WebServer getWebServer(WebApplicationContext webApplicationContext){
return null
}
这样，我们就只需要在getWebServer方法中去判断到底该返回TomcatWebServer还是JettyWebServer。
前面提到过，我们希望根据项目中的依赖情况，来决定到底用哪个WebServer，我就直接用SpringBoot中的源码实现方式来模拟了。
模拟实现条件注解
首先我们得实现一个条件注解@ZzyConditionalOnClass，对应代码如下：
@Target({ElementType.TYPE,ElementType.METHOD})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Conditional(ZzyOnClassCondition.class)
public @interface ZzyConditionlOnClass {
String value() default "";
}
注意核心为@Conditional(ZzyOnClassCondition.class)中的ZzyOnClassCondition，因为它才是真正得条件逻辑:
public class ZzyOnClassCondition implements Condition {
@Override
public boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata) {
Map<String,Object> annotationAttributes = metadata.getAnnotationAttributes(ZzyConditionlOnClass.class.getName());
String className = (String)annotationAttributes.get("value");
try{
context.getClassLoader().loadClass(className);
return true;
} catch (ClassNotFoundException e){
return false;
}
}
}
具体逻辑为，拿到@ZzyConditionalOnClass中的value属性，然后用类加载器进行加载，如果加载到了所指定的这个类，那就表示符合条件，如果加载不到，则表示不符合条件。
模拟实现自动配置类
有了条件注解，我们就可以来使用它了，那如何实现呢？
这里就要用到自动配置类的概念，我们先看代码：
@Configuration
public class WebServiceAutoConfiguration{
@Bean
@ZzyConditionlOnClass("org.apache.catalina.startup.Tomcat")
public TomcatWebServer tomcatWebServer(){
return new TomcatWebServer();
}
@Bean
@ZzyConditionlOnClass("org.eclipse.jetty.server.Server")
public JettyWebServer jettyWebServer(){
return new JettyWebServer();
}
}
这个代码还是比较简单的，通过一个WebServiceAutoConfiguration的Spring配置类，在里面定义了两个Bean，一个TomcatWebServer，一个JettyWebServer，不过这两个要生效的前提是符合当前所指定的条件，比如：
- 只有存在"org.apache.catalina.startup.Tomcat"类，那么才有TomcatWebServer这个Bean
- 只有存在"org.eclipse.jetty.server.Server"类，那么才有TomcatWebServer这个Bean
并且我们只需要在ZzySpringApplication中getWebServer方法，如此实现：
public static WebServer getWebServer(WebApplicationContext webApplicationContext){
Map<String, WebServer> webServers = webApplicationContext.getBeansOfType(WebServer.class);
if(webServers.isEmpty()){
throw new NullPointerException("WebServer is empty");
}
if(webServers.size() > 1){
throw new IllegalStateException();
}
return webServers.values().stream().findFirst().get();
}
这样整体SpringBoot启动逻辑就是这样的：
- 创建一个AnnotationConfigWebApplicationContext容器
- 解析MyApplication类，然后进行扫描
- 通过getWebServer方法从Spring容器中获取WebServer类型的Bean
- 调用WebServer对象的start方法
有了以上步骤，我们还差了一个关键步骤，就是Spring要能解析到WebServiceAutoConfiguration这个自动配置类，因为不管这个类里写了什么代码，Spring不去解析它，那都是没用的，此时我们需要SpringBoot在run方法中，能找到WebServiceAutoConfiguration这个配置类并添加到Spring容器中。
MyApplication是Spring的一个配置类，但是MyApplication是我们传递给SpringBoot，从而添加到Spring容器中去的，而WebServiceAutoConfiguration就需要SpringBoot去自动发现，而不需要程序员做任何配置才能把它添加到Spring容器中去，而且要注意的是，Spring容器扫描也是扫描不到WebServiceAutoConfiguration这个类的，因为我们的扫描路径是"com.zzy.user"，而WebServiceAutoConfiguration所在的包路径为"com.zzy.springboot"。
那SpringBoot中是如何实现的呢？通过SPI，当然SpringBoot中自己实现了一套SPI机制，也就是我们熟知的spring.factories文件，那么我们模拟就不搞复杂了，就直接用JDK自带的SPI机制。
发现自动配置类
为了实现这个功能，以及为了最后的效果演示，我们需要把springboot源码和业务代码源码拆分两个maven模块，也就相当于两个项目，最后的源码结构为：
现在我们只需要在springboot项目中的resources目录下添加如下目录（META-INF/services）和文件：
SPI的配置就完成了，相当于通过com.zzy.springboot.AutoConfiguration文件配置了springboot中所提供的配置类。
并且提供一个接口：
public interface AutoConfiguration {
}
并且WebServiceAutoConfiguration实现该接口：
@Configuration
public class WebServiceAutoConfiguration implements AutoConfiguration{
@Bean
@ZzyConditionlOnClass("org.apache.catalina.startup.Tomcat")
public TomcatWebServer tomcatWebServer(){
return new TomcatWebServer();
}
@Bean
@ZzyConditionlOnClass("org.eclipse.jetty.server.Server")
public JettyWebServer jettyWebServer(){
return new JettyWebServer();
}
}
然后我们再利用spring中的@Import技术来导入这些配置类，我们在@ZzySpringBootApplication的定义上增加如下代码:
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Configuration
@ComponentScan
@Import(ZzySelectImport.class)
public @interface ZzySpringbootApplication {
}
ZzySelectImport 类为：
public class ZzySelectImport implements DeferredImportSelector {
@Override
public String[] selectImports(AnnotationMetadata importingClassMetadata) {
ServiceLoader<AutoConfiguration> serviceLoader = ServiceLoader.load(AutoConfiguration.class);
List<String> list = new ArrayList<>();
for (AutoConfiguration autoConfiguration : serviceLoader) {
list.add(autoConfiguration.getClass().getName());
}
return list.toArray(new String[0]);
// return new String[0];
}
}
这就完成了从com.zzy.springboot.AutoConfiguration文件中获取自动配置类的名字，并导入到Spring容器中，从而Spring容器就知道了这些配置类的存在，而对于user项目而言，是不需要修改代码的。
此时运行MyApplication，就能看到启动了Tomcat：
因为SpringBoot默认在依赖中添加了Tomcat依赖，而如果在User模块中再添加jetty的依赖：
<dependencies>
<dependency>
<artifactId>springbootartifactId>
<groupId>com.zzygroupId>
<version>0.0.1-SNAPSHOTversion>
dependency>
<dependency>
<groupId>org.eclipse.jettygroupId>
<artifactId>jetty-serverartifactId>
<version>9.4.43.v20210629version>
dependency>
dependencies>
那么启动MyApplication就会报错：
只有先排除到Tomcat的依赖，再添加Jetty的依赖才能启动Jetty：
注意：由于没有了Tomcat的依赖，记得把最开始写的startTomcat方法给注释掉，并删除掉相关依赖。
总结
到此，我们实现了一个简单版本的SpringBoot，因为SpringBoot首先是基于Spring的，而且提供的功能也更加强大，随着后续内容的展开，相信大家会对本文中的各个功能会有更加深刻的理解，也希望大家都自己去实现一边，完整的代码地址：https://gitee.com/tomelxixisto/springboot-zzy