深入剖析Springboot启动原理的底层源码，再也不怕面试官问了！

写在前面：我是「扬帆向海」，这个昵称来源于我的名字以及女朋友的名字。我热爱技术、热爱开源、热爱编程。技术是开源的、知识是共享的。
这博客是对自己学习的一点点总结及记录，如果您对 Java、算法感兴趣，可以关注我的动态，我们一起学习。
用知识改变命运，让我们的家人过上更好的生活。

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本文通过剖析源码，对Spring Boot(基于2.x版本)的启动过程进行深入的理解

文章目录

一、入口类及其源码剖析

二、实例化SpringApplication对象的源码剖析

1. 设置初始化器(Initializer)

2. 设置监听器

3. 推断主应用入口类

三、run() 方法源码剖析

1. 开启计时器

2. 设置系统属性的值

3. 监听器

4. 初始化默认参数

5.创建 Spring 环境

6. 打印器

7. 创建Spring应用上下文

8. 实例化异常报告器

9. Spring上下文前置处理

10. Spring上下文刷新

11. Spring上下文后置处理

12. 停止计时器

13. 发布Spring上下文启动完成事件

14. 执行所有 Runner 运行器

15. 发布Spring上下文就绪事件

一、入口类及其源码剖析

入口类

@SpringBootApplication

public class DevServiceApplication { 

   



    public static void main(String[] args) { 

   

        SpringApplication.run(DevServiceApplication.class,args);

    }

}

首先从注解入手，进行分析：

@SpringBootApplication 注解

Spring Boot应用标注在某个类上说明这个类是SpringBoot的主配置类，SpringBoot就应该运行这个类的main方法来启动SpringBoot应用

源码剖析

@Target(ElementType.TYPE)

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)

@Documented

@Inherited

@SpringBootConfiguration

@EnableAutoConfiguration

@ComponentScan(excludeFilters = { 

    @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
	@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })

public @interface SpringBootApplication {

从源码可以看出，这个注解是@SpringBootConfiguration，@EnableAutoConfiguration以及@ComponentScan这三个注解的组合

① @SpringBootConfiguration

Spring Boot的配置类；标注在某个类上，表示一个类提供了Spring Boot应用程序

@Target(ElementType.TYPE)

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)

@Documented

@Configuration

public @interface SpringBootConfiguration {

@Configuration:配置类上来标注这个注解；

@Target(ElementType.TYPE)

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)

@Documented

@Component

public @interface Configuration {

注意：

配置类相当于配置文件；配置类也是容器中的一个组件，它使用了@Component这个注解。

② @EnableAutoConfiguration

告诉SpringBoot开启自动配置功能，这样自动配置才能生效
借助@import,扫描并实例化满足条件的自动配置的bean，然后加载到IOC容器中

@Target(ElementType.TYPE)

@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)

@Documented

@Inherited

@AutoConfigurationPackage

@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)

public @interface EnableAutoConfiguration { 

   


String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";


/** * Exclude specific auto-configuration classes such that they will never be applied. * @return the classes to exclude */
Class[] exclude() default { 

   };


/** * Exclude specific auto-configuration class names such that they will never be * applied. * @return the class names to exclude * @since 1.3.0 */
String[] excludeName() default { 

   };



}

@AutoConfigurationPackage：自动配置包
@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)：给容器中导入组件

使用@EnableAutoConfiguration
这个注解开启自动扫描，然后使用select选择挑选满足条件的文件，并且使用SpringFactoriesLoader进行实例化。最后加载到IOC容器里面，即ApplicationContext中。

③ @ComponentScan

@ComponentScan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容器中去。

二、实例化SpringApplication对象的源码剖析

源码剖析

/** * Create a new {@link SpringApplication} instance. The application context will load * beans from the specified primary sources (see {@link SpringApplication class-level} * documentation for details. The instance can be customized before calling * {@link #run(String...)}. * @param resourceLoader the resource loader to use * @param primarySources the primary bean sources * @see #run(Class, String[]) * @see #setSources(Set) */

