漲姿勢：Spring Boot 2.x 啟動全過程原始碼分析

Java技術棧發表於2019-01-19
Spring Boot原始碼

上篇《Spring Boot 2.x 啟動全過程原始碼分析（一）入口類剖析》我們分析了 Spring Boot 入口類 SpringApplication 的原始碼，並知道了其構造原理，這篇我們繼續往下面分析其核心 run 方法。

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SpringApplication 例項 run 方法執行過程

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上面分析了 SpringApplication 例項物件構造方法初始化過程，下面繼續來看下這個 SpringApplication 物件的 run 方法的原始碼和執行流程。

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    // 1、建立並啟動計時監控類
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    
    // 2、初始化應用上下文和異常報告集合
    ConfigurableApplicationContext context = null;
    Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();
    
    // 3、設定系統屬性 `java.awt.headless` 的值，預設值為：true
    configureHeadlessProperty();
    
    // 4、建立所有 Spring 執行監聽器併發布應用啟動事件
    SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
    listeners.starting();
    
    try {
        // 5、初始化預設應用引數類
        ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(
                args);
                
        // 6、根據執行監聽器和應用引數來準備 Spring 環境
        ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,
                applicationArguments);
        configureIgnoreBeanInfo(environment);
        
        // 7、建立 Banner 列印類
        Banner printedBanner = printBanner(environment);
        
        // 8、建立應用上下文
        context = createApplicationContext();
        
        // 9、準備異常報告器
        exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(
                SpringBootExceptionReporter.class,
                new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);
                
        // 10、準備應用上下文
        prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,
                printedBanner);
                
        // 11、重新整理應用上下文
        refreshContext(context);
        
        // 12、應用上下文重新整理後置處理
        afterRefresh(context, applicationArguments);
        
        // 13、停止計時監控類
        stopWatch.stop();
        
        // 14、輸出日誌記錄執行主類名、時間資訊
        if (this.logStartupInfo) {
            new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)
                    .logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
        }
        
        // 15、釋出應用上下文啟動完成事件
        listeners.started(context);
        
        // 16、執行所有 Runner 執行器
        callRunners(context, applicationArguments);
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }

    try {
        // 17、釋出應用上下文就緒事件
        listeners.running(context);
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
    
    // 18、返回應用上下文
    return context;
}

所以，我們可以按以下幾步來分解 run 方法的啟動過程。

1、建立並啟動計時監控類

StopWatch stopWatch = new StopWatch();
stopWatch.start();

來看下這個計時監控類 StopWatch 的相關原始碼：

public void start() throws IllegalStateException {
    start("");
}

public void start(String taskName) throws IllegalStateException {
    if (this.currentTaskName != null) {
        throw new IllegalStateException("Can't start StopWatch: it's already running");
    }
    this.currentTaskName = taskName;
    this.startTimeMillis = System.currentTimeMillis();
}

首先記錄了當前任務的名稱，預設為空字串，然後記錄當前 Spring Boot 應用啟動的開始時間。

2、初始化應用上下文和異常報告集合

ConfigurableApplicationContext context = null;
Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();

3、設定系統屬性 java.awt.headless 的值

configureHeadlessProperty();

設定該預設值為：true，Java.awt.headless = true 有什麼作用？

對於一個 Java 伺服器來說經常要處理一些圖形元素，例如地圖的建立或者圖形和圖表等。這些API基本上總是需要執行一個X-server以便能使用AWT（Abstract Window Toolkit，抽象視窗工具集）。然而執行一個不必要的 X-server 並不是一種好的管理方式。有時你甚至不能執行 X-server,因此最好的方案是執行 headless 伺服器，來進行簡單的影像處理。

參考：www.cnblogs.com/princessd8251/p/4000016.html

4、建立所有 Spring 執行監聽器併發布應用啟動事件

SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
listeners.starting();

來看下建立 Spring 執行監聽器相關的原始碼：

private SpringApplicationRunListeners getRunListeners(String[] args) {
    Class<?>[] types = new Class<?>[] { SpringApplication.class, String[].class };
    return new SpringApplicationRunListeners(logger, getSpringFactoriesInstances(
            SpringApplicationRunListener.class, types, this, args));
}

SpringApplicationRunListeners(Log log,
        Collection<? extends SpringApplicationRunListener> listeners) {
    this.log = log;
    this.listeners = new ArrayList<>(listeners);
}

建立邏輯和之前例項化初始化器和監聽器的一樣，一樣呼叫的是 getSpringFactoriesInstances 方法來獲取配置的監聽器名稱並例項化所有的類。

SpringApplicationRunListener 所有監聽器配置在 spring-boot-2.0.3.RELEASE.jar!/META-INF/spring.factories 這個配置檔案裡面。

# Run Listeners
org.springframework.boot.SpringApplicationRunListener=\
org.springframework.boot.context.event.EventPublishingRunListener

5、初始化預設應用引數類

ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(
        args);

6、根據執行監聽器和應用引數來準備 Spring 環境

ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,
        applicationArguments);
configureIgnoreBeanInfo(environment);

下面我們主要來看下準備環境的 prepareEnvironment 原始碼：

private ConfigurableEnvironment prepareEnvironment(
        SpringApplicationRunListeners listeners,
        ApplicationArguments applicationArguments) {
    // 6.1) 獲取（或者建立）應用環境
    ConfigurableEnvironment environment = getOrCreateEnvironment();
    
    // 6.2) 配置應用環境
    configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs());
    listeners.environmentPrepared(environment);
    bindToSpringApplication(environment);
    if (this.webApplicationType == WebApplicationType.NONE) {
        environment = new EnvironmentConverter(getClassLoader())
                .convertToStandardEnvironmentIfNecessary(environment);
    }
    ConfigurationPropertySources.attach(environment);
    return environment;
}

