SpringBoot 原始碼解析筆記

Seazean發表於2021-08-06

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如果大家只關注 SpringBoot 如何自動裝配，可以只看“註解分析”和“裝配流程”兩個小節

啟動流程

應用啟動：

@SpringBootApplication
public class BootApplication {
    public static void main(String[] args) {
        // 啟動程式碼
        SpringApplication.run(BootApplication.class, args);
    }
}

SpringApplication 構造方法：

this.resourceLoader = resourceLoader：資源載入器，初始為 null
this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath()：判斷當前應用的型別，是響應式還是 Web 類
this.bootstrapRegistryInitializers = getBootstrapRegistryInitializersFromSpringFactories()：獲取引導器
- 去 META-INF/spring.factories 檔案中找 org.springframework.boot.Bootstrapper
- 尋找的順序：classpath → spring-beans → boot-devtools → springboot → boot-autoconfigure
setInitializers(getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class))：獲取初始化器
- 去 META-INF/spring.factories 檔案中找 org.springframework.context.ApplicationContextInitializer
setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class))：獲取監聽器
- 去 META-INF/spring.factories 檔案中找 org.springframework.context.ApplicationListener
this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass()：獲取出 main 程式類

SpringApplication#run(String... args)：

StopWatch stopWatch = new StopWatch()：停止監聽器，監控整個應用的啟停
stopWatch.start()：記錄應用的啟動時間
bootstrapContext = createBootstrapContext()：建立引導上下文環境
- bootstrapContext = new DefaultBootstrapContext()：建立預設的引導類環境
- this.bootstrapRegistryInitializers.forEach()：遍歷所有的引導器呼叫 initialize 方法完成初始化設定
configureHeadlessProperty()：讓當前應用進入 headless 模式
listeners = getRunListeners(args)：獲取所有 RunListener（執行監聽器）
- 去 META-INF/spring.factories 檔案中找 org.springframework.boot.SpringApplicationRunListener
listeners.starting(bootstrapContext, this.mainApplicationClass)：遍歷所有的執行監聽器呼叫 starting 方法
applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args)：獲取所有的命令列引數
environment = prepareEnvironment(listeners, bootstrapContext, applicationArguments)：準備環境
- environment = getOrCreateEnvironment()：返回或建立基礎環境資訊物件
  - switch (this.webApplicationType)：根據當前應用的型別建立環境
    - case SERVLET：Web 應用環境對應 ApplicationServletEnvironment
    - case REACTIVE：響應式程式設計對應 ApplicationReactiveWebEnvironment
    - default：預設為 Spring 環境 ApplicationEnvironment
- configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs())：讀取所有配置源的屬性值配置環境
- ConfigurationPropertySources.attach(environment)：屬性值繫結環境資訊
  - sources.addFirst(ATTACHED_PROPERTY_SOURCE_NAME,..)：把 configurationProperties 放入環境的屬性資訊頭部
- listeners.environmentPrepared(bootstrapContext, environment)：執行監聽器呼叫 environmentPrepared()，EventPublishingRunListener 釋出事件通知所有的監聽器當前環境準備完成
- DefaultPropertiesPropertySource.moveToEnd(environment)：移動 defaultProperties 屬性源到環境中的最後一個源
- bindToSpringApplication(environment)：與容器繫結當前環境
- ConfigurationPropertySources.attach(environment)：重新將屬性值繫結環境資訊
  - sources.remove(ATTACHED_PROPERTY_SOURCE_NAME)：從環境資訊中移除 configurationProperties
  - sources.addFirst(ATTACHED_PROPERTY_SOURCE_NAME,..)：把 configurationProperties 重新放入環境資訊
configureIgnoreBeanInfo(environment)：配置忽略的 bean
printedBanner = printBanner(environment)：列印 SpringBoot 標誌
context = createApplicationContext()：建立 IOC 容器