@SuppressWarnings({ 

    "unchecked", "rawtypes" })

public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class... primarySources) { 

   
// 初始化资源加载器
this.resourceLoader = resourceLoader;
// 资源加载类不能为 null
Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
// 初始化加载资源类集合并去重
this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
// 推断应用程序是不是web应用
this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();
// 设置初始化器(Initializer)
setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
// 设置监听器 
setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
// 推断出主应用入口类
this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();

}

其中，在推断应用程序是不是web应用的时候调用了deduceFromClasspath() 方法

源码剖析

static WebApplicationType deduceFromClasspath() { 

   
	if (ClassUtils.isPresent(WEBFLUX_INDICATOR_CLASS, null) && !ClassUtils.isPresent(WEBMVC_INDICATOR_CLASS, null)
			&& !ClassUtils.isPresent(JERSEY_INDICATOR_CLASS, null)) { 

   
		// springboot2.0提出的响应式web应用 
		return WebApplicationType.REACTIVE;
	}
	for (String className : SERVLET_INDICATOR_CLASSES) { 

   
		// 如果两个包路径都没有的话，就是普通应用
		if (!ClassUtils.isPresent(className, null)) { 

   
			// 普通的应用
			return WebApplicationType.NONE;
		}
	}
	// 其实最后返回的就是这个servlet，因为是web应用
	return WebApplicationType.SERVLET;
}

1. 设置初始化器(Initializer)

initializers 是 SpringApplication 中的一个实例属性

源码剖析

/** * Sets the {@link ApplicationContextInitializer} that will be applied to the Spring * {@link ApplicationContext}. * @param initializers the initializers to set */

public void setInitializers(Collection> initializers) { 

   
this.initializers = new ArrayList<>(initializers);

}

initailizer实现了ApplicationContextInitializer接口

源码剖析

/** * Callback interface for initializing a Spring {@link ConfigurableApplicationContext} * prior to being {@linkplain ConfigurableApplicationContext#refresh() refreshed}. * * Typically used within web applications that require some programmatic initialization * of the application context. For example, registering property sources or activating * profiles against the {@linkplain ConfigurableApplicationContext#getEnvironment() * context's environment}. See {@code ContextLoader} and {@code FrameworkServlet} support * for declaring a "contextInitializerClasses" context-param and init-param, respectively. * * {@code ApplicationContextInitializer} processors are encouraged to detect * whether Spring's {@link org.springframework.core.Ordered Ordered} interface has been * implemented or if the @{@link org.springframework.core.annotation.Order Order} * annotation is present and to sort instances accordingly if so prior to invocation. * * @author Chris Beams * @since 3.1 * @param  the application context type * @see org.springframework.web.context.ContextLoader#customizeContext * @see org.springframework.web.context.ContextLoader#CONTEXT_INITIALIZER_CLASSES_PARAM * @see org.springframework.web.servlet.FrameworkServlet#setContextInitializerClasses * @see org.springframework.web.servlet.FrameworkServlet#applyInitializers */

public interface ApplicationContextInitializer { 

   


/** * Initialize the given application context. * @param applicationContext the application to configure */
 // 把初始化的ApplicationContextInitializer实现类加载到SpringApplication中
void initialize(C applicationContext);



}

总结：

ApplicationContextInitializer接口的作用，在Spring上下文被刷新之前进行初始化的操作。典型地比如在Web应用中，注册Property Sources或者是激活Profiles。Property Sources比较好理解，就是配置文件。Profiles是Spring为了在不同环境下(如DEV，TEST，PRODUCTION等)，加载不同的配置项而抽象出来的一个实体。

调用initialize()方法，把初始化的ApplicationContextInitializer实现加载到SpringApplication中

通过getSpringFactoriesInstances(
ApplicationContextInitializer.class)方法获得实现类

源码剖析

private  Collection getSpringFactoriesInstances(Class type) { 

   
return getSpringFactoriesInstances(type, new Class[] { 

   });

}



private  Collection getSpringFactoriesInstances(Class type, Class[] parameterTypes, Object... args) { 

