spring boot原理分析(六)：spring boot應用啓動流程綜述

spring boot原理分析（六）：spring boot應用啓動流程綜述

前言

在原理分析(一)已經整體概括了spring boot實現，spring boot主要是在已有Servlet容器+Servlet模板的基礎上進行整合。具體來說包括三種，tomcat + spring mvc的模式是其中的一種，另外兩種分別是Undertow+Servlet和Jetty+Servlet的模式。另外，大部分的外部模塊的加入都是使用spring bean的方式進行動態配置，在原理分析（二）（三）（四）（五）中，分別對項目內外bean自動配置進行了分析，並詳細介紹了常見的幾個例子。至此，基於註解的bean的注入已經分析完了。
本文將會從spring boot
的入口開始分析，展示spring boot在啓動過程中，涉及了哪些組件或者模塊的準備。在介紹spring mvc的DispatcherServlet的文章(tomcat + spring mvc原理（七）)中，有過統覽整個流程，再詳細介紹每個局部組件原理的先例。這裏將採用類似的思路。

入口

前面spring boot的綜述已經說過,spring boot應用內部包含了tomcat和spring mvc，既可以打包成war包，部署在外部的tomcat服務下，也可以打包成jar包，直接啓動內置的tomcat，然後裝載編寫的spring mvc的應用。打包成war是spirng mvc開發過程中常用的，不是很新奇。至於如何使用內置的tomcat啓動，則需要研究一番。

@SpringBootApplication
public class DemoApplication {

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

}

既然要啓動進程，也就逃脫不了使用java的入口函數main。關於上面@SpringBootApplication註解，上面幾篇文章都是關於它的，有興趣可以去查閱。main函數傳入的參數，就是java啓動時的入參。這裏主要的問題是集中在SpringApplication的構造和它的run方法裏。

構造函數的準備

根據上面SpringApplication的run方法的調用方式，可以很容易推測出run是一個靜態函數。

public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?> primarySource, String... args) {
  return run(new Class<?>[] { primarySource }, args);
}
public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?>[] primarySources, String[] args) {
  return new SpringApplication(primarySources).run(args);
}

在run方法裏構造了一個SpringApplication，只傳入了在main函數中傳入進來的DemoApplication.class。

public SpringApplication(Class<?>... primarySources) {
  this(null, primarySources);
}
public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
  //設置resourceLoader,這裏爲null
  this.resourceLoader = resourceLoader;
  Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
  //設置基礎類
  this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
  //設置Web應用類型
  this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();
  //設置上下文Context的初始化加載器
  setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
  //設置應用事件監聽器
  setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
  //設置入口類
  this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
}

構造函數的調用順序就是上面SpringApplication的由上自下，需要注意的是ResourceLoader傳入時就等於null。在下面的SpringApplication的構造函數中，完成了幾項初始化，依次是：

設置resourceLoader
設置基礎類
設置Web應用類型
設置上下文Context的初始化加載器
設置應用事件監聽器
設置入口類

DemoApplication.class（這個是我自己命名的，名字可以改，都是這個類）作爲基礎類乍一聽很陌生，但是其實在前面的文章裏已經出現了“基礎類包”這個詞（《項目依賴包中容器的自動配置1》的環境上下文：基礎包配置那一段）。@SpringBootApplication是一個@Configuration、@ComponentScan等組合的註解，被這個註解註釋的類所在的包是項目中首要的基礎包，其下所有的子包都會被掃描，如果存在bean會被自動注入到容器中。
Web應用類型確實是沒出現過，構造函數使用deduceFromClasspath方法設置這個值。deduceFromClasspath方法真如其名，Web應用類型是從class中推測出來的，如果class沒有加載，還可以自行從Class默認路徑中找出來加載。源碼貼出來很多，但是內容很簡單，就是根據靜態String中定義的類有沒有出現來判斷是哪種服務類型。

private static final String[] SERVLET_INDICATOR_CLASSES = { "javax.servlet.Servlet",
    "org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext" };

private static final String WEBMVC_INDICATOR_CLASS = "org.springframework." + "web.servlet.DispatcherServlet";

private static final String WEBFLUX_INDICATOR_CLASS = "org." + "springframework.web.reactive.DispatcherHandler";

private static final String JERSEY_INDICATOR_CLASS = "org.glassfish.jersey.servlet.ServletContainer";

private static final String SERVLET_APPLICATION_CONTEXT_CLASS = "org.springframework.web.context.WebApplicationContext";

