SpringBoot 基本原理

发表于 2020-08-12 更新于 2024-01-27 分类于 Java ，框架， Spring ， Spring综合本文字数： 7.2k 阅读时长 ≈ 7 分钟

SpringBoot 基本原理

SpringBoot 为我们做的自动配置，确实方便快捷，但一直搞不明白它的内部启动原理，这次就来一步步解开 SpringBoot 的神秘面纱，让它不再神秘。

@SpringBootApplication
public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}

从上面代码可以看出，Annotation 定义（@SpringBootApplication）和类定义（SpringApplication.run）最为耀眼，所以要揭开 SpringBoot 的神秘面纱，我们要从这两位开始就可以了。

SpringBootApplication 背后的秘密

@Target(ElementType.TYPE)            // 注解的适用范围，其中TYPE用于描述类、接口（包括包注解类型）或enum声明
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)  // 注解的生命周期，保留到class文件中（三个生命周期）
@Documented                          // 表明这个注解应该被javadoc记录
@Inherited                           // 子类可以继承该注解
@SpringBootConfiguration             // 继承了Configuration，表示当前是注解类
@EnableAutoConfiguration             // 开启springboot的注解功能，springboot的四大神器之一，其借助@import的帮助
@ComponentScan(excludeFilters = {    // 扫描路径设置（具体使用待确认）
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {
...
}

虽然定义使用了多个 Annotation 进行了原信息标注，但实际上重要的只有三个 Annotation：

@Configuration（@SpringBootConfiguration 点开查看发现里面还是应用了@Configuration）
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan
所以，如果我们使用如下的 SpringBoot 启动类，整个 SpringBoot 应用依然可以与之前的启动类功能对等：

@Configuration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan
public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}

每次写这 3 个比较累，所以写一个@SpringBootApplication 方便点。接下来分别介绍这 3 个 Annotation。

@Configuration

这里的@Configuration 对我们来说不陌生，它就是 JavaConfig 形式的 Spring Ioc 容器的配置类使用的那个@Configuration，SpringBoot 社区推荐使用基于 JavaConfig 的配置形式，所以，这里的启动类标注了@Configuration 之后，本身其实也是一个 IoC 容器的配置类。
举几个简单例子回顾下，XML 跟 config 配置方式的区别：

表达形式层面
基于 XML 配置的方式是这样：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-3.0.xsd"
       default-lazy-init="true">
    <!--bean定义-->
</beans>

而基于 JavaConfig 的配置方式是这样：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    //bean定义
}

任何一个标注了@Configuration 的 Java 类定义都是一个 JavaConfig 配置类。

1
2
3

<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl">
    ...
</bean>

而基于 JavaConfig 的配置形式是这样的：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    @Bean
    public MockService mockService(){
        return new MockServiceImpl();
    }
}

任何一个标注了@Bean 的方法，其返回值将作为一个 bean 定义注册到 Spring 的 IoC 容器，方法名将默认成该 bean 定义的 id。

表达依赖注入关系层面
为了表达 bean 与 bean 之间的依赖关系，在 XML 形式中一般是这样：

<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl">
    <propery name ="dependencyService" ref="dependencyService" />
</bean>

<bean id="dependencyService" class="DependencyServiceImpl"></bean>

而基于 JavaConfig 的配置形式是这样的：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    @Bean
    public MockService mockService(){
        return new MockServiceImpl(dependencyService());
    }

    @Bean
    public DependencyService dependencyService(){
        return new DependencyServiceImpl();
    }
}

如果一个 bean 的定义依赖其他 bean,则直接调用对应的 JavaConfig 类中依赖 bean 的创建方法就可以了。

@ComponentScan

@ComponentScan 这个注解在 Spring 中很重要，它对应 XML 配置中的元素，@ComponentScan 的功能其实就是自动扫描并加载符合条件的组件（比如@Component 和@Repository 等）或者 bean 定义，最终将这些 bean 定义加载到 IoC 容器中。

我们可以通过 basePackages 等属性来细粒度的定制@ComponentScan 自动扫描的范围，如果不指定，则默认 Spring 框架实现会从声明@ComponentScan 所在类的 package 进行扫描。