   
ClassLoader classLoader = getClassLoader();
// Use names and ensure unique to protect against duplicates
// 使用 Set保存names
Set names = new LinkedHashSet<>(SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(type, classLoader));
// 根据names进行实例化
List instances = createSpringFactoriesInstances(type, parameterTypes, classLoader, args, names);
// 对实例进行排序
AnnotationAwareOrderComparator.sort(instances);
return instances;

}

2. 设置监听器

源码剖析

/** * Sets the {@link ApplicationListener}s that will be applied to the SpringApplication * and registered with the {@link ApplicationContext}. * @param listeners the listeners to set */

public void setListeners(Collection> listeners) { 

   
this.listeners = new ArrayList<>(listeners);

}

继承了ApplicationListener()接口

源码剖析

/** * Interface to be implemented by application event listeners. * * Based on the standard {@code java.util.EventListener} interface * for the Observer design pattern. * * As of Spring 3.0, an {@code ApplicationListener} can generically declare * the event type that it is interested in. When registered with a Spring * {@code ApplicationContext}, events will be filtered accordingly, with the * listener getting invoked for matching event objects only. * * @author Rod Johnson * @author Juergen Hoeller * @param  the specific {@code ApplicationEvent} subclass to listen to * @see org.springframework.context.ApplicationEvent * @see org.springframework.context.event.ApplicationEventMulticaster * @see org.springframework.context.event.EventListener */

@FunctionalInterface

public interface ApplicationListener extends EventListener { 

   


/** * Handle an application event. * @param event the event to respond to */
void onApplicationEvent(E event);



}

总结：

在这里使用到了观察者模式，有一个被观察者和许多观察者，当被观察者的状态发生改变时，要通知所有的观察者做一些操作。

3. 推断主应用入口类

源码剖析

private Class deduceMainApplicationClass() { 

   
try { 

   
	// 构造一个异常类
	StackTraceElement[] stackTrace = new RuntimeException().getStackTrace();
	for (StackTraceElement stackTraceElement : stackTrace) { 

   
		// 通过main的栈帧推断出入口类的名字
		if ("main".equals(stackTraceElement.getMethodName())) { 

   
			return Class.forName(stackTraceElement.getClassName());
		}
	}
}
catch (ClassNotFoundException ex) { 

   
	// Swallow and continue
}
return null;

}

三、run() 方法源码剖析

源码剖析

/** * Run the Spring application, creating and refreshing a new * {@link ApplicationContext}. * @param args the application arguments (usually passed from a Java main method) * @return a running {@link ApplicationContext} */

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) { 

   
// 记时器，统计应用启动的时间
StopWatch stopWatch = new StopWatch();
stopWatch.start();
// 初始化应用上下文和异常报告集合
ConfigurableApplicationContext context = null;
// SpringBootExceptionReporter 是异常处理器，启动的时候通过它把异常信息展示出来
Collection exceptionReporters = new ArrayList<>();
 // 设置系统属性java.awt.headless的值，默认为true
configureHeadlessProperty();
// 监听器，SpringApplicationRunListeners实际上是一个集合
SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
// 回调所有的获取SpringApplicationRunListener.starting()方法
listeners.starting();
try { 

   
	// 初始化默认参数
	ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
	// 准备 Spring 环境
	ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
	// 创建环境完成后回调，配置bean
	configureIgnoreBeanInfo(environment);
	// 打印器，springboot启动的时候会打印springboot的标志以及对应的版本
	Banner printedBanner = printBanner(environment);
	// 创建Spring应用上下文，来决定创建web的ioc还是普通的ioc
	context = createApplicationContext();
	// 实例化异常报告器
	exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class,
			new Class[] { 

    ConfigurableApplicationContext.class }, context);
	//准备上下文环境

        // Spring上下文前置处理
	prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
	// prepareContext运行完成以后回调所有的SpringApplicationRunListener的contextLoaded（）；
	// Spring上下文刷新，表示刷新完成，进行后续的一些操作
	refreshContext(context);

