SpringBoot是如何啟動的？這篇文章告訴你答案！

本文是通過查看SpringBoot源碼整理出來的SpringBoot大致啟動流程，整體大方向是以簡單為出發點，不說太多復雜的東西，內部實現細節本文不深扣因為每個人的思路、理解都不一樣，我個人看的理解跟大家看的肯定不一樣，到時候表達的出來的雲里霧里也沒啥用。

首先我將SpringBoot的啟動流程整理成以下階段：

• SpringApplicaiton初始化
  • 審查ApplicationContext類型
  • 加載ApplicationContextInitializer
  • 加載ApplicationListener
• Environment初始化
  • 解析命令行參數
  • 創建Environment
  • 配置Environment
  • 配置SpringApplication
• ApplicationContext初始化
  • 創建ApplicationContext
  • 設置ApplicationContext
  • 刷新ApplicationContext
• 運行程序入口

省去了一些不影響主流程的細節，在查看SpringBoot源碼之前，不得不提一下spring.factories這個文件的使用和功能。

關於spring.factories

spring.factories是一個properties文件，它位於classpath:/META-INF/目錄里面，每個jar包都可以有spring.factories的文件。Spring提供工具類SpringFactoriesLoader負責加載、解析文件，如spring-boot-2.2.0.RELEASE.jar里面的META-INF目錄里面就有spring.factories文件：

# PropertySource Loaders
org.springframework.boot.env.PropertySourceLoader=\
org.springframework.boot.env.PropertiesPropertySourceLoader,\
org.springframework.boot.env.YamlPropertySourceLoader

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

關於spring.factories需要知道些什么？

• spring.factories是一個properties文件
• spring.factories里的鍵值對的value是以逗號分隔的完整類名列表
• spring.factories里的鍵值對的key是完整接口名稱
• spring.factories鍵值對的value是key的實現類
• spring.factories是由SpringFactoriesLoader工具類加載
• spring.factories位於classpath:/META-INF/目錄
• SpringFactoriesLoader會加載jar包里面的spring.factories文件並進行合並

知道spring.factories的概念后，繼續來分析SpringBoot的啟動。

SpringApplicaiton初始化

Java程序的入口在main方法SpringBoot的同樣可以通過main方法啟動，只需要少量的代碼加上@SpringBootApplication注解，很容易的就啟動SpringBoot：

@SpringBootApplication
@Slf4j
public class SpringEnvApplication {
	public static void main(String[] args) {
		ConfigurableApplicationContext context = SpringApplication.run(SpringEnvApplication.class, args);
 	}

}

SpringApplicaiton初始化位於SpringApplication的構造函數中：

    public SpringApplication(Class<?>... primarySources) {
		this(null, primarySources);
	}
 
	public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
		this.resourceLoader = resourceLoader;
		Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
		this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
		this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();
		setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
		setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
		this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
	}

簡單的說下SpringApplication的構造函數干了些啥：

• 基礎變量賦值（resourceLoader、primarySources、...）
• 審查ApplicationContext類型如（Web、Reactive、Standard)
• 加載ApplicationContextInitializer
• 加載ApplicationListener
• 審查啟動類（main方法的類）

然后再來逐個分析這些步驟。

審查ApplicationContext類型

SpringBoot會在初始化階段審查ApplicationContext的類型，審查方式是通過枚舉WebApplicationType的deduceFromClasspath靜態方法：

	static WebApplicationType deduceFromClasspath() {
		if (ClassUtils.isPresent(WEBFLUX_INDICATOR_CLASS, null) && !ClassUtils.isPresent(WEBMVC_INDICATOR_CLASS, null)
				&& !ClassUtils.isPresent(JERSEY_INDICATOR_CLASS, null)) {
			return WebApplicationType.REACTIVE;
		}
		for (String className : SERVLET_INDICATOR_CLASSES) {
			if (!ClassUtils.isPresent(className, null)) {
				return WebApplicationType.NONE;
			}
		}
		return WebApplicationType.SERVLET;
	}

