從SpringBoot啓動,閱讀源碼設計

服務啓動堪稱Spring源碼設計的答案;

一、背景說明

初學SpringBoot框架時,第一次啓動服務,直呼什麼鬼?只需要簡單的幾步配置,幾個核心的註解,就可以快速實現工程的搭建和運行;

雖然從Spring框架遷移到SpringBoot框架,在初期會有很多的不適應,但是更好用的框架會快速得到認可,從而成爲主流的技術選型;

對於大多數的框架或者組件來說,如果使用起來越是簡便,那麼其內部的封裝策略就越是複雜;

比如在Spring框架更新到SpringBoot版本時,其用法的簡便與內部封裝的複雜性已經形成強烈的對比;再到SpringCloud微服務框架時,其封裝邏輯複雜到離譜;

對於服務端的開發來說,繞不開對Spring框架的深度學習,如果單純站在源碼閱讀的角度,建議先熟讀SpringBoot啓動流程,然後再適當擴展其他源碼塊;

二、SpringBoot工程

首先聊一聊閱讀源碼的基本思路,從一個極簡的案例開始,圍繞案例中的核心API作爲切入點,通過對源碼邏輯的斷點調試,從而體會其設計的原理;

閱讀SpringBoot的源碼,可以從服務啓動方法作爲切入點,然後不斷的分析啓動過程涉及到的核心API和設計原理,再基於具體的啓動日誌去分析抽象的加載邏輯;

在看具體的源碼之前,還需要說下分析思路,Spring項目中,要注意每個API所屬工程與層級,然後再去分析API之間關係,核心的構造、屬性、方法等;

在SpringBoot的啓動類中,有兩個核心的切入點,一個是類的構造方法,完成一列的初始化動作;一個是啓動方法,實現應用上下文的創建和裝載;

構造方法

啓動方法

需要說明的是,由於SpringBoot服務啓動過程涉及源碼過多,所以上面的源碼中只是羅列部分的核心切入點,然後圍繞這些關鍵流程展開,分析一些常見的源碼設計;

另外說明一點,以下源碼的核心版本:JDK-1.8spring-5.2.4spring-boot-2.2.5,在不同的版本下源碼會存在差異;

三、應用上下文

服務啓動時,根據應用類型判斷創建的上下文,此處啓動的是基於servlet的web應用,所以也依賴相應的web服務器,默認爲Tomcat;

啓動方法的核心在於對應用上下文的創建、準備、刷新,應用上下文是一個十分抽象的描述,可以理解爲應用運行的整體環境,其中涉及到資源加載,配置文件裝配,運行服務的管理等,後續的源碼分析都圍繞該API展開;

ApplicationContext:應用上下文核心接口,在該接口中所有的方法都是隻讀模式,即只能通過Get方法進行訪問;

ConfigurableApplicationContext:上下文配置擴展接口,提供了應用上下文的配置能力,生命週期的維護,以及在關閉之後的相關資源釋放;

AbstractApplicationContext:上下文接口抽象實現,核心的API,對應用上下文中的公共能力做了實現;

ConfigurableWebApplicationContext:Web應用上下文配置擴展接口,提供了Web應用的上下文配置能力;

WebServerApplicationContext:Web服務上下文,創建並管理Web應用的服務器,在該流程中嵌入的是Tomcat服務;

根據應用上下文幾個核心的API設計,體會Spring源碼的設計思路,從頂級的接口開始,不斷向下擴展並且新增方法,理解抽象實現類的邏輯,以及服務運行時所依賴的具體API;

四、資源加載

什麼是資源,可以是各種類型的文件和配置,字節輸入流的轉換,也可以是URL資源定位,Spring框架在運行的過程中,需要依賴Resource接口實現對底層資源的訪問;

Resource:資源描述的頂級接口,提供了一系列的方法,繼承InputStreamSource接口,支持將資源轉換爲流的形式操作;

AbstractResource:資源訪問的抽象實現類,這裏的設計原理與AbstractApplicationContext類似,提供資源訪問方法的基礎實現;

ResourceLoader:資源加載的封裝接口,應用下文需要依賴該接口實現資源的獲取與訪問;

針對不同應用場景需求,Resource接口的實現類有如下幾個:FileSystemResource文件系統資源,ClassPathResource類路徑下資源,InputStreamResource輸入流資源等;

五、應用環境

對於Property和Environment源碼設計體系,參考上述的源碼模塊,在思路上是相似的,此處不多描述;

應用程序的屬性和環境涉及到的參數描述非常多,比較直接的手段是通過System類中的方法輸出,至於信息如何加載,在StandardEnvironment類中提供了方法,可以斷點查看;

六、Bean對象

基於Spring框架的應用程序中,由Spring容器負責創建,裝配,設置屬性,進而管理整個生命週期的對象,稱爲Bean對象;Bean的生命週期非常複雜,過程大致如下:實例化,屬性加載,初始化前後管理,銷燬;

