一個面試題引起的SpringBoot啟動解析

祖大帥發表於2018-08-06
面試題Spring Boot

SpringBoot的故事從一個面試題開始

Spring Boot、Spring MVC 和 Spring 有什麼區別？

分開描述各自的特徵：
Spring 框架就像一個家族，有眾多衍生產品例如 boot、security、jpa等等。但他們的基礎都是Spring 的ioc和 aop，ioc 提供了依賴注入的容器， aop解決了面向橫切面的程式設計，然後在此兩者的基礎上實現了其他延伸產品的高階功能。

Spring MVC提供了一種輕度耦合的方式來開發web應用。它是Spring的一個模組，是一個web框架。通過Dispatcher Servlet, ModelAndView 和 View Resolver，開發web應用變得很容易。解決的問題領域是網站應用程式或者服務開發——URL路由、Session、模板引擎、靜態Web資源等等。

Spring Boot實現了自動配置，降低了專案搭建的複雜度。它主要是為了解決使用Spring框架需要進行大量的配置太麻煩的問題，所以它並不是用來替代Spring的解決方案，而是和Spring框架緊密結合用於提升Spring開發者體驗的工具。同時它整合了大量常用的第三方庫配置(例如Jackson, JDBC, Mongo, Redis, Mail等等)，Spring Boot應用中這些第三方庫幾乎可以零配置的開箱即用(out-of-the-box)。

所以，用最簡練的語言概括就是:
Spring 是一個“引擎”;
Spring MVC 是基於Spring的一個 MVC 框架;
Spring Boot 是基於Spring4的條件註冊的一套快速開發整合包。

一個面試題引起的SpringBoot啟動解析

SpringBoot到底是怎麼做到自動配置的？

從程式碼裡看專案SpringBoot的專案啟動類只有一個註解@SpringBootApplication和一個run方法。

@SpringBootApplication
public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}
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直接看@SpringBootApplication的程式碼：

@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 {
    @AliasFor(
        annotation = EnableAutoConfiguration.class
    )
    Class<?>[] exclude() default {};

    @AliasFor(
        annotation = EnableAutoConfiguration.class
    )
    String[] excludeName() default {};

    @AliasFor(
        annotation = ComponentScan.class,
        attribute = "basePackages"
    )
    String[] scanBasePackages() default {};

    @AliasFor(
        annotation = ComponentScan.class,
        attribute = "basePackageClasses"
    )
    Class<?>[] scanBasePackageClasses() default {};
}
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@SpringBootApplication：包含了@SpringBootConfiguration（開啟是@Configuration），@EnableAutoConfiguration，@ComponentScan註解。

@Configuration

JavaConfig形式的Spring Ioc容器的配置類使用的那個@Configuration，SpringBoot社群推薦使用基於JavaConfig的配置形式，所以，這裡的啟動類標註了@Configuration之後，本身其實也是一個IoC容器的配置類。
對比一下傳統XML方式和config配置方式的區別：

  • XML宣告和定義配置方式：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
	xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:aop="http://www.springframework.org/schema/aop"
	xmlns:context="http://www.springframework.org/schema/context" xmlns:tx="http://www.springframework.org/schema/tx"
	xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans 
						http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-3.0.xsd
						http://www.springframework.org/schema/aop 
						http://www.springframework.org/schema/aop/spring-aop-3.0.xsd
						http://www.springframework.org/schema/context 
						http://www.springframework.org/schema/context/spring-context-3.0.xsd
						http://www.springframework.org/schema/tx 
						http://www.springframework.org/schema/tx/spring-tx-3.0.xsd
	">
	<bean id="app" class="com..." />
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  • 用一個過濾器舉例，JavaConfig的配置方式是這樣：
@Configuration
public class DruidConfiguration {    
    @Bean
    public FilterRegistrationBean statFilter(){
        //建立過濾器
        FilterRegistrationBean filterRegistrationBean = new FilterRegistrationBean(new WebStatFilter());
        //設定過濾器過濾路徑
        filterRegistrationBean.addUrlPatterns("/*");
        //忽略過濾的形式
        filterRegistrationBean.addInitParameter("exclusions","*.js,*.gif,*.jpg,*.png,*.css,*.ico,/druid/*");
        return filterRegistrationBean;
    }
}

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任何一個標註了@Configuration的Java類定義都是一個JavaConfig配置類。
任何一個標註了@Bean的方法，其返回值將作為一個bean定義註冊到Spring的IoC容器，方法名將預設成該bean定義的id。

@ComponentScan

@ComponentScan對應XML配置中的元素，@ComponentScan的功能其實就是自動掃描並載入符合條件的元件（比如@Component和@Repository等）或者bean定義，最終將這些bean定義載入到IoC容器中。
我們可以通過basePackages等屬性來細粒度的定製@ComponentScan自動掃描的範圍，如果不指定，則預設Spring框架實現會從宣告@ComponentScan所在類的package進行掃描。
注：所以SpringBoot的啟動類最好是放在root package下，因為預設不指定basePackages。

@EnableAutoConfiguration

（核心內容）看英文意思就是自動配置，概括一下就是，藉助@Import的幫助，將所有符合自動配置條件的bean定義載入到IoC容器。

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import({AutoConfigurationImportSelector.class})
public @interface EnableAutoConfiguration {
    String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";

    Class<?>[] exclude() default {};

    String[] excludeName() default {};
}
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裡面最關鍵的是@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)，藉助EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以幫助SpringBoot應用將所有符合條件的@Configuration配置都載入到當前SpringBoot建立並使用的IoC容器。該配置模組的主要使用到了SpringFactoriesLoader。