WebApplicationType枚舉用於標記程序是否為Web程序，它有三個值：

• NONE：不是web程序
• SERVLET：基於Servlet的Web程序
• REACTIVE：基於Reactive的Web程序

簡單的來說該方法會通過classpath來判斷是否Web程序，方法中的常量是完整的class類名：

private static final String[] SERVLET_INDICATOR_CLASSES = { "javax.servlet.Servlet","org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext" };
private static final String WEBMVC_INDICATOR_CLASS = "org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet";
private static final String WEBFLUX_INDICATOR_CLASS = "org.springframework.web.reactive.DispatcherHandler";
private static final String JERSEY_INDICATOR_CLASS = "org.glassfish.jersey.servlet.ServletContainer";
private static final String SERVLET_APPLICATION_CONTEXT_CLASS = "org.springframework.web.context.WebApplicationContext";
private static final String REACTIVE_APPLICATION_CONTEXT_CLASS = "org.springframework.boot.web.reactive.context.ReactiveWebApplicationContext";

例如通過pom.xml文件引入spring-boot-starter-web那classpath就會有org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext和javax.servlet.Servlet類，這樣就決定了程序的ApplicationContext類型為WebApplicationType.SERVLET。

加載ApplicationContextInitializer

ApplicationContextInitializer會在刷新context之前執行，一般用來做一些額外的初始化工程如：添加PropertySource、設置ContextId等工作它只有一個initialize方法：

public interface ApplicationContextInitializer<C extends ConfigurableApplicationContext> {
	void initialize(C applicationContext);
}

SpringBoot通過SpringFactoriesLoader加載spring.factories中的配置讀取key為org.springframework.context.ApplicationContextInitializer的value，前面提到過spring.factoies中的配置的value都為key的實現類：

org.springframework.context.ApplicationContextInitializer=\
org.springframework.boot.context.ConfigurationWarningsApplicationContextInitializer,\
org.springframework.boot.context.ContextIdApplicationContextInitializer,\
org.springframework.boot.context.config.DelegatingApplicationContextInitializer,\
org.springframework.boot.rsocket.context.RSocketPortInfoApplicationContextInitializer,\
org.springframework.boot.web.context.ServerPortInfoApplicationContextInitializer

上面列出的是spring-boot-2.2.0.RELEASE.jar中包含的配置，其他jar包也有可能配置org.springframework.context.ApplicationContextInitializer來實現額外的初始化工作。

加載ApplicationListener

ApplicationListener用於監聽ApplicationEvent事件，它的初始加載流程跟加載ApplicationContextInitializer類似，在spring.factories中也會配置一些優先級較高的ApplicationListener：

# Application Listeners
org.springframework.context.ApplicationListener=\
org.springframework.boot.ClearCachesApplicationListener,\
org.springframework.boot.builder.ParentContextCloserApplicationListener,\
org.springframework.boot.context.FileEncodingApplicationListener,\
org.springframework.boot.context.config.AnsiOutputApplicationListener,\
org.springframework.boot.context.config.ConfigFileApplicationListener,\
org.springframework.boot.context.config.DelegatingApplicationListener,\
org.springframework.boot.context.logging.ClasspathLoggingApplicationListener,\
org.springframework.boot.context.logging.LoggingApplicationListener,\
org.springframework.boot.liquibase.LiquibaseServiceLocatorApplicationListener

ApplicationListener的加載流程跟ApplicationContextInitializer類似都是通過SpringFactoriesLoader加載的。

小結

完成初始化階段后，可以知道以下信息：

• ApplicationContext是Web還是其他類型
• SpringApplication中有一些ApplicationContextInitializer實現類
• SpringApplication中有一些ApplicationListener的實現類

Environment初始化

初始化工作完成后SpringBoot會干很多事情來為運行程序做好准備，SpringBoot啟動核心代碼大部分都位於SpringApplication實例的run方法中，在環境初始化大致的啟動流程包括：

• 解析命令行參數
• 准備環境（Environment）
• 設置環境

當然還會有一些別的操作如：

• 實例化SpringApplicationRunListeners
• 打印Banner
• 設置異常報告
• ...