switch (this.webApplicationType)：根據當前應用的型別建立 IOC 容器
- case SERVLET：Web 應用環境對應 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext
- case REACTIVE：響應式程式設計對應 AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext
- default：預設為 Spring 環境 AnnotationConfigApplicationContext
context.setApplicationStartup(this.applicationStartup)：設定一個啟動器
prepareContext()：配置 IOC 容器的基本資訊
- postProcessApplicationContext(context)：後置處理流程
- applyInitializers(context)：獲取所有的初始化器呼叫 initialize() 方法進行初始化
- listeners.contextPrepared(context)：所有的執行監聽器呼叫 environmentPrepared() 方法，EventPublishingRunListener 釋出事件通知 IOC 容器準備完成
- listeners.contextLoaded(context)：所有的執行監聽器呼叫 contextLoaded() 方法，通知 IOC 載入完成
refreshContext(context)：重新整理 IOC 容器
- Spring 的容器啟動流程
- invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory)：實現了自動裝配
- onRefresh()：建立 WebServer 使用該介面
afterRefresh(context, applicationArguments)：留給使用者自定義容器重新整理完成後的處理邏輯
stopWatch.stop()：記錄應用啟動完成的時間
callRunners(context, applicationArguments)：呼叫所有 runners
listeners.started(context)：所有的執行監聽器呼叫 started() 方法
listeners.running(context)：所有的執行監聽器呼叫 running() 方法
- 獲取容器中的 ApplicationRunner、CommandLineRunner
- AnnotationAwareOrderComparator.sort(runners)：合併所有 runner 並且按照 @Order 進行排序
- callRunner()：遍歷所有的 runner，呼叫 run 方法
handleRunFailure(context, ex, listeners)：處理異常，出現異常進入該邏輯
- handleExitCode(context, exception)：處理錯誤程式碼
- listeners.failed(context, exception)：執行監聽器呼叫 failed() 方法
- reportFailure(getExceptionReporters(context), exception)：通知異常

註解分析

SpringBoot 定義了一套介面規範，這套規範規定 SpringBoot 在啟動時會掃描外部引用 jar 包中的 META-INF/spring.factories 檔案，將檔案中配置的型別資訊載入到 Spring 容器，並執行類中定義的各種操作，對於外部的 jar 包，直接引入一個 starter 即可

@SpringBootApplication 註解是 @Configuration、@EnableAutoConfiguration、@ComponentScan 註解的集合

@SpringBootApplication 註解

@Inherited
@SpringBootConfiguration	//代表 @SpringBootApplication 擁有了該註解的功能
@EnableAutoConfiguration	//同理
@ComponentScan(excludeFilters = { @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
		@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
// 掃描被 @Component (@Service,@Controller)註解的 bean，容器中將排除TypeExcludeFilter 和 AutoConfigurationExcludeFilter
public @interface SpringBootApplication { }

@SpringBootConfiguration 註解：
```
@Configuration	// 代表是配置類
@Indexed
public @interface SpringBootConfiguration {
	@AliasFor(annotation = Configuration.class)
	boolean proxyBeanMethods() default true;
}
```
@AliasFor 註解：表示別名，可以註解到自定義註解的兩個屬性上表示這兩個互為別名，兩個屬性其實是同一個含義相互替代
@ComponentScan 註解：預設掃描當前包及其子級包下的所有檔案
@EnableAutoConfiguration 註解：啟用 SpringBoot 的自動配置機制
```
@AutoConfigurationPackage	
@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration { 
	String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";
    Class<?>[] exclude() default {}; 
    String[] excludeName() default {};
}
```
- @AutoConfigurationPackage：將新增該註解的類所在的 package 作為自動配置 package 進行管理，把啟動類所在的包設定一次，為了給各種自動配置的第三方庫掃描用，比如帶 @Mapper 註解的類，Spring 自身是不能識別的，但自動配置的 Mybatis 需要掃描用到，而 ComponentScan 只是用來掃描註解類，並沒有提供介面給三方使用
```
@Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class)	// 利用 Registrar 給容器中匯入元件
public @interface AutoConfigurationPackage { 
	String[] basePackages() default {};	//自動配置包，指定了配置類的包
    Class<?>[] basePackageClasses() default {};
}
```
  register(registry, new PackageImports(metadata).getPackageNames().toArray(new String[0]))：註冊 BD
  - new PackageImports(metadata).getPackageNames()：獲取新增當前註解的類的所在包
  - registry.registerBeanDefinition(BEAN, new BasePackagesBeanDefinition(packageNames))：存放到容器中
    - new BasePackagesBeanDefinition(packageNames)：把當前主類所在的包名封裝到該物件中
- @Import(AutoConfigurationImportSelector.class)：首先自動裝配的核心類
  