        // Spring上下文后置处理
	afterRefresh(context, applicationArguments);
	// 停止计时器
	stopWatch.stop();
	// 输出日志记录的类名、时间信息
	if (this.logStartupInfo) { 

   
		new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
	}
	// 发布应用上下文启动完成事件
	listeners.started(context);
	// 执行所有 Runner 运行器
	callRunners(context, applicationArguments);
}
catch (Throwable ex) { 

   
	handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
	throw new IllegalStateException(ex);
}


try { 

   
	// 发布应用上下文就绪事件
	listeners.running(context);
}
catch (Throwable ex) { 

   
	handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
	throw new IllegalStateException(ex);
}
// 返回应用上下文
return context;

}

1. 开启计时器

开启计时器，用来统计应用启动的时间

public void start() throws IllegalStateException { 

   
	// 传入一个空字符串作为当前任务的名称

        this.start("");

    }



    public void start(String taskName) throws IllegalStateException { 

   

        if (this.currentTaskName != null) { 

   

        	// 如果当前任务名字不为空，抛出异常

            throw new IllegalStateException("Can't start StopWatch: it's already running");

        } else { 

   

        	// 否则，记录当前任务的开始时间

            this.currentTaskName = taskName;

            this.startTimeNanos = System.nanoTime();

        }

    }

首先，传入一个空字符串作为当前任务的名称

其次，判断当前任务名是否空，如果为空，则记录当前应用启动的开始时间

2. 设置系统属性的值

系统属性的值默认是true，系统属性的值来源于System.getProperty()。

private void configureHeadlessProperty() { 

   
	System.setProperty(SYSTEM_PROPERTY_JAVA_AWT_HEADLESS,
			System.getProperty(SYSTEM_PROPERTY_JAVA_AWT_HEADLESS, Boolean.toString(this.headless)));
}

3. 监听器

private SpringApplicationRunListeners getRunListeners(String[] args) { 

   
	// 类加载对应的监听器
	Class[] types = new Class[] { 

    SpringApplication.class, String[].class };
	// 创建SpringApplicationRunListener实例
	return new SpringApplicationRunListeners(logger,
			getSpringFactoriesInstances(SpringApplicationRunListener.class, types, this, args));
}

4. 初始化默认参数

ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);

5.创建 Spring 环境

private ConfigurableEnvironment prepareEnvironment(

        SpringApplicationRunListeners listeners,

        ApplicationArguments applicationArguments) { 

   

    // 获取环境。如果存在就直接返回，否则先创建一个再返回

    ConfigurableEnvironment environment = getOrCreateEnvironment();

    // 配置环境

    configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs());

    // 准备监听器环境

    listeners.environmentPrepared(environment);

    // 将环境绑定到SpringApplication上面

    bindToSpringApplication(environment);

    // 如果不是web应用环境，将环境转换成StandardEnvironment

    if (this.webApplicationType == WebApplicationType.NONE) { 

   

        environment = new EnvironmentConverter(getClassLoader())

                .convertToStandardEnvironmentIfNecessary(environment);

    }

    ConfigurationPropertySources.attach(environment);

    // 返回环境

    return environment;

}

总结：

获取环境。如果存在就直接返回，否则先创建一个再返回

配置环境

准备监听器环境

将环境绑定到SpringApplication上面

如果不是web应用环境，将环境转换成StandardEnvironment

最后返回环境

6. 打印器

springboot启动的时候会打印springboot的标志以及对应的版本

private Banner printBanner(ConfigurableEnvironment environment) { 

   
	if (this.bannerMode == Banner.Mode.OFF) { 

   
		return null;
	}
	ResourceLoader resourceLoader = (this.resourceLoader != null) ? this.resourceLoader
			: new DefaultResourceLoader(getClassLoader());
	SpringApplicationBannerPrinter bannerPrinter = new SpringApplicationBannerPrinter(resourceLoader, this.banner);
	if (this.bannerMode == Mode.LOG) { 

   
		return bannerPrinter.print(environment, this.mainApplicationClass, logger);
	}
	return bannerPrinter.print(environment, this.mainApplicationClass, System.out);
}