private static final String REACTIVE_APPLICATION_CONTEXT_CLASS = "org.springframework.boot.web.reactive.context.ReactiveWebApplicationContext";

static WebApplicationType deduceFromClasspath() {
  if (ClassUtils.isPresent(WEBFLUX_INDICATOR_CLASS, null) && !ClassUtils.isPresent(WEBMVC_INDICATOR_CLASS, null)
      && !ClassUtils.isPresent(JERSEY_INDICATOR_CLASS, null)) {
    return WebApplicationType.REACTIVE;
  }
  for (String className : SERVLET_INDICATOR_CLASSES) {
    if (!ClassUtils.isPresent(className, null)) {
      return WebApplicationType.NONE;
    }
  }
  return WebApplicationType.SERVLET;
}

這裏判斷了三種類型，SERVLET、REACTIVE和NONE。我們講spring mvc是Servlet容器，所以服務即SERVLET WEB類型。REACTIVE也是一種WEB服務的類型，代表着非阻塞響應式編程，正是spirng mvc不擅長的事，具體可以參考spring-webflux。NONE類型說這個服務不是WEB類型，是其他服務類型。
    上下文Context的初始化加載器是用來初始化上下文Context，Context是spring boot加載過程中最重要的模塊，包含了spring boot的配置信息、bean和resource等等，tomcat實例創建工廠和spring mvc的DispatcherServlet都在裏面，可以說上下文Context即萬物。後面會細講。
    應用事件監聽器ApplicationListener是spring boot自己定義的，而不是tomcat文章中（tomcat容器動態加載）提到的容器生命週期管理的容器狀態事件監聽器，ApplicationListener是針對spring boot整個應用的事件監聽，有很多種情況下可能需要使用到，擴展性還是挺好的。這個後面也會細講。
    設置入口類，大家可能會一頭霧水，不是已經傳入了DemoApplication.class嗎？這裏是因爲DemoApplication中不一定要定義main，同理，也不一定在main函數中直接調用SpringApplication.run。deduceMainApplicationClass採用的方法是使用異常棧逆遞歸倒推，找到main函數的類，原理還是挺有意思的，可以借鑑一下。

private Class<?> deduceMainApplicationClass() {
  try {
    StackTraceElement[] stackTrace = new RuntimeException().getStackTrace();
    for (StackTraceElement stackTraceElement : stackTrace) {
      if ("main".equals(stackTraceElement.getMethodName())) {
        return Class.forName(stackTraceElement.getClassName());
      }
    }
  }
  catch (ClassNotFoundException ex) {
    // Swallow and continue
  }
  return null;
}

構造函數裏面還有一個點，是關於spring的，前面也出現過。SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(參考項目依賴包中容器的自動配置1)在getSpringFactoriesInstance中又被用來獲取類的完整類名，然後使用反射獲取構造函數構造了實例，這個部分的細節也值得一看。因爲是技術實現問題，和本主題無關，這裏不多講。

SpringApplication run

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
  //spring提供的運行時間打印工具，記錄啓動時間
  StopWatch stopWatch = new StopWatch();
  stopWatch.start();
  //主角
  ConfigurableApplicationContext context = null;
  //異常報告
  Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();
  //設置java headless模式
  configureHeadlessProperty();
  //獲取應用運行事件監聽器
  SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
  listeners.starting();
  try {
    //應用參數構造
    ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
    //環境配置準備
    ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
    configureIgnoreBeanInfo(environment);
    //條幅打印
    Banner printedBanner = printBanner(environment);
    context = createApplicationContext();
    //獲取異常上報器
    exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class,
        new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);
    //準備上下文
    prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
    //刷新上下文
    refreshContext(context);
    //刷新上下文後處理
    afterRefresh(context, applicationArguments);
    //啓動時間打印
    stopWatch.stop();
    if (this.logStartupInfo) {
      new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
    }
    listeners.started(context);
    //啓動後的後置處理
    callRunners(context, applicationArguments);
  }
  catch (Throwable ex) {
    handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
    throw new IllegalStateException(ex);
  }

  try {
    listeners.running(context);
  }
  catch (Throwable ex) {
    handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
    throw new IllegalStateException(ex);
  }
  return context;
}

上面是SpringApplication run方法的整個流程，由於是異步的，spring boot啓動時，run方法所在的線程跑完結束後，spring boot應用就算完全啓動了。run方法中，有些組件或者模塊涉及內容比較多，這裏我只會大致過下其作用，後面文章會細分析，有些就比較簡單，可以直接解釋清楚。