BeanFactory:工廠類,Spring框架的核心能力,Bean容器的頂級接口,提供了一系列Bean對象的訪問方法,是IOC思想和依賴注入的基礎支撐;

ConfigurableBeanFactory:Bean容器可配置化接口,該擴展接口只是爲了允許框架內部的即插即用和訪問bean工廠的配置方法;

AbstractBeanFactory:Bean管理的抽象實現類,可以查看其內部doGetBean方法,提供Bean實例對象的獲取邏輯,如果無法獲取則執行創建邏輯;

七、Tomcat服務

初次啓動SpringBoot工程時,最大的疑問就是可見Tomcat啓動日誌,但是沒有顯式的做服務器裝配,直接啓動JAR包即可,這在流程上簡化了一大步;

WebServer:Web應用服務器接口,比如常用的Tomcat,Jetty,Netty等,根據應用類型選擇,只提供了啓動、停止、獲取端口三個方法,通過WebServerApplicationContext與應用上下文相關聯;

TomcatWebServer:SpringBoot框架管理內置Tomcat服務的核心類,對Tomcat生命週期的管理提供了一層包裝;

Tomcat:Apache組件中輕量級Tomcat啓動器,提供了Tomcat基礎配置,比如默認的Port和HostName,以及生命週期管理的方法,TomcatWebServer類中調用的就是該API中的具體方法;

八、事件模型

事件驅動模型是複雜流程中的常用解耦手段,即通過事件發送和監聽兩個拆解動作,實現流程的分步執行,這在SpringBoot啓動流程和上下文裝載中更是發揮的淋漓盡致;

ApplicationEvent:應用事件基礎抽象類,繼承自JDK中EventObject類,具體事件會繼承該類,內部聲明瞭事件源和發生時間兩個核心屬性;

ApplicationEventMulticaster:應用事件廣播的頂級接口,可以將指定的應用事件廣播給適合的監聽器;

SimpleApplicationEventMulticaster:應用事件廣播接口的簡單實現,可以斷點該類的multicastEvent方法,查看廣播時應用事件和其相應的監聽器;

ApplicationListener:應用事件監聽器接口,繼承自JDK中EventListener接口,Spring中擴展了多種具體的事件監聽器,以實現各種不同的場景需求,比如最常見的ConfigFileApplicationListener配置文件監聽器;

九、配置加載

SpringBoot工程中,配置文件的管理策略非常複雜,有內部程序執行加載配置,也有外部集成的組件配置,當然最核心的就是工程的自定義配置;

ConfigFileApplicationListener.Loader:配置文件監聽器的內部類,實現對工程中的配置源加載,其核心邏輯在Loader.load方法中實現,具體邏輯由相關的實現類完成;

PropertySourceLoader:配置加載的策略接口,在Spring工程中支持多種類型的文件配置,比如yml、yaml、properties、xml,需要通過文件的擴展名選擇相應的加載實現類;

YamlPropertySourceLoader:加載.yml或者.yaml類型的文件,SpringBoot工程中常用的配置文件類型,最終轉換成Name和Value的屬性源集合,即通過PropertySource抽象類來描述;

十、數據庫集成

Spring框架的強大之處還在於能夠和其他組件進行簡單快速的集成,比如常用的數據庫、緩存、消息隊列等各種類型的組件,分析內部的集成邏輯,會發現很多原理上的相似性,尤其在SpringBoot框架中,約定大於配置;

DataSourceAutoConfiguration:SpringBoot工程中數據庫的自動化配置類,在配置中Hikari是默認選擇的連接池,也是號稱速度最快的;

DataSourceProperties:數據源配置相關的基礎類,在DataSourceConfiguration配置類中,會基於參數去創建數據源對象;

HikariDataSource:Hikari連接池組件中的數據源API,描述數據源的具體信息,例如配置、連接池、狀態等,具體的數據庫連接邏輯是在該組件內部完成的;

基於SpringBoot集成數據庫的原理,可以擴展性的看看:Redis組件的RedisAutoConfiguration配置類;Kafka組件的KafkaAutoConfiguration配置類,Elasticsearch組件的RestClientAutoConfiguration配置類,在設計原理上都有異曲同工之妙;

寫在最後

從個人經驗來看,想要閱讀Spring框架的源碼設計,需要基於應用流程先構建一個大的輪廓結構,理解設計中的常用策略和原理,然後再深入單個模塊的細節邏輯,這樣容易找到閱讀節奏;

本文並沒有涉及源碼中過多的細節邏輯,只是從服務啓動作爲切入點,整理與開發關聯性較爲直接的源碼模塊,描述個人對於Spring源碼閱讀的基礎思路。

十一、參考源碼

應用倉庫:
https://gitee.com/cicadasmile/butte-flyer-parent

組件封裝:
https://gitee.com/cicadasmile/butte-frame-parent
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