  容器重新整理時執行：invokeBeanFactoryPostProcessors() → invokeBeanDefinitionRegistryPostProcessors() → postProcessBeanDefinitionRegistry() → processConfigBeanDefinitions() → parse() → process() → processGroupImports() → getImports() → process() → AutoConfigurationImportSelector#getAutoConfigurationEntry()
```
protected AutoConfigurationEntry getAutoConfigurationEntry(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
    if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
        return EMPTY_ENTRY;
    }
    // 獲取註解屬性，@SpringBootApplication 註解的 exclude 屬性和 excludeName 屬性
    AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);
    // 獲取所有需要自動裝配的候選項
    List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes);
    // 去除重複的選項
    configurations = removeDuplicates(configurations);
    // 獲取註解配置的排除的自動裝配類
    Set<String> exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);
    checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
    // 移除所有的配置的不需要自動裝配的類
    configurations.removeAll(exclusions);
    // 過濾，條件裝配
    configurations = getConfigurationClassFilter().filter(configurations);
    // 獲取 AutoConfigurationImportListener 類的監聽器呼叫 onAutoConfigurationImportEvent 方法
    fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
    // 包裝成 AutoConfigurationEntry 返回
    return new AutoConfigurationEntry(configurations, exclusions);
}
```
  AutoConfigurationImportSelector#getCandidateConfigurations：獲取自動配置的候選項
  - List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames()：載入自動配置類
    
    引數一：getSpringFactoriesLoaderFactoryClass() 獲取 @EnableAutoConfiguration 註解類
    
    引數二：getBeanClassLoader() 獲取類載入器
    - factoryTypeName = factoryType.getName()：@EnableAutoConfiguration 註解的全類名
    - return loadSpringFactories(classLoaderToUse).getOrDefault()：載入資源
      - urls = classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION)：獲取資源類
      - FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories"：載入的資源的位置
  - return configurations：返回所有自動裝配類的候選項
- 從 spring-boot-autoconfigure-2.5.3.jar/META-INF/spring.factories 檔案中獲取自動裝配類，進行條件裝配，按需裝配

裝配流程

Spring Boot 通過 @EnableAutoConfiguration 開啟自動裝配，通過 SpringFactoriesLoader 載入 META-INF/spring.factories 中的自動配置類實現自動裝配，自動配置類其實就是通過 @Conditional 註解按需載入的配置類（JVM 類載入機制），想要其生效必須引入 spring-boot-starter-xxx 包實現起步依賴

SpringBoot 先載入所有的自動配置類 xxxxxAutoConfiguration
每個自動配置類進行條件裝配，預設都會繫結配置檔案指定的值（xxxProperties 和配置檔案進行了繫結）
SpringBoot 預設會在底層配好所有的元件，如果使用者自己配置了以使用者的優先
定製化配置：
- 使用者可以使用 @Bean 新建自己的元件來替換底層的元件
- 使用者可以去看這個元件是獲取的配置檔案字首值，在配置檔案中修改

以 DispatcherServletAutoConfiguration 為例：

@AutoConfigureOrder(Ordered.HIGHEST_PRECEDENCE)
// 類中的 Bean 預設不是單例
@Configuration(proxyBeanMethods = false)
@ConditionalOnWebApplication(type = Type.SERVLET)
// 條件裝配，環境中有 DispatcherServlet 類才進行自動裝配
@ConditionalOnClass(DispatcherServlet.class)
@AutoConfigureAfter(ServletWebServerFactoryAutoConfiguration.class)
public class DispatcherServletAutoConfiguration {
	// 註冊的 DispatcherServlet 的 BeanName
	public static final String DEFAULT_DISPATCHER_SERVLET_BEAN_NAME = "dispatcherServlet";

	@Configuration(proxyBeanMethods = false)
	@Conditional(DefaultDispatcherServletCondition.class)
	@ConditionalOnClass(ServletRegistration.class)
    // 繫結配置檔案的屬性，從配置檔案中獲取配置項
	@EnableConfigurationProperties(WebMvcProperties.class)
	protected static class DispatcherServletConfiguration {
		