6.1) 獲取（或者建立）應用環境

private ConfigurableEnvironment getOrCreateEnvironment() {
    if (this.environment != null) {
        return this.environment;
    }
    if (this.webApplicationType == WebApplicationType.SERVLET) {
        return new StandardServletEnvironment();
    }
    return new StandardEnvironment();
}

這裡分為標準 Servlet 環境和標準環境。

6.2) 配置應用環境

protected void configureEnvironment(ConfigurableEnvironment environment,
        String[] args) {
    configurePropertySources(environment, args);
    configureProfiles(environment, args);
}

這裡分為以下兩步來配置應用環境。

  • 配置 property sources
  • 配置 Profiles

這裡主要處理所有 property sources 配置和 profiles 配置。

7、建立 Banner 列印類

Banner printedBanner = printBanner(environment);

這是用來列印 Banner 的處理類，這個沒什麼好說的。

8、建立應用上下文

context = createApplicationContext();

來看下 createApplicationContext() 方法的原始碼：

protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
    Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;
    if (contextClass == null) {
        try {
            switch (this.webApplicationType) {
            case SERVLET:
                contextClass = Class.forName(DEFAULT_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);
        }
    }
    return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);
}

其實就是根據不同的應用型別初始化不同的上下文應用類。

9、準備異常報告器

exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(
        SpringBootExceptionReporter.class,
        new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);

邏輯和之前例項化初始化器和監聽器的一樣，一樣呼叫的是 getSpringFactoriesInstances 方法來獲取配置的異常類名稱並例項化所有的異常處理類。

該異常報告處理類配置在 spring-boot-2.0.3.RELEASE.jar!/META-INF/spring.factories 這個配置檔案裡面。

# Error Reporters
org.springframework.boot.SpringBootExceptionReporter=\
org.springframework.boot.diagnostics.FailureAnalyzers

10、準備應用上下文

prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,
        printedBanner);

來看下 prepareContext() 方法的原始碼：

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context,
        ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners,
        ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) {
    // 10.1）繫結環境到上下文
    context.setEnvironment(environment);
    
    // 10.2）配置上下文的 bean 生成器及資源載入器
    postProcessApplicationContext(context);
    
    // 10.3）為上下文應用所有初始化器
    applyInitializers(context);
    
    // 10.4）觸發所有 SpringApplicationRunListener 監聽器的 contextPrepared 事件方法
    listeners.contextPrepared(context);
    
    // 10.5）記錄啟動日誌
    if (this.logStartupInfo) {
        logStartupInfo(context.getParent() == null);
        logStartupProfileInfo(context);
    }

    // 10.6）註冊兩個特殊的單例bean
    context.getBeanFactory().registerSingleton("springApplicationArguments",
            applicationArguments);
    if (printedBanner != null) {
        context.getBeanFactory().registerSingleton("springBootBanner", printedBanner);
    }

    // 10.7）載入所有資源
    Set<Object> sources = getAllSources();
    Assert.notEmpty(sources, "Sources must not be empty");
    load(context, sources.toArray(new Object[0]));
    
    // 10.8）觸發所有 SpringApplicationRunListener 監聽器的 contextLoaded 事件方法
    listeners.contextLoaded(context);
}

11、重新整理應用上下文

refreshContext(context);

這個主要是重新整理 Spring 的應用上下文，原始碼如下，不詳細說明。

private void refreshContext(ConfigurableApplicationContext context) {
    refresh(context);
    if (this.registerShutdownHook) {
        try {
            context.registerShutdownHook();
        }
        catch (AccessControlException ex) {
            // Not allowed in some environments.
        }
    }
}

12、應用上下文重新整理後置處理

afterRefresh(context, applicationArguments);

看了下這個方法的原始碼是空的，目前可以做一些自定義的後置處理操作。

/**
 * Called after the context has been refreshed.
 * @param context the application context
 * @param args the application arguments
 */
protected void afterRefresh(ConfigurableApplicationContext context,
        ApplicationArguments args) {
}

13、停止計時監控類

stopWatch.stop();

public void stop() throws IllegalStateException {
    if (this.currentTaskName == null) {
        throw new IllegalStateException("Can't stop StopWatch: it's not running");
    }
    long lastTime = System.currentTimeMillis() - this.startTimeMillis;
    this.totalTimeMillis += lastTime;
    this.lastTaskInfo = new TaskInfo(this.currentTaskName, lastTime);
    if (this.keepTaskList) {
        this.taskList.add(this.lastTaskInfo);
    }
    ++this.taskCount;
    this.currentTaskName = null;
}

計時監聽器停止，並統計一些任務執行資訊。

14、輸出日誌記錄執行主類名、時間資訊

if (this.logStartupInfo) {
    new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)
            .logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
}

15、釋出應用上下文啟動完成事件

listeners.started(context);

觸發所有 SpringApplicationRunListener 監聽器的 started 事件方法。

16、執行所有 Runner 執行器

callRunners(context, applicationArguments);

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);
        }
    }
}

執行所有 ApplicationRunner 和 CommandLineRunner 這兩種執行器，不詳細展開了。

17、釋出應用上下文就緒事件

listeners.running(context);

觸發所有 SpringApplicationRunListener 監聽器的 running 事件方法。

18、返回應用上下文

return context;

總結

Spring Boot 的啟動全過程原始碼分析至此，分析 Spring 原始碼真是一個痛苦的過程，希望能給大家提供一點參考和思路，也希望能給正在 Spring Boot 學習路上的朋友一點收穫。

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