提示:springboot原理,手写springboot启动器,手写模拟SpringBoot启动过程、手写模拟SpringBoot自动配置功能
大家都知道springboot号称“手脚架”,用默认大于配置的方式,方便我们放弃写冗余复杂的配置文件。但了解的可能不是那么深刻,具体的执行过程,也没有那么清晰。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。本人水平有限,如有误导,欢迎斧正,一起学习,共同进步!
完全的git代码地址:地址。建议大家下载代码,通过代码阅读,更加直管。
建一个工程,两个Module:
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:
代码如下(示例):
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-context</artifactId>
<version>5.3.18</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-web</artifactId>
<version>5.3.18</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-webmvc</artifactId>
<version>5.3.18</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>javax.servlet</groupId>
<artifactId>javax.servlet-api</artifactId>
<version>4.0.1</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.apache.tomcat.embed</groupId>
<artifactId>tomcat-embed-core</artifactId>
<version>9.0.60</version>
</dependency>
</dependencies>
@RestController
public class UserController {
@Autowired
private UserService userService;
@GetMapping("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。
我们在真正使用SpringBoot时,核心会用到SpringBoot一个类和注解:
一个@ZhouyuSpringBootApplication注解:
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Configuration
@ComponentScan
public @interface ZhouyuSpringBootApplication {
}
一个用来实现启动逻辑的ZhouyuSpringApplication类。
public class ZhouyuSpringApplication {
public static void run(Class clazz){
}
}
有了以上两者,我们就可以在MyApplication中来使用了,比如:
@ZhouyuSpringBootApplication
public class MyApplication {
public static void main(String[] args) {
ZhouyuSpringApplication.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:
public class ZhouyuSpringApplication {
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@ZhouyuSpringBootApplication注解,而@ZhouyuSpringBootApplication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。
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 applicationContext = new AnnotationConfigWebApplicationContext();
applicationContext.register(clazz);
applicationContext.refresh();
startTomcat(applicationContext);
}
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ZhouyuSpringApplication类和@ZhouyuSpringBootApplication注解。
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:
1.如果项目中有Tomcat的依赖,那就启动Tomcat
2.如果项目中有Jetty的依赖就启动Jetty
3.如果两者都没有则报错
4.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 {
public 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Jetty");
}
}
public class JettyWebServer implements WebServer{
@Override
public void start() {
System.out.println("启动Tomcat");
}
}
而在ZhouyuSpringApplication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 applicationContext = new AnnotationConfigWebApplicationContext();
applicationContext.register(clazz);
applicationContext.refresh();
WebServer webServer = getWebServer(applicationContext);
webServer.start();
}
public static WebServer getWebServer(ApplicationContext applicationContext){
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。
首先我们得实现一个条件注解@ZhouyuConditionalOnClass,对应代码如下:
@Target({ ElementType.TYPE, ElementType.METHOD })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Conditional(ZhouyuOnClassCondition.class)
public @interface ZhouyuConditionalOnClass {
String value() default "";
}
注意核心为@Conditional(ZhouyuOnClassCondition.class)中的ZhouyuOnClassCondition,因为它才是真正得条件逻辑:
public class ZhouyuOnClassCondition implements Condition {
@Override
public boolean matches(ConditionContext context, AnnotatedTypeMetadata metadata) {
Map<String, Object> annotationAttributes =
metadata.getAnnotationAttributes(ZhouyuConditionalOnClass.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@ZhouyuConditionalOnClass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。
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
@ZhouyuConditionalOnClass("org.apache.catalina.startup.Tomcat")
public TomcatWebServer tomcatWebServer(){
return new TomcatWebServer();
}
@Bean
@ZhouyuConditionalOnClass("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:
并且我们只需要在ZhouyuSpringApplication中getWebServer方法,如此实现:
public static WebServer getWebServer(ApplicationContext applicationContext){
// key为beanName, value为Bean对象
Map<String, WebServer> webServers = applicationContext.getBeansOfType(WebServer.class);
if (webServers.isEmpty()) {
throw new NullPointerException();
}
if (webServers.size() > 1) {
throw new IllegalStateException();
}
// 返回唯一的一个
return webServers.values().stream().findFirst().get();
}
这样整体SpringBoot启动逻辑就是这样的:
1.创建一个AnnotationConfigWebApplicationContext容器
2.解析MyApplication类,然后进行扫描
3.通过getWebServer方法从Spring容器中获取WebServer类型的Bean
4.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.zhouyu.user",而WebServiceAutoConfiguration所在的包路径为"com.zhouyu.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。
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.zhouyu.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
@ZhouyuConditionalOnClass("org.apache.catalina.startup.Tomcat")
public TomcatWebServer tomcatWebServer(){
return new TomcatWebServer();
}
@Bean
@ZhouyuConditionalOnClass("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@ZhouyuSpringBootApplication的定义上增加如下代码:
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Configuration
@ComponentScan
@Import(ZhouyuImportSelect.class)
public @interface ZhouyuSpringBootApplication {
}
ZhouyuImportSelect类为:
public class ZhouyuImportSelect 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]);
}
}
这就完成了从com.zhouyu.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:
此时运行MyApplication,就能看到启动了jetty
文章可能写的比较乱,理解起来没那么方便。不过可以下载下来git的代码,自己执行一遍,更容易理解。梦在前方,路在脚下,大家一起努力吧。