7. 创建Spring应用上下文

protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() { 

   
// 首先进行判断有没有指定的实现类
Class contextClass = this.applicationContextClass;
// 如果没有，则根据应用类型选择
if (contextClass == null) { 

   
	try { 

   
		// 根据webApplicationType的类型去反射创建ConfigurableApplicationContext的具体实例
		switch (this.webApplicationType) { 

   
		case SERVLET:
			contextClass = Class.forName(DEFAULT_SERVLET_WEB_CONTEXT_CLASS);
			break;
		case REACTIVE:
			contextClass = Class.forName(DEFAULT_REACTIVE_WEB_CONTEXT_CLASS);
			break;
		default:
			contextClass = Class.forName(DEFAULT_CONTEXT_CLASS);
		}
	}
	catch (ClassNotFoundException ex) { 

   
		throw new IllegalStateException(
				"Unable create a default ApplicationContext, please specify an ApplicationContextClass", ex);
	}
}
// 通过反射，得到创建的对象
return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);

}

总结：

首先进行判断有没有指定的实现类；如果没有，则根据应用类型选择；

根据webApplicationType的类型去反射创建ConfigurableApplicationContext的具体实例；

最后通过反射，得到创建的对象

对于Web应用，上下文类型是DEFAULT_WEB_CONTEXT_CLASS。

8. 实例化异常报告器

用 getSpringFactoriesInstances() 方法，获取配置的异常类名称，并实例化所有的异常类。

源码剖析

private  Collection getSpringFactoriesInstances(Class type, Class[] parameterTypes, Object... args) { 

   
ClassLoader classLoader = getClassLoader();
// Use names and ensure unique to protect against duplicates
// 使用名称并确保唯一，以防止重复
Set names = new LinkedHashSet<>(SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(type, classLoader));
List instances = createSpringFactoriesInstances(type, parameterTypes, classLoader, args, names);
AnnotationAwareOrderComparator.sort(instances);
return instances;

}

9. Spring上下文前置处理

源码剖析

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context, ConfigurableEnvironment environment,
		SpringApplicationRunListeners listeners, ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) { 

   
// 给IOC容器设置一些环境属性
context.setEnvironment(environment);
// 给IOC容器注册一些组件
postProcessApplicationContext(context);
// 调用初始化方法
applyInitializers(context);
// 监听器，触发contextPrepared 事件
listeners.contextPrepared(context);
// 记录启动过程中的日志
if (this.logStartupInfo) { 

   
	logStartupInfo(context.getParent() == null);
	logStartupProfileInfo(context);
}
// Add boot specific singleton beans
// 添加特定的单例beans
ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = context.getBeanFactory();
beanFactory.registerSingleton("springApplicationArguments", applicationArguments);
if (printedBanner != null) { 

   
	beanFactory.registerSingleton("springBootBanner", printedBanner);
}
if (beanFactory instanceof DefaultListableBeanFactory) { 

   
	((DefaultListableBeanFactory) beanFactory)
			.setAllowBeanDefinitionOverriding(this.allowBeanDefinitionOverriding);
}
if (this.lazyInitialization) { 

   
	context.addBeanFactoryPostProcessor(new LazyInitializationBeanFactoryPostProcessor());
}
// Load the sources
// 加载所有资源
Set

深入剖析Springboot启动原理的底层源码，再也不怕面试官问了！

文章目录

一、入口类及其源码剖析

二、实例化SpringApplication对象的源码剖析

1. 设置初始化器(Initializer)

2. 设置监听器

3. 推断主应用入口类

三、run() 方法源码剖析

1. 开启计时器

2. 设置系统属性的值

3. 监听器

4. 初始化默认参数

5.创建 Spring 环境

6. 打印器

7. 创建Spring应用上下文

8. 实例化异常报告器

9. Spring上下文前置处理

10. Spring上下文刷新

11. Spring上下文后置处理

12. 停止计时器

13. 发布Spring上下文启动完成事件

14. 执行所有 Runner 运行器

15. 发布Spring上下文就绪事件

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