原始碼詳解 Spring Boot 的啟動原理

我們開發任何一個Spring Boot專案，都會用到如下的啟動類

@SpringBootApplicationpublic class Application { public static void main（String［］ args） { SpringApplication。run（Application。class， args）； }}

從上面程式碼可以看出，Annotation定義（@SpringBootApplication）和類定義（SpringApplication。run）最為耀眼，所以要揭開SpringBoot的神秘面紗，我們要從這兩位開始就可以了。

一、SpringBootApplication背後的秘密

@SpringBootApplication註解是Spring Boot的核心註解，它其實是一個組合註解：

@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 {。。。}

雖然定義使用了多個Annotation進行了原資訊標註，但實際上重要的只有三個Annotation：

@Configuration（@SpringBootConfiguration點開檢視發現裡面還是應用了@Configuration）

@EnableAutoConfiguration

@ComponentScan

即 @SpringBootApplication = （預設屬性）@Configuration + @EnableAutoConfiguration + @ComponentScan。

所以，如果我們使用如下的SpringBoot啟動類，整個SpringBoot應用依然可以與之前的啟動類功能對等：

@Configuration@EnableAutoConfiguration@ComponentScanpublic class Application { public static void main（String［］ args） { SpringApplication。run（Application。class， args）； }}

每次寫這3個比較累，所以寫一個@SpringBootApplication方便點。接下來分別介紹這3個Annotation。

1、@Configuration

這裡的@Configuration對我們來說不陌生，它就是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。

舉幾個簡單例子回顧下，XML跟config配置方式的區別：

（1）表達形式層面

基於XML配置的方式是這樣：

<？xml version=“1。0” encoding=“UTF-8”？> <！——bean定義——>

而基於JavaConfig的配置方式是這樣：

@Configurationpublic class MockConfiguration{ //bean定義}

任何一個標註了@Configuration的Java類定義都是一個JavaConfig配置類。

（2）註冊bean定義層面

基於XML的配置形式是這樣：

。。。

而基於JavaConfig的配置形式是這樣的：

@Configurationpublic class MockConfiguration{ @Bean public MockService mockService（）{ return new MockServiceImpl（）； }}

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。

（3）表達依賴注入關係層面

為了表達bean與bean之間的依賴關係，在XML形式中一般是這樣：

而基於JavaConfig的配置形式是這樣的：

@Configurationpublic class MockConfiguration{ @Bean public MockService mockService（）{ return new MockServiceImpl（dependencyService（））； } @Bean public DependencyService dependencyService（）{ return new DependencyServiceImpl（）； }}

如果一個bean的定義依賴其他bean，則直接呼叫對應的JavaConfig類中依賴bean的建立方法就可以了。

@Configuration：提到@Configuration就要提到他的搭檔@Bean。使用這兩個註解就可以建立一個簡單的spring配置類，可以用來替代相應的xml配置檔案。

相當於：

@Configuration public class Conf { @Bean public Car car（） { Car car = new Car（）； car。setWheel（wheel（））； return car； } @Bean public Wheel wheel（） { return new Wheel（）； } }

@Configuration的註解類標識這個類可以使用Spring IoC容器作為bean定義的來源。

@Bean註解告訴Spring，一個帶有@Bean的註解方法將返回一個物件，該物件應該被註冊為在Spring應用程式上下文中的bean。

2、@ComponentScan

@ComponentScan這個註解在Spring中很重要，它對應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。

我們可以透過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。

3、@EnableAutoConfiguration

個人感覺@EnableAutoConfiguration這個Annotation最為重要，所以放在最後來解讀，大家是否還記得Spring框架提供的各種名字為@Enable開頭的Annotation定義？比如@EnableScheduling、@EnableCaching、@EnableMBeanExport等，@EnableAutoConfiguration的理念和做事方式其實一脈相承，簡單概括一下就是，藉助@Import的支援，收集和註冊特定場景相關的bean定義。