啓動StopWatch

StopWatch是spring提供的一個工具，用來監控和打印運行時間，使用過程包括構造、start和stop，在run方法裏都有提現。最終打印是在StartupInfoLogger方法裏，下面是打印出來的效果。

異常報告

SpringBootExceptionReporter是可以用來獲取啓動過程中的異常，並上報打印。後面使用了getSpringFactoriesInstances方法進行獲取所有異常上報器，在handleRunFailure方法中使用了這些實例。這個組件需要更加詳細的分析。

java headless模式

java的服務器開發時會使用這個模式。服務器可能缺少顯示設備、鍵盤或鼠標這些外設，但又需要使用他們提供的功能，生成相應的數據，提供給客戶端。設置這個模式，是告訴程序，不能指望硬件設備提供這些功能，需要依靠系統的計算能力模擬這些特性。設置方法就是：

System.setProperty("java.awt.headless", "true");

應用運行事件監聽器

SpringApplicationRunListener負責啓動過程中，運行事件的監聽。需要注意，和前面說到的ApplicationListener完全不同，不要混淆。在run方法運行過程中，能夠看到SpringApplicationRunListeners的構造獲取和starting、started、running。starting、started、running方法內部都是遍歷所有SpringApplicationRunListener，單獨調用每個SpringApplicationRunListener相應名字的方法實現的。這個組件也會單獨細講。

應用參數

ApplicationArguments是spring boot對應用參數進行了封裝，輸入參數是args。

環境配置

Environment是指應用程序的運行環境，包括profile和properties配置，properties配置不僅包括項目內的properties文件，還有JVM system properties、操作系統環境變量等。由此構造ConfigurableEnvironment需要傳入args也順理成章。

條幅

Banner是指spring boot啓動過程中，會在日誌中打印一個條幅，顯示本服務基於spring boot。這個應該不用多說吧，炫酷。

spring boot上下文

    spring boot的上下文Context是spring boot中最重要的一個模塊，內部包含了spring boot服務運行過程中各種重要的信息，比如beanFactory、註冊的bean、environment等等。
    prepareContext方法中對Context進行了初始化，設置了一些Context中的一些內容，比如environment、banner，最後還根據基礎包記錄primarySources，加載了基礎包中的bean。refreshContext方法中調用了context的refresh方法，刷新上下文，創建並啓動了tomcat實例，加載了spring mvc的Servlet，可以說服務的所有啓動工作都是在這個方法中完成的。afterRefresh是一個模板方法，用意是繼承SpringApplication的子類如果想在Context的refresh完成之後做點事，可以實現這個方法。
    所有關於Context的內容，後續會用單獨篇幅來介紹。

啓動後置處理

private void callRunners(ApplicationContext context, ApplicationArguments args) {
  List<Object> runners = new ArrayList<>();
  runners.addAll(context.getBeansOfType(ApplicationRunner.class).values());
  runners.addAll(context.getBeansOfType(CommandLineRunner.class).values());
  AnnotationAwareOrderComparator.sort(runners);
  for (Object runner : new LinkedHashSet<>(runners)) {
    if (runner instanceof ApplicationRunner) {
      callRunner((ApplicationRunner) runner, args);
    }
    if (runner instanceof CommandLineRunner) {
      callRunner((CommandLineRunner) runner, args);
    }
  }
}

callRunners(context, applicationArguments)中加載了ApplicationRunner和CommandLineRunner兩種類型的子類實例bean，並調用了它們的run方法。ApplicationRunner和CommandLineRunner是用於在spring boot啓動完成後處理一些用戶自己定義的邏輯，比如加載文件、配置數據庫等等。使用方式就是繼承這兩個類，重載裏面的run方法。至於這兩個類的區別是run方法的輸入參數不一樣，ApplicationRunner中run方法的參數爲ApplicationArguments，而CommandLineRunner接口中run方法的參數爲String數組。

spring boot原理分析(六)：spring boot應用啓動流程綜述

spring boot原理分析（六）：spring boot應用啓動流程綜述

前言

入口

構造函數的準備

SpringApplication run

啓動StopWatch

異常報告

java headless模式

應用運行事件監聽器

應用參數

環境配置

條幅

spring boot上下文

啓動後置處理

AST抽象語法樹的基本思想

外設IO原理

bytebuddy解決spring AOP切面同一個類嵌套方法不生效問題

spring mvc 的@Value註解使用中的坑——@Value神奇的不生效

如何利用@Value配置普通類

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結