        // 給容器註冊一個 DispatcherServlet，起名字為 dispatcherServlet
		@Bean(name = DEFAULT_DISPATCHER_SERVLET_BEAN_NAME)
		public DispatcherServlet dispatcherServlet(WebMvcProperties webMvcProperties) {
            // 新建一個 DispatcherServlet 設定相關屬性
			DispatcherServlet dispatcherServlet = new DispatcherServlet();
            // spring.mvc 中的配置項獲取注入，沒有就填充預設值
			dispatcherServlet.setDispatchOptionsRequest(webMvcProperties.isDispatchOptionsRequest());
			// ......
            // 返回該物件註冊到容器內
			return dispatcherServlet;
		}

		@Bean
        // 容器中有這個型別元件才進行裝配
		@ConditionalOnBean(MultipartResolver.class)
        // 容器中沒有這個名字 multipartResolver 的元件
		@ConditionalOnMissingBean(name = DispatcherServlet.MULTIPART_RESOLVER_BEAN_NAME)
        // 方法名就是 BeanName
		public MultipartResolver multipartResolver(MultipartResolver resolver) {
			// 給 @Bean 標註的方法傳入了物件引數，這個引數就會從容器中找，因為使用者自定義了該型別，以使用者配置的優先
            // 但是名字不符合規範，所以獲取到該 Bean 並返回到容器一個規範的名稱：multipartResolver
			return resolver;
		}
	}
}

//將配置檔案中的 spring.mvc 字首的屬性與該類繫結
@ConfigurationProperties(prefix = "spring.mvc")	
public class WebMvcProperties { }

內嵌容器

（補充內容，WebServer）

SpringBoot 嵌入式 Servlet 容器，預設支援的 webServe：Tomcat、Jetty、Undertow

配置方式：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    <exclusions>
        <exclusion> <!--必須要把內嵌的 Tomcat 容器-->
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
        </exclusion>
    </exclusions>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-jetty</artifactId>
</dependency>

建立 Web 容器：

SpringApplication.run(BootApplication.class, args)：應用啟動

ConfigurableApplicationContext.run()：

context = createApplicationContext()：建立容器

applicationContextFactory = ApplicationContextFactory.DEFAULT

ApplicationContextFactory DEFAULT = (webApplicationType) -> {
    try {
        switch (webApplicationType) {
            case SERVLET:
                // Servlet 容器，繼承自 ServletWebServerApplicationContext
                return new AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext();
            case REACTIVE:
                // 響應式程式設計
                return new AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext();
            default:
                // 普通 Spring 容器
                return new AnnotationConfigApplicationContext();
        }
    } catch (Exception ex) {
        throw new IllegalStateException();
    }
}

applicationContextFactory.create(this.webApplicationType)：根據應用型別建立容器

refreshContext(context)：容器啟動

內嵌容器工作流程：

Web 應用啟動，SpringBoot 匯入 Web 場景包 tomcat，建立一個 Web 版的 IOC 容器 ServletWebServerApplicationContext

ServletWebServerApplicationContext 容器啟動時進入 refresh() 邏輯，Spring 容器啟動邏輯中，在例項化非懶載入的單例 Bean 之前有一個方法 onRefresh()，留給子類去擴充套件，該容器就是重寫這個方法建立 WebServer
```
protected void onRefresh() {
    //省略....
	createWebServer();
}
private void createWebServer() {
    ServletWebServerFactory factory = getWebServerFactory();
    this.webServer = factory.getWebServer(getSelfInitializer());
    createWebServer.end();
}
```
獲取 WebServer 工廠 ServletWebServerFactory，並且獲取的數量不等於 1 會報錯，Spring 底層有三種：

TomcatServletWebServerFactory、JettyServletWebServerFactory、UndertowServletWebServerFactory
自動配置類 ServletWebServerFactoryAutoConfiguration 匯入了 ServletWebServerFactoryConfiguration（配置類），根據條件裝配判斷系統中到底匯入了哪個 Web 伺服器的包，建立出伺服器並啟動
預設是 web-starter 匯入 tomcat 包，容器中就有 TomcatServletWebServerFactory，建立出 Tomcat 伺服器並啟動，
```
public TomcatWebServer(Tomcat tomcat, boolean autoStart, Shutdown shutdown) {
	// 初始化
   	initialize();
}
```
初始化方法 initialize 中有啟動方法：this.tomcat.start()

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