注：所以 SpringBoot 的启动类最好是放在 root package 下，因为默认不指定 basePackages。

@EnableAutoConfiguration

个人感觉**@EnableAutoConfiguration 这个 Annotation 最为重要**，所以放在最后来解读，大家是否还记得 Spring 框架提供的各种名字为@Enable 开头的 Annotation 定义？比如@EnableScheduling、@EnableCaching、@EnableMBeanExport 等，@EnableAutoConfiguration 的理念和做事方式其实一脉相承，简单概括一下就是，借助@Import 的支持，收集和注册特定场景相关的 bean 定义。

@EnableScheduling是通过@Import 将 Spring 调度框架相关的 bean 定义都加载到 IoC 容器。
@EnableMBeanExport是通过@Import 将 JMX 相关的 bean 定义加载到 IoC 容器。
而**@EnableAutoConfiguration**也是借助@Import 的帮助，将所有符合自动配置条件的 bean 定义加载到 IoC 容器，仅此而已！

@EnableAutoConfiguration 作为一个复合 Annotation,其自身定义关键信息如下：

@SuppressWarnings("deprecation")
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {
    ...
}

两个比较重要的注解：

@AutoConfigurationPackage：自动配置包

@Import: 导入自动配置的组件

AutoConfigurationPackage 注解：

static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {

        @Override
        public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata,
                BeanDefinitionRegistry registry) {
            register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());
        }

它其实是注册了一个 Bean 的定义。

new PackageImport(metadata).getPackageName()，它其实返回了当前主程序类的同级以及子级的包组件。

以上图为例，DemoApplication 是和 demo 包同级，但是 demo2 这个类是 DemoApplication 的父级，和 example 包同级

也就是说，DemoApplication 启动加载的 Bean 中，并不会加载 demo2，这也就是为什么，我们要把 DemoApplication 放在项目的最高级中。

Import(AutoConfigurationImportSelector.class)注解：

可以从图中看出 AutoConfigurationImportSelector 继承了 DeferredImportSelector 继承了 ImportSelector

ImportSelector 有一个方法为：selectImports。

@Override
    public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
        if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
            return NO_IMPORTS;
        }
        AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader
                .loadMetadata(this.beanClassLoader);
        AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);
        List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata,
                attributes);
        configurations = removeDuplicates(configurations);
        Set<String> exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);
        checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
        configurations.removeAll(exclusions);
        configurations = filter(configurations, autoConfigurationMetadata);
        fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
        return StringUtils.toStringArray(configurations);
    }

可以看到第九行，它其实是去加载 public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = “META-INF/spring.factories”;外部文件。这个外部文件，有很多自动配置的类。如下：

image

其中，最关键的要属**@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)，借助EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以帮助 SpringBoot 应用将所有符合条件的@Configuration**配置都加载到当前 SpringBoot 创建并使用的 IoC 容器。就像一只“八爪鱼”一样。

自动配置幕后英雄：SpringFactoriesLoader 详解

借助于 Spring 框架原有的一个工具类：SpringFactoriesLoader 的支持，@EnableAutoConfiguration 可以智能的自动配置功效才得以大功告成！

SpringFactoriesLoader 属于 Spring 框架私有的一种扩展方案，其主要功能就是从指定的配置文件 META-INF/spring.factories 加载配置。

public abstract class SpringFactoriesLoader {
    //...
    public static <T> List<T> loadFactories(Class<T> factoryClass, ClassLoader classLoader) {
        ...
    }


    public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, ClassLoader classLoader) {
        ....
    }
}

配合**@EnableAutoConfiguration使用的话，它更多是提供一种配置查找的功能支持，即根据@EnableAutoConfiguration 的完整类名 org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration 作为查找的 Key,获取对应的一组@Configuration**类

上图就是从 SpringBoot 的 autoconfigure 依赖包中的 META-INF/spring.factories 配置文件中摘录的一段内容，可以很好地说明问题。

所以，@EnableAutoConfiguration 自动配置的魔法骑士就变成了：从 classpath 中搜寻所有的 META-INF/spring.factories 配置文件，并将其中 org.springframework.boot.autoconfigure.EnableutoConfiguration 对应的配置项通过反射（Java Refletion）实例化为对应的标注了@Configuration 的 JavaConfig 形式的 IoC 容器配置类，然后汇总为一个并加载到 IoC 容器。

参考资料

一文搞懂 springboot 启动原理