@EnableScheduling是透過@Import將Spring排程框架相關的bean定義都載入到IoC容器。

@EnableMBeanExport是透過@Import將JMX相關的bean定義載入到IoC容器。

而@EnableAutoConfiguration也是藉助@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，僅此而已！

@EnableAutoConfiguration會根據類路徑中的jar依賴為專案進行自動配置，如：添加了spring-boot-starter-web依賴，會自動新增Tomcat和Spring MVC的依賴，Spring Boot會對Tomcat和Spring MVC進行自動配置。

@EnableAutoConfiguration作為一個複合Annotation，其自身定義關鍵資訊如下：

@SuppressWarnings（“deprecation”）@Target（ElementType。TYPE）@Retention（RetentionPolicy。RUNTIME）@Documented@Inherited@AutoConfigurationPackage@Import（EnableAutoConfigurationImportSelector。class）public @interface EnableAutoConfiguration { 。。。}

其中，最關鍵的要屬@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。就像一隻“八爪魚”一樣，藉助於Spring框架原有的一個工具類：SpringFactoriesLoader的支援，@EnableAutoConfiguration可以智慧的自動配置功效才得以大功告成！

自動配置幕後英雄：SpringFactoriesLoader詳解

SpringFactoriesLoader屬於Spring框架私有的一種擴充套件方案，其主要功能就是從指定的配置檔案META-INF/spring。factories載入配置。

public abstract class SpringFactoriesLoader { //。。。 public static List loadFactories（Class factoryClass， ClassLoader classLoader） { 。。。 } public static List loadFactoryNames（Class<？> factoryClass， ClassLoader classLoader） { 。。。。 }}

配合@EnableAutoConfiguration使用的話，它更多是提供一種配置查詢的功能支援，即根據@EnableAutoConfiguration的完整類名org。springframework。boot。autoconfigure。EnableAutoConfiguration作為查詢的Key，獲取對應的一組@Configuration類。

上圖就是從SpringBoot的autoconfigure依賴包中的META-INF/spring。factories配置檔案中摘錄的一段內容，可以很好地說明問題。

所以，@EnableAutoConfiguration自動配置的魔法騎士就變成了：從classpath中搜尋所有的META-INF/spring。factories配置檔案，並將其中org。springframework。boot。autoconfigure。EnableutoConfiguration對應的配置項透過反射（Java Refletion）例項化為對應的標註了@Configuration的JavaConfig形式的IoC容器配置類，然後彙總為一個並載入到IoC容器。

二、深入探索SpringApplication執行流程

SpringApplication的run方法的實現是我們本次旅程的主要線路，該方法的主要流程大體可以歸納如下：

1）如果我們使用的是SpringApplication的靜態run方法，那麼，這個方法裡面首先要建立一個SpringApplication物件例項，然後呼叫這個建立好的SpringApplication的例項方法。在SpringApplication例項初始化的時候，它會提前做幾件事情：

根據classpath裡面是否存在某個特徵類org。springframework。web。context。ConfigurableWebApplicationContext來決定是否應該建立一個為Web應用使用的ApplicationContext型別。

使用SpringFactoriesLoader在應用的classpath中查詢並載入所有可用的ApplicationContextInitializer。

使用SpringFactoriesLoader在應用的classpath中查詢並載入所有可用的ApplicationListener。

推斷並設定main方法的定義類。

2） SpringApplication例項初始化完成並且完成設定後，就開始執行run方法的邏輯了，方法執行伊始，首先遍歷執行所有透過SpringFactoriesLoader可以查詢到並載入的SpringApplicationRunListener。呼叫它們的started（）方法，告訴這些SpringApplicationRunListener，“嘿，SpringBoot應用要開始執行咯！”。

3）建立並配置當前Spring Boot應用將要使用的Environment（包括配置要使用的PropertySource以及Profile）。

4）遍歷呼叫所有SpringApplicationRunListener的environmentPrepared（）的方法，告訴他們：“當前SpringBoot應用使用的Environment準備好了咯！”。

