SpringBoot啟動原理

程式設計一生發表於2020-11-11
Spring Boot

背景

1> 大家都知道SpringBoot是通過main函式啟動的，這裡面跟蹤程式碼到處都沒有找到while(true)，為什麼啟動後可以一直跑？

2> SpringBoot預設使用tomcat作為web容器。大家也可以通過在pom檔案中exclusion掉tomcat，denpendency jetty 的方法來使用jetty。那SpringBoot是怎麼做到在不同web容器之間切換的呢？

3> 傳統的web容器比如jetty本質上是直接通過java start.jar 來啟動，之後來載入spring上下文的，SpringBoot通過main函式是怎麼來啟動web容器的呢？

本文就這三個問題展開論述。

 

問題1分析

問題1很簡單，啟動後一直跑是因為啟動了執行緒池。原理就是有非deamon的執行緒在跑。Java虛擬機器規範定義要等所有使用者執行緒都執行完才會退出。

所以這個原理就和下面啟動執行緒池一樣

程式設計師修煉之道教我們：不要假定，要證明。雖然jetty使用執行緒池是常識，我們也來跟蹤下原始碼，看看執行緒池是在哪裡初始化的：

 

org.springframework.boot.web.embedded.jetty.JettyServletWebServerFactory類裡，建立Server的使用使用執行緒池作為初始化引數。然後建立了socket連線來監聽埠。（對於socket連線有之前沒接觸過的，可以自己查一下。建議動手實踐。《Java異常處理總結》這篇文章裡有不錯的簡單小例子可以實操下。）

 

到這裡，大家應該都明白了為什麼啟動後一直不停。但是又有疑問了：JettyServletWebServerFactory是個什麼東東？

 

問題2分析

 

關於問題2，我們寫個最簡單的類來debug一下：

 

 

 

進入SpringAppication.run的原始碼可以看到，裡面建立了一個context，預設是AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext。一初始化，在Bean定義裡就載入了spring開天闢地的5個Bean。

 

繼續向下執行走到AbstractApplicationContext的refresh方法，執行到onRefresh時，你進入方法裡發現實際上執行的是

ServletWebServerApplicationContext的onFresh

 

這裡面實際只做了一件事：建立web服務。

 

進入這個方法，debug到getWebServerFactory

來看一下：

獲取的正式JettyServletWebServerFactory。為啥不是TomcatServlet呢？ServletWebServerFactoryAutoConfiguration的原始碼很好的說明了這個問題。原始碼的大意是當tomcat依賴存在就用tomcat，不然就按順序找jetty存不存在，不存在再找Undertow存不存在。找到了就返回這個bean作為Servlet的工廠類。

@Configuration
@AutoConfigureOrder(-2147483648)
@ConditionalOnClass({ServletRequest.class})
@ConditionalOnWebApplication(
    type = Type.SERVLET
)
@EnableConfigurationProperties({ServerProperties.class})
@Import({ServletWebServerFactoryAutoConfiguration.BeanPostProcessorsRegistrar.class, EmbeddedTomcat.class, EmbeddedJetty.class, EmbeddedUndertow.class})
public class ServletWebServerFactoryAutoConfiguration {
    public ServletWebServerFactoryAutoConfiguration() {
    }

    @Bean
    public ServletWebServerFactoryCustomizer servletWebServerFactoryCustomizer(ServerProperties serverProperties) {
        return new ServletWebServerFactoryCustomizer(serverProperties);
    }

    @Bean
    @ConditionalOnClass(
        name = {"org.apache.catalina.startup.Tomcat"}
    )
    public TomcatServletWebServerFactoryCustomizer tomcatServletWebServerFactoryCustomizer(ServerProperties serverProperties) {
        return new TomcatServletWebServerFactoryCustomizer(serverProperties);
    }

    public static class BeanPostProcessorsRegistrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, BeanFactoryAware {
        private ConfigurableListableBeanFactory beanFactory;
        public BeanPostProcessorsRegistrar() {
        }

        public void setBeanFactory(BeanFactory beanFactory) throws BeansException {
            if (beanFactory instanceof ConfigurableListableBeanFactory) {
                this.beanFactory = (ConfigurableListableBeanFactory)beanFactory;
            }

        }

        public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata importingClassMetadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
            if (this.beanFactory != null) {
                this.registerSyntheticBeanIfMissing(registry, "webServerFactoryCustomizerBeanPostProcessor", WebServerFactoryCustomizerBeanPostProcessor.class);
                this.registerSyntheticBeanIfMissing(registry, "errorPageRegistrarBeanPostProcessor", ErrorPageRegistrarBeanPostProcessor.class);
            }
        }

        private void registerSyntheticBeanIfMissing(BeanDefinitionRegistry registry, String name, Class<?> beanClass) {
            if (ObjectUtils.isEmpty(this.beanFactory.getBeanNamesForType(beanClass, true, false))) {
                RootBeanDefinition beanDefinition = new RootBeanDefinition(beanClass);
                beanDefinition.setSynthetic(true);
                registry.registerBeanDefinition(name, beanDefinition);
            }

        }
    }
}

至此第二個問題也真相大白。

 

問題3分析

第三個問題是傳統的web容器比如jetty本質上是直接通過java start.jar 來啟動，之後來載入spring上下文的，SpringBoot通過main函式是怎麼來啟動web容器。

這個問題在前面問題分析過程中也給了很多線索。我們來回顧下：SpringApplication.run裡會建立Spring的應用上下文，預設是AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext。首先會載入Spring開天闢地的5個Bean。然後它初始化各種Bean工廠。

SpringBoot在ServletWebServerApplicationContext中過載了onRefresh方法，除了以前Spring預設的onRefresh方法外還增加了createWebServer方法，在這個方法中對Web容器進行了初始化工作。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    <version>${spring.boot.version}</version>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-logging</artifactId>
        </exclusion>
        <exclusion>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
        </exclusion>
        <exclusion>
            <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
            <artifactId>jackson-databind</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-jetty</artifactId>
    <version>${spring.boot.version}</version>
    <exclusions>
        <exclusion>
            <groupId>org.eclipse.jetty.aggregate</groupId>
            <artifactId>jetty-all</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>

因為選擇servlet容器是類似於使用基於條件的註解方式。因為當exclusion掉tomcat後，只有jetty滿足條件，所以會載入JettyServletWebServerFactory。

通過getWebServer方法會new一個WebServer物件，new物件的方法會呼叫initialize方法，在這個方法中會對容器進行初始化並啟動。

而容器啟動的基本原理就是建立個執行緒池和網路套接字。用執行緒去處理套接字讀寫的內容。

 

總結

文字用帶有少許說明的三個問題開場展開論述，實際是使用了麥肯錫大法中的SCQA架構。

SCQA架構是金字塔模型裡面突出的一個論述方法，即“情境（Situation）、衝突（Complication）、問題（Question）、答案（Answer）”。可以幫助我們在陳述事實時條理更為清晰、有效。

SCQA其實只是麥肯錫做了總結。這個方法李清照都在用：

昨夜雨疏風驟，濃睡不消殘酒 （情境）

試問卷簾人，卻道海棠依舊（衝突）

知否，知否（問題）

應是綠肥紅瘦（答案）

 

文章正文看似一步步回答問題，實際上在講述怎樣去看spring原始碼，瞭解spring原理的一個過程。即：帶著問題去看，debug跟蹤原始碼驗證 的方法。

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