Spring Boot启动流程详解
Spring Boot是一个基于Spring框架的快速开发工具，它可以帮助我们快速搭建一个可运行的Spring应用。本文将详细介绍Spring Boot的启动流程，帮助大家更好地理解Spring Boot的工作原理。
一、Spring Boot启动流程概述
Spring Boot的启动流程可以分为以下几个阶段：
-
初始化配置
-
创建应用程序上下文
-
刷新上下文（启动核心）
-
通知监听者-启动程序完成
public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
long startTime = System.nanoTime();
DefaultBootstrapContext bootstrapContext = this.createBootstrapContext();
ConfigurableApplicationContext context = null;
this.configureHeadlessProperty();
SpringApplicationRunListeners listeners = this.getRunListeners(args);
listeners.starting(bootstrapContext, this.mainApplicationClass);
try {
// 获取args参数对象
ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
// 读取Springboot配置文件并创建Environment对象
// 这里创建的Environment对象实际为ConfigurableEnvironment
ConfigurableEnvironment environment = this.prepareEnvironment(listeners, bootstrapContext, applicationArguments);
this.configureIgnoreBeanInfo(environment);
// 打印Banner图标
Banner printedBanner = this.printBanner(environment);
// 创建ApplicationContext应用行下文，即创建容器
context = this.createApplicationContext();
context.setApplicationStartup(this.applicationStartup);
// 准备容器
this.prepareContext(bootstrapContext, context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
// 初始化容器
this.refreshContext(context);
this.afterRefresh(context, applicationArguments);
Duration timeTakenToStartup = Duration.ofNanos(System.nanoTime() - startTime);
if (this.logStartupInfo) {
(new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)).logStarted(this.getApplicationLog(), timeTakenToStartup);
}
// 调用运行时监听器的started()方法
// 该方法需要在应用程序启动后，CommandLineRunners和ApplicationRunners被调用前执行
listeners.started(context, timeTakenToStartup);
this.callRunners(context, applicationArguments);
} catch (Throwable var12) {
this.handleRunFailure(context, var12, listeners);
throw new IllegalStateException(var12);
}
try {
Duration timeTakenToReady = Duration.ofNanos(System.nanoTime() - startTime);
listeners.ready(context, timeTakenToReady);
return context;
} catch (Throwable var11) {
this.handleRunFailure(context, var11, (SpringApplicationRunListeners)null);
throw new IllegalStateException(var11);
}
}
这段代码是Spring Boot启动时的核心方法，它的主要作用是创建和配置Spring应用程序的上下文。
首先，记录启动开始时间，并创建一个DefaultBootstrapContext对象和一个空的ConfigurableApplicationContext对象。然后，获取运行监听器并调用其starting()方法，表示应用程序正在启动。
接下来，创建一个ApplicationArguments对象，用于存储应用程序的命令行参数。然后，调用prepareEnvironment()方法准备环境，包括加载配置文件、扫描并注册Bean、初始化Spring容器等。
接着，打印应用程序的Banner信息，并创建一个新的ConfigurableApplicationContext对象。设置应用程序的启动类和启动配置，并调用prepareContext()方法准备上下文。
然后，调用refreshContext()方法刷新上下文，并调用afterRefresh()方法执行一些后续操作。计算应用程序启动所花费的时间，并在日志中记录启动信息。
最后，调用运行监听器的started()方法，表示应用程序已经启动。然后，调用callRunners()方法执行所有的CommandLineRunner和ApplicationRunner接口实现。
如果在启动过程中出现异常，会调用handleRunFailure()方法处理异常，并抛出一个IllegalStateException异常。
最后，调用运行监听器的ready()方法，表示应用程序已经准备好，并返回创建的ConfigurableApplicationContext对象。
二、详细解析
初始化配置
Spring Boot启动时，会首先加载配置文件（如application.properties或application.yml）中的配置信息。这些配置信息包括数据源、缓存、日志等相关信息。
private ConfigurableEnvironment prepareEnvironment(SpringApplicationRunListeners listeners, DefaultBootstrapContext bootstrapContext, ApplicationArguments applicationArguments) {
ConfigurableEnvironment environment = this.getOrCreateEnvironment();
this.configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs());