5）如果SpringApplication的showBanner屬性被設定為true，則列印banner。

6）根據使用者是否明確設定了applicationContextClass型別以及初始化階段的推斷結果，決定該為當前SpringBoot應用建立什麼型別的ApplicationContext並建立完成，然後根據條件決定是否新增ShutdownHook，決定是否使用自定義的BeanNameGenerator，決定是否使用自定義的ResourceLoader，當然，最重要的，將之前準備好的Environment設定給建立好的ApplicationContext使用。

7） ApplicationContext建立好之後，SpringApplication會再次藉助Spring-FactoriesLoader，查詢並載入classpath中所有可用的ApplicationContext-Initializer，然後遍歷呼叫這些ApplicationContextInitializer的initialize（applicationContext）方法來對已經建立好的ApplicationContext進行進一步的處理。

8）遍歷呼叫所有SpringApplicationRunListener的contextPrepared（）方法。

9）最核心的一步，將之前透過@EnableAutoConfiguration獲取的所有配置以及其他形式的IoC容器配置載入到已經準備完畢的ApplicationContext。

10）遍歷呼叫所有SpringApplicationRunListener的contextLoaded（）方法。

11）呼叫ApplicationContext的refresh（）方法，完成IoC容器可用的最後一道工序。

12）查詢當前ApplicationContext中是否註冊有CommandLineRunner，如果有，則遍歷執行它們。

13）正常情況下，遍歷執行SpringApplicationRunListener的finished（）方法、（如果整個過程出現異常，則依然呼叫所有SpringApplicationRunListener的finished（）方法，只不過這種情況下會將異常資訊一併傳入處理）

去除事件通知點後，整個流程如下：

本文以除錯一個實際的SpringBoot啟動程式為例，參考流程中主要類類圖，來分析其啟動邏輯和自動化配置原理。

總覽：

上圖為SpringBoot啟動結構圖，我們發現啟動流程主要分為三個部分：

第一部分進行SpringApplication的初始化模組，配置一些基本的環境變數、資源、構造器、監聽器；

第二部分實現了應用具體的啟動方案，包括啟動流程的監聽模組、載入配置環境模組、及核心的建立上下文環境模組；

第三部分是自動化配置模組，該模組作為springboot自動配置核心，在後面的分析中會詳細討論。在下面的啟動程式中我們會串聯起結構中的主要功能。

啟動：

每個SpringBoot程式都有一個主入口，也就是main方法，main裡面呼叫SpringApplication。run（）啟動整個spring-boot程式，該方法所在類需要使用@SpringBootApplication註解，以及@ImportResource註解（if need），@SpringBootApplication包括三個註解，功能如下：

@EnableAutoConfiguration：SpringBoot根據應用所宣告的依賴來對Spring框架進行自動配置。

@SpringBootConfiguration（內部為@Configuration）：被標註的類等於在spring的XML配置檔案中（applicationContext。xml），裝配所有bean事務，提供了一個spring的上下文環境。

@ComponentScan：元件掃描，可自動發現和裝配Bean，預設掃描SpringApplication的run方法裡的Booter。class所在的包路徑下檔案，所以最好將該啟動類放到根包路徑下。

SpringBoot啟動類

首先進入run方法

run方法中去建立了一個SpringApplication例項，在該構造方法內，我們可以發現其呼叫了一個初始化的initialize方法

這裡主要是為SpringApplication物件賦一些初值。建構函式執行完畢後，我們回到run方法

該方法中實現瞭如下幾個關鍵步驟：

1。建立了應用的監聽器SpringApplicationRunListeners並開始監聽

2。載入SpringBoot配置環境（ConfigurableEnvironment），如果是透過web容器釋出，會載入StandardEnvironment，其最終也是繼承了ConfigurableEnvironment，類圖如下