SpringFactoriesLoader詳解

SpringFactoriesLoader為Spring工廠載入器，該物件提供了loadFactoryNames方法，入參為factoryClass和classLoader即需要傳入工廠類名稱和對應的類載入器，方法會根據指定的classLoader，載入該類加器搜尋路徑下的指定檔案，即spring.factories檔案，傳入的工廠類為介面，而檔案中對應的類則是介面的實現類，或最終作為實現類。

public abstract class SpringFactoriesLoader {
    //...
    public static <T> List<T> loadFactories(Class<T> factoryClass, ClassLoader classLoader) {
        ...
    }
    public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, ClassLoader classLoader) {
        ....
    }
}
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所以檔案中一般為如下圖這種一對多的類名集合，獲取到這些實現類的類名後，loadFactoryNames方法返回類名集合，方法呼叫方得到這些集合後，再通過反射獲取這些類的類物件、構造方法，最終生成例項。

一個面試題引起的SpringBoot啟動解析
下圖有助於我們形象理解自動配置流程（盜個圖）

一個面試題引起的SpringBoot啟動解析

AutoConfigurationImportSelector

繼續上面講的AutoConfigurationImportSelector.class。該類主要關注selectImports方法

public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
        if (!this.isEnabled(annotationMetadata)) {
            return NO_IMPORTS;
        } else {
            AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader.loadMetadata(this.beanClassLoader);
            AnnotationAttributes attributes = this.getAttributes(annotationMetadata);
            List<String> configurations = this.getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes);
            configurations = this.removeDuplicates(configurations);
            Set<String> exclusions = this.getExclusions(annotationMetadata, attributes);
            this.checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
            configurations.removeAll(exclusions);
            configurations = this.filter(configurations, autoConfigurationMetadata);
            this.fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
            return StringUtils.toStringArray(configurations);
        }
    }
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該方法在springboot啟動流程——bean例項化前被執行，返回要例項化的類資訊列表。如果獲取到類資訊，spring可以通過類載入器將類載入到jvm中，現在我們已經通過spring-boot的starter依賴方式依賴了我們需要的元件，那麼這些元件的類資訊在select方法中就可以被獲取到。

protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
        List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(this.getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(), this.getBeanClassLoader());
        Assert.notEmpty(configurations, "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories. If you are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
        return configurations;
    }
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方法中的getCandidateConfigurations方法，其返回一個自動配置類的類名列表，方法呼叫了loadFactoryNames方法，檢視該方法

public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, @Nullable ClassLoader classLoader) {
        String factoryClassName = factoryClass.getName();
        return (List)loadSpringFactories(classLoader).getOrDefault(factoryClassName, Collections.emptyList());
    }
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自動配置器會跟根據傳入的factoryClass.getName()到專案系統路徑下所有的spring.factories檔案中找到相應的key，從而載入裡面的類。我們就選取這個mybatis-spring-boot-autoconfigure下的spring.factories檔案

# Auto Configure
org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
org.mybatis.spring.boot.autoconfigure.MybatisAutoConfiguration
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進入org.mybatis.spring.boot.autoconfigure.MybatisAutoConfiguration中，又是一堆註解

@org.springframework.context.annotation.Configuration
@ConditionalOnClass({SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class})
@ConditionalOnBean({DataSource.class})
@EnableConfigurationProperties({MybatisProperties.class})
@AutoConfigureAfter({DataSourceAutoConfiguration.class})
public class MybatisAutoConfiguration
{
  private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MybatisAutoConfiguration.class);
  private final MybatisProperties properties;
  private final Interceptor[] interceptors;
  private final ResourceLoader resourceLoader;
  private final DatabaseIdProvider databaseIdProvider;
  private final List<ConfigurationCustomizer> configurationCustomizers;
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  • @Spring的Configuration是一個通過註解標註的springBean，

  • @ConditionalOnClass({ SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class})這個註解的意思是：當存在SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class這兩個類時才解析MybatisAutoConfiguration配置類,否則不解析這一個配置類。我們需要mybatis為我們返回會話物件，就必須有會話工廠相關類

  • @CondtionalOnBean(DataSource.class):只有處理已經被宣告為bean的dataSource

  • @ConditionalOnMissingBean(MapperFactoryBean.class)這個註解的意思是如果容器中不存在name指定的bean則建立bean注入，否則不執行

以上配置可以保證sqlSessionFactory、sqlSessionTemplate、dataSource等mybatis所需的元件均可被自動配置，@Configuration註解已經提供了Spring的上下文環境，所以以上元件的配置方式與Spring啟動時通過mybatis.xml檔案進行配置起到一個效果。
只要一個基於SpringBoot專案的類路徑下存在SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class，並且容器中已經註冊了dataSourceBean，就可以觸發自動化配置，意思說我們只要在maven的專案中加入了mybatis所需要的若干依賴，就可以觸發自動配置，但引入mybatis原生依賴的話，每整合一個功能都要去修改其自動化配置類，那就得不到開箱即用的效果了。所以Spring-boot為我們提供了統一的starter可以直接配置好相關的類，觸發自動配置所需的依賴(mybatis)如下：

<dependency>
            <groupId>org.mybatis.spring.boot</groupId>
            <artifactId>mybatis-spring-boot-starter</artifactId>
</dependency>
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因為maven依賴的傳遞性，我們只要依賴starter就可以依賴到所有需要自動配置的類，實現開箱即用的功能。也體現出Springboot簡化了Spring框架帶來的大量XML配置以及複雜的依賴管理，讓開發人員可以更加關注業務邏輯的開發。

再貼個盜的圖SpringBoot的啟動結構圖

一個面試題引起的SpringBoot啟動解析

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