ConfigurationPropertySources.attach(environment);
listeners.environmentPrepared(bootstrapContext, environment);
DefaultPropertiesPropertySource.moveToEnd(environment);
Assert.state(!environment.containsProperty("spring.main.environment-prefix"), "Environment prefix cannot be set via properties.");
this.bindToSpringApplication(environment);
if (!this.isCustomEnvironment) {
EnvironmentConverter environmentConverter = new EnvironmentConverter(this.getClassLoader());
environment = environmentConverter.convertEnvironmentIfNecessary(environment, this.deduceEnvironmentClass());
}
ConfigurationPropertySources.attach(environment);
return environment;
}
这段代码是一个名为prepareEnvironment的方法，它接收三个参数：listeners（SpringApplicationRunListeners类型）、bootstrapContext（DefaultBootstrapContext类型）和applicationArguments（ApplicationArguments类型）。该方法的主要作用是准备和配置Spring应用程序的环境。
首先，通过调用this.getOrCreateEnvironment()方法获取或创建一个ConfigurableEnvironment对象，并将其赋值给变量environment。
接下来，调用this.configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs())方法对环境进行配置，传入environment和applicationArguments.getSourceArgs()作为参数。
然后，调用ConfigurationPropertySources.attach(environment)方法将环境附加到配置属性源。
接着，调用listeners.environmentPrepared(bootstrapContext, environment)方法通知监听器环境已准备好。
然后，调用DefaultPropertiesPropertySource.moveToEnd(environment)方法将默认属性源移动到环境的末尾。
接下来，使用断言语句Assert.state(!environment.containsProperty(“spring.main.environment-prefix”), “Environment prefix cannot be set via properties.”)确保环境中不包含名为"spring.main.environment-prefix"的属性。
然后，调用this.bindToSpringApplication(environment)方法将环境绑定到Spring应用程序。
如果this.isCustomEnvironment为false，则创建一个EnvironmentConverter对象，并调用其convertEnvironmentIfNecessary(environment, this.deduceEnvironmentClass())方法根据需要转换环境。
最后，再次调用ConfigurationPropertySources.attach(environment)方法将环境附加到配置属性源，并将environment返回。
创建应用程序上下文
初始化和配置好后，开始创建应用程序上下文，createApplicationContext ，关键的工厂BeanFactory就是此处创建
protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
return this.applicationContextFactory.create(this.webApplicationType);
}
刷新上下文（启动核心）
工厂配置，bean处理器配置，类的扫描，解析，bean定义，bean类信息缓存，服务器创建，bean实例化，动态代理对象的创建等，
private void refreshContext(ConfigurableApplicationContext context) {
if (this.registerShutdownHook) {
shutdownHook.registerApplicationContext(context);
}
this.refresh(context);
}
该方法的主要作用是刷新Spring应用程序的上下文。
首先，如果this.registerShutdownHook为true，则调用shutdownHook.registerApplicationContext(context)方法将应用程序上下文注册到关闭钩子中。
然后，调用this.refresh(context)方法刷新上下文。
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
synchronized(this.startupShutdownMonitor) {
StartupStep contextRefresh = this.applicationStartup.start("spring.context.refresh");
this.prepareRefresh();
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = this.obtainFreshBeanFactory();
this.prepareBeanFactory(beanFactory);
try {
this.postProcessBeanFactory(beanFactory);
StartupStep beanPostProcess = this.applicationStartup.start("spring.context.beans.post-process");
//注册并实例化bean工厂处理器,并调用他们
this.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
//注册并实例化bean处理器
this.registerBeanPostProcessors(beanFactory);
beanPostProcess.end();
this.initMessageSource();
this.initApplicationEventMulticaster();
//初始化一些与上下文有特别关系的bean对象（创建tomcat）
this.onRefresh();
this.registerListeners();
// 实例化所有bean工厂缓存的bean对象（剩下的）.