這些不是重要的操作就不講解了，可以看完文章再細細研究。

解析命令行參數

命令行參數是由main方法的args參數傳遞進來的，SpringBoot在准備階段建立一個DefaultApplicationArguments類用來解析、保存命令行參數。如--spring.profiles.active=dev就會將SpringBoot的spring.profiles.active屬性設置為dev。

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    ...
	ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args); 
	...
}

SpringBoot還會將收到的命令行參數放入到Environment中，提供統一的屬性抽象。

創建Environment

創建環境的代碼比較簡單，根據之前提到過的WebApplicationType來實例化不同的環境：

private ConfigurableEnvironment getOrCreateEnvironment() {
	if (this.environment != null) {
		return this.environment;
	}
	switch (this.webApplicationType) {
	case SERVLET:
		return new StandardServletEnvironment();
	case REACTIVE:
		return new StandardReactiveWebEnvironment();
	default:
		return new StandardEnvironment();
	}
}

准備Environment

環境（Environment）大致由Profile和PropertyResolver組成：

• Profile是BeanDefinition的邏輯分組，定義Bean時可以指定Profile使SpringBoot在運行時會根據Bean的Profile決定是否注冊Bean
• PropertyResolver是專門用來解析屬性的，SpringBoot會在啟動時加載配置文件、系統變量等屬性

SpringBoot在准備環境時會調用SpringApplication的prepareEnvironment方法：

private ConfigurableEnvironment prepareEnvironment(SpringApplicationRunListeners listeners,
		ApplicationArguments applicationArguments) {
	// Create and configure the environment
	ConfigurableEnvironment environment = getOrCreateEnvironment();
	configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs());
	ConfigurationPropertySources.attach(environment);
	listeners.environmentPrepared(environment);
	bindToSpringApplication(environment);
    ...
	return environment;
}

prepareEnvironment方法大致完成以下工作：

• 創建一個環境
• 配置環境
• 設置SpringApplication的屬性

配置Environment

創建完環境后會為環境做一些簡單的配置：

protected void configureEnvironment(ConfigurableEnvironment environment, String[] args) {
	if (this.addConversionService) {
		ConversionService conversionService = ApplicationConversionService.getSharedInstance();
		environment.setConversionService((ConfigurableConversionService) conversionService);
	}
	configurePropertySources(environment, args);
	configureProfiles(environment, args);
}

protected void configurePropertySources(ConfigurableEnvironment environment, String[] args) {
	
	if (this.addCommandLineProperties && args.length > 0) {
		    ...
			sources.addFirst(new SimpleCommandLinePropertySource(args));
			...
		}
	}
	protected void configureProfiles(ConfigurableEnvironment environment, String[] args) {
		Set<String> profiles = new LinkedHashSet<>(this.additionalProfiles);
		profiles.addAll(Arrays.asList(environment.getActiveProfiles()));
		environment.setActiveProfiles(StringUtils.toStringArray(profiles));
	}
	

篇幅有限省去一些不重要的代碼，配置環境主要用於：

• 設置ConversionService： 用於屬性轉換
• 將命令行參數添加到環境中
• 添加額外的ActiveProfiles

SpringApplicaton屬性設置

配置SpringApplicaton主要是將已有的屬性連接到SpringApplicaton實例，如spring.main.banner-mode屬性就對應於bannerMode實例屬性，這一步的屬性來源有三種（沒有自定義的情況）：

• 環境變量
• 命令行參數
• JVM系統屬性

SpringBoot會將前綴為spring.main的屬性綁定到SpringApplicaton實例：

protected void bindToSpringApplication(ConfigurableEnvironment environment) {
	try {
		Binder.get(environment).bind("spring.main", Bindable.ofInstance(this));
	}
	catch (Exception ex) {
		throw new IllegalStateException("Cannot bind to SpringApplication", ex);
	}
}

Environment初始化小結

總結下環境准備階段所做的大致工作：

• 根據WebApplicationType枚舉創建環境
• 設置ConversionService用於轉換屬性變量
• 將命令行參數args添加到環境
• 將外部設置的Profiles添加到環境
• 綁定SprinngApplicaiton屬性
• 發送環境Prepared事件

ApplicationContext初始化

前面提到的一些步驟大部分都是為了准備ApplicationContext所做的工作，ApplicationContext提供加載Bean、加載資源、發送事件等功能，SpringBoot在啟動過程中創建、配置好ApplicationContext不需要開發都作額外的工作（太方便啦~~）。