可以看出，*Environment最終都實現了PropertyResolver介面，我們平時透過environment物件獲取配置檔案中指定Key對應的value方法時，就是呼叫了propertyResolver介面的getProperty方法

3。配置環境（Environment）加入到監聽器物件中（SpringApplicationRunListeners）

4。建立run方法的返回物件：ConfigurableApplicationContext（應用配置上下文），我們可以看一下建立方法：

方法會先獲取顯式設定的應用上下文（applicationContextClass），如果不存在，再載入預設的環境配置（透過是否是web environment判斷），預設選擇AnnotationConfigApplicationContext註解上下文（透過掃描所有註解類來載入bean），最後透過BeanUtils例項化上下文物件，並返回。

ConfigurableApplicationContext類圖如下：

主要看其繼承的兩個方向：

LifeCycle：生命週期類，定義了start啟動、stop結束、isRunning是否執行中等生命週期空值方法

ApplicationContext：應用上下文類，其主要繼承了beanFactory（bean的工廠類）

5。回到run方法內，prepareContext方法將listeners、environment、applicationArguments、banner等重要元件與上下文物件關聯

6。接下來的refreshContext（context）方法（初始化方法如下）將是實現spring-boot-starter-*（mybatis、redis等）自動化配置的關鍵，包括spring。factories的載入，bean的例項化等核心工作。

配置結束後，Springboot做了一些基本的收尾工作，返回了應用環境上下文。回顧整體流程，Springboot的啟動，主要建立了配置環境（environment）、事件監聽（listeners）、應用上下文（applicationContext），並基於以上條件，在容器中開始例項化我們需要的Bean，至此，透過SpringBoot啟動的程式已經構造完成，接下來我們來探討自動化配置是如何實現。

自動化配置：

之前的啟動結構圖中，我們注意到無論是應用初始化還是具體的執行過程，都呼叫了SpringBoot自動配置模組。

SpringBoot自動配置模組

該配置模組的主要使用到了SpringFactoriesLoader，即Spring工廠載入器，該物件提供了loadFactoryNames方法，入參為factoryClass和classLoader，即需要傳入上圖中的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，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，再透過反射獲取這些類的類物件、構造方法，最終生成例項。

工廠介面與其若干實現類介面名稱

下圖有助於我們形象理解自動配置流程。

SpringBoot自動化配置關鍵元件關係圖

mybatis-spring-boot-starter、spring-boot-starter-web等元件的META-INF檔案下均含有spring。factories檔案，自動配置模組中，SpringFactoriesLoader收集到檔案中的類全名並返回一個類全名的陣列，返回的類全名透過反射被例項化，就形成了具體的工廠例項，工廠例項來生成元件具體需要的bean。

之前我們提到了EnableAutoConfiguration註解，其類圖如下：

可以發現其最終實現了ImportSelector（選擇器）和BeanClassLoaderAware（bean類載入器中介軟體），重點關注一下AutoConfigurationImportSelector的selectImports方法。

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。我們知道，如果獲取到類資訊，spring自然可以透過類載入器將類載入到jvm中，現在我們已經透過spring-boot的starter依賴方式依賴了我們需要的元件，那麼這些組建的類資訊在select方法中也是可以被獲取到的，不要急我們繼續向下分析。

該方法中的getCandidateConfigurations方法，透過方法註釋瞭解到，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

在上面的程式碼可以看到自動配置器會根據傳入的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

進入org。mybatis。spring。boot。autoconfigure。MybatisAutoConfiguration中，主要看一下類頭：

發現Spring的@Configuration，儼然是一個透過註解標註的springBean，繼續向下看，

@ConditionalOnClass（{ SqlSessionFactory。class， SqlSessionFactoryBean。class}）：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，make sence，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（該類原始碼較長，篇幅限制不全貼上）

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啟動時透過mybatis。xml檔案進行配置起到一個效果。

透過分析我們可以發現，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：