this.finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
//发布通知-通知上下文刷新完成（包括启动tomcat）
this.finishRefresh();
} catch (BeansException var10) {
if (this.logger.isWarnEnabled()) {
this.logger.warn("Exception encountered during context initialization - cancelling refresh attempt: " + var10);
}
this.destroyBeans();
this.cancelRefresh(var10);
throw var10;
} finally {
this.resetCommonCaches();
contextRefresh.end();
}
}
}
该方法的主要作用是刷新Spring应用程序的上下文。
首先，通过同步块来确保线程安全。然后，创建一个名为contextRefresh的StartupStep对象，并调用this.prepareRefresh()方法准备刷新。接着，获取一个新的BeanFactory对象，并调用this.prepareBeanFactory(beanFactory)方法准备BeanFactory。
接下来，在try-catch语句中执行以下操作：
- 调用this.postProcessBeanFactory(beanFactory)方法对BeanFactory进行后处理。
- 创建一个名为beanPostProcess的StartupStep对象，并调用this.invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory)方法执行BeanFactory的后处理器。
- 调用this.registerBeanPostProcessors(beanFactory)方法注册Bean的后处理器。
- 结束beanPostProcess的计时。
- 调用this.initMessageSource()方法初始化消息源。
- 调用this.initApplicationEventMulticaster()方法初始化应用程序事件多播器。
- 调用this.onRefresh()方法执行刷新操作。
- 调用this.registerListeners()方法注册监听器。
- 调用this.finishBeanFactoryInitialization(beanFactory)方法完成BeanFactory的初始化。
- 调用this.finishRefresh()方法完成刷新操作。
如果在执行过程中出现BeansException异常，会记录警告日志，销毁Beans，取消刷新操作，并抛出该异常。最后，在finally语句中重置缓存和计时器。
通知监听者-启动程序完成
发布通知监听器启动完成，监听器会根据事件类型做个性化操作
void starting(ConfigurableBootstrapContext bootstrapContext, Class<?> mainApplicationClass) {
this.doWithListeners("spring.boot.application.starting", (listener) -> {
listener.starting(bootstrapContext);
}, (step) -> {
if (mainApplicationClass != null) {
step.tag("mainApplicationClass", mainApplicationClass.getName());
}
});
}
void environmentPrepared(ConfigurableBootstrapContext bootstrapContext, ConfigurableEnvironment environment) {
this.doWithListeners("spring.boot.application.environment-prepared", (listener) -> {
listener.environmentPrepared(bootstrapContext, environment);
});
}
void contextPrepared(ConfigurableApplicationContext context) {
this.doWithListeners("spring.boot.application.context-prepared", (listener) -> {
listener.contextPrepared(context);
});
}
void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext context) {
this.doWithListeners("spring.boot.application.context-loaded", (listener) -> {
listener.contextLoaded(context);
});
}
void started(ConfigurableApplicationContext context, Duration timeTaken) {
this.doWithListeners("spring.boot.application.started", (listener) -> {
listener.started(context, timeTaken);
});
}
void ready(ConfigurableApplicationContext context, Duration timeTaken) {
this.doWithListeners("spring.boot.application.ready", (listener) -> {
listener.ready(context, timeTaken);
});
}
void failed(ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception) {
this.doWithListeners("spring.boot.application.failed", (listener) -> {
this.callFailedListener(listener, context, exception);
}, (step) -> {
step.tag("exception", exception.getClass().toString());
step.tag("message", exception.getMessage());
});
}
private void callFailedListener(SpringApplicationRunListener listener, ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception) {
try {
listener.failed(context, exception);
} catch (Throwable var6) {
if (exception == null) {
ReflectionUtils.rethrowRuntimeException(var6);
}
if (this.log.isDebugEnabled()) {
this.log.error("Error handling failed", var6);
} else {
String message = var6.getMessage();
message = message != null ? message : "no error message";
this.log.warn("Error handling failed (" + message + ")");
}
}
}
private void doWithListeners(String stepName, Consumer<SpringApplicationRunListener> listenerAction) {
this.doWithListeners(stepName, listenerAction, (Consumer)null);
}
private void doWithListeners(String stepName, Consumer<SpringApplicationRunListener> listenerAction, Consumer<StartupStep> stepAction) {
StartupStep step = this.applicationStartup.start(stepName);
this.listeners.forEach(listenerAction);
if (stepAction != null) {
stepAction.accept(step);
}
step.end();
}
SpringApplicationRunListeners是Spring Boot框架中的一个接口，用于监听应用程序的运行过程。它提供了一系列的回调方法，可以在应用程序的不同阶段执行自定义的逻辑。
以下是SpringApplicationRunListeners接口中定义的一些主要方法：
- starting(): 在应用程序启动之前调用，可以执行一些初始化操作。
- environmentPrepared(): 在环境准备完成后调用，可以获取到应用程序的环境信息。
- contextPrepared(): 在上下文准备完成后调用，可以获取到应用程序的上下文对象。
- contextLoaded(): 在上下文加载完成后调用，可以执行一些额外的配置操作。
- started(): 在应用程序启动完成后调用，可以执行一些后续处理操作。
- running(): 在应用程序运行期间持续调用，可以执行一些周期性的任务。
- failed(): 在应用程序启动失败时调用，可以执行一些错误处理操作。
- stopped(): 在应用程序停止后调用，可以执行一些清理操作。
总结
通过以上介绍，我们了解了Spring Boot的启动流程。Spring Boot通过自动化的配置和简化的部署流程，使得我们能够快速搭建一个可运行的Spring应用。希望本文能够帮助大家更好地理解Spring Boot的工作原理。