本文不打算深入ApplicationContext中，因為與ApplicationContext相關的類很多，不是一兩篇文章寫的完的，建議按模塊來看，最后再整合起來看ApplicationContext源碼。

創建ApplicationContext

創建ApplicationContext的過程與創建環境基本模相似，根據WebApplicationType判斷程序類型創建不同的ApplicationContext：

protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
	Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;
	if (contextClass == null) {
		try {
			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);
		}
	}
	return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);
}

前面提到過WebApplicationType有三個成員（SERVLET，REACTIVE，NONE），分別對應不同的context類型為:

• SERVLET: AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext
• REACTIVE: AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext
• NONE: AnnotationConfigApplicationContext

准備ApplicationContext

創建完ApplicationContext完后需要初始化下它，設置環境、應用ApplicationContextInitializer、注冊Source類等，SpringBoot的准備Context的流程可以歸納如下：

• 為ApplicationContext設置環境（之前創建的環境）
• 基礎設置操作設置BeanNameGenerator、ResourceLoader、ConversionService等
• 執行ApplicationContextInitializer的initialize方法（ApplicationContextInitializer是在初始化階段獲取的）
• 注冊命令行參數（springApplicationArguments）
• 注冊Banner（springBootBanner）
• 注冊sources（由@Configuration注解的類）

准備ApplicationContext的代碼如下所示：

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context, ConfigurableEnvironment environment,
		SpringApplicationRunListeners listeners, ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) {
	context.setEnvironment(environment);
	postProcessApplicationContext(context);
	applyInitializers(context);
	listeners.contextPrepared(context);
	if (this.logStartupInfo) {
		logStartupInfo(context.getParent() == null);
		logStartupProfileInfo(context);
	}
	// Add boot specific singleton 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
	Set<Object> sources = getAllSources();
	Assert.notEmpty(sources, "Sources must not be empty");
	load(context, sources.toArray(new Object[0]));
	listeners.contextLoaded(context);
}

注意注冊sources這一步，sources是@Configuration注解的類SpringBoot根據提供的sources注冊Bean，基本原理是通過解析注解元數據，然后創建BeanDefinition然后將它注冊進ApplicationContext里面。

刷新ApplicationContext

如果說SpringBoot的是個汽車，那前面所做的操作都是開門、系安全帶等基本操作了，刷新ApplicationContext就是點火了，沒刷新ApplicationContext只是保存了一個Bean的定義、后處理器啥的沒有真正跑起來。刷新ApplicationContext這個內容很重要，要理解ApplicationContext還是要看刷新操作的源碼，
這里先簡單列一下基本步驟：

• 准備刷新（驗證屬性、設置監聽器）
• 初始化BeanFactory
• 執行BeanFactoryPostProcessor
• 注冊BeanPostProcessor
• 初始化MessageSource
• 初始化事件廣播
• 注冊ApplicationListener
• ...

刷新流程步驟比較多，關聯的類庫都相對比較復雜，建議先看完其他輔助類庫再來看刷新源碼，會事半功倍。

運行程序入口

context刷新完成后Spring容器可以完全使用了，接下來SpringBoot會執行ApplicationRunner和CommandLineRunner，這兩接口功能相似都只有一個run方法只是接收的參數不同而以。通過實現它們可以自定義啟動模塊，如啟動dubbo、gRPC等。

ApplicationRunner和CommandLineRunner的調用代碼如下：

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);
		}
	}
}

callRunners執行完后，SpringBoot的啟動流程就完成了。

總結

通過查看SpringApplication的源碼，發現SpringBoot的啟動源碼還好理解，主要還是為ApplicationContext提供一個初始化的入口，免去開發人員配置ApplicationContext的工作。SpringBoot的核心功能還是自動配置，下次分析下SpringBoot Autoconfig的源碼，要充分理解SpringBoot看源碼是少了的。

看完SpringApplication的源碼還有些問題值得思考：

• SpringBoot是啟動Tomcat的流程
• SpringBoot自動配置原理
• SpringBoot Starter自定義
• BeanFactoryPostProcessor和BeanPostProcessor實現原理
• ...

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