SpringBoot起飞之路-入门原理分析

Posted 2020-12-19 BWH_Steven

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了SpringBoot起飞之路-入门原理分析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

技术图片

随便给最近想逐步整理的文章起了个皮皮虾名：SpringBoot起飞之路

这是第二篇，关于前一篇入门涉及到的一些基本原理讲解，有兴趣的朋友可以去了解一下前一篇

SpringBoot起飞之路-HelloWorld (一)

说明：

事情实在太多，并且内容同时全放到一起，后来感觉移动端篇幅太长，阅读体验太差了，就打算分成几篇来发
才疏学浅，就会点浅薄的知识，大家权当一篇工具文来看啦，不喜勿愤哈 ~

(一) 起步依赖原理分析

(1) spring-boot-starter-parent

在前一篇的入门程序编写时，我们自己通过 Maven 创建一个 SpringBoot 的项目的时候，我们需要在前面使用 <parent></parent> 标签对引入一个 spring-boot-starter-parent

这就是 SpringBoot 的父级依赖，它就是一个特殊的 starter ，可以用来提供我们所需 Maven 的一些依赖，同时管理项目的资源过滤

简单看一下，首先按下 ctrl 键点击 spring-boot-starter-parent，

<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>2.2.7.RELEASE</version>
    <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>

进去之后，就是一些资源引入的内容，还有一些插件，接着又看到了一个父级标签，我们继续点进去看一看

<parent>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-dependencies</artifactId>
  <version>2.2.7.RELEASE</version>
  <relativePath>../../spring-boot-dependencies</relativePath>
</parent>

到此为止，就看不到别的父级标签了，来观察一下这个文件，纵观一下，这里就是管理 SpringBoot 应用里面所有依赖版本的地方

properties 标签中配置了一些版本信息
dependencys 标签内就是各种依赖
plugins 标签内就是一些涉及的插件

从前在 Spring 中的开发，我们总会考虑不同依赖版本之间的兼容冲突问题，而在这里，SpringBoot 就会帮我们根据我们选定的 SpringBoot 版本，选择出最适合的依赖们，这一点就舒服了~

 <properties>
     ......
    <activemq.version>5.15.12</activemq.version>
    <commons-pool.version>1.6</commons-pool.version>
    <jackson.version>2.10.4</jackson.version>
    <javax-mail.version>1.6.2</javax-mail.version>
    <log4j2.version>2.12.1</log4j2.version>
    <logback.version>1.2.3</logback.version>
    <mssql-jdbc.version>7.4.1.jre8</mssql-jdbc.version>
    <mysql.version>8.0.20</mysql.version>
     ......
</properties>

<dependencyManagement>
    <dependencies>
      <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot</artifactId>
        <version>2.2.7.RELEASE</version>
      </dependency>
      <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-test</artifactId>
        <version>2.2.7.RELEASE</version>
      </dependency>
      ......
      <dependency>
        <groupId>commons-pool</groupId>
        <artifactId>commons-pool</artifactId>
        <version>${commons-pool.version}</version>
      </dependency>
      .....      
    </dependencies>
</dependencyManagement>

<build>
	<pluginManagement>
      <plugins>
        ......
        <plugin>
          <groupId>org.springframework.boot</groupId>
          <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
          <version>2.2.7.RELEASE</version>
        </plugin>
		......
        <plugin>
          <artifactId>maven-install-plugin</artifactId>
          <version>${maven-install-plugin.version}</version>
        </plugin>
		......
	    <plugin>
          <artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
          <version>${maven-jar-plugin.version}</version>
        </plugin>
        ......
      </plugins>
	</pluginManagement>
</build>

(2) spring-boot-starter-web

接着我们再次回到 pom.xml 中，还有一个与我们过去开发不同的东西，那就是 spring-boot-starter-web，在前面第一篇的文章中初始化组件时，我们就选择了 Spring Web 组件，自然这个依赖就是用来实现 Web 功能的

进入 spring-boot-starter-web

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

下面节选了一部分 xml 配置（依赖是全的），看到这里，也就能解释为什么 spring-boot-starter-web 这个依赖可以实现 Web 的开发，本质上就是对支持 Web 开发的 spring-webmvc、spring-webmvc等坐标进行了 “整合” 也就是将依赖传递了

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd" xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
    xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance">
  <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
  <parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starters</artifactId>
    <version>2.2.7.RELEASE</version>
  </parent>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
  <version>2.2.7.RELEASE</version>
  <name>Spring Boot Web Starter</name>
	......
<dependencies>
    <dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
      <version>2.2.7.RELEASE</version>
      <scope>compile</scope>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-json</artifactId>
      <version>2.2.7.RELEASE</version>
      <scope>compile</scope>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
      <version>2.2.7.RELEASE</version>
      <scope>compile</scope>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-validation</artifactId>
      <version>2.2.7.RELEASE</version>
      <scope>compile</scope>
      <exclusions>
        <exclusion>
          <artifactId>tomcat-embed-el</artifactId>
          <groupId>org.apache.tomcat.embed</groupId>
        </exclusion>
      </exclusions>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.springframework</groupId>
      <artifactId>spring-web</artifactId>
      <version>5.2.6.RELEASE</version>
      <scope>compile</scope>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.springframework</groupId>
      <artifactId>spring-webmvc</artifactId>
      <version>5.2.6.RELEASE</version>
      <scope>compile</scope>
    </dependency>
  </dependencies>
</project>

(3) 这就是启动器

我们从一个入门程序讨论到了 spring-boot-starter-web，在 SpringBoot 中所有的功能场景都被抽取出来，定义成了很多很多启动器，通过这些启动器，开发人员就能按照自己的需求，选择不同的启动器进行配合，极为快速的就能搭建起一个想要的项目运行框架环境，启动器命名规则如下：

springboot-boot-starter-xxx

在举几个例子，体验一下，以后的文章，在用的时候，会给出具体的说明

spring-boot-starter-test：支持常规的测试依赖，包括JUnit、Hamcrest、Mockito以及spring-test模块

spring-boot-starter-web：支持全栈式 Web 开发，包括 Tomcat 和 spring-webmvc

spring-boot-starter-redis：支持 Redis 键值存储数据库

(二) SpringBoot 启动类分析

除了依赖，还有一个与我们从前 Spring 的开发不一样的点就是，SpringBoot 多了一个启动类，在入门程序的编写的时候，我只提到，这个启动类是必须存在的，看似简单的一个类，实则也很玄妙，下面我们来一起分析一下

package cn.ideal;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class SpringbootApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Springboot02QuickstartApplication.class, args);
    }    
}

(1) @SpringbootApplication 注解

首先最显眼的也就是在类上的 @SpringbootApplication 注解了，我们 ctrl 点击进入

@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 {
	......
}

从上面的代码可以看到，这里又加注着很多注解，但是其中比较核心的有三个：@SpringBootConfiguration、@EnableAutoConfiguration、@ComponentScan

为什么这么说呢，大家可以把这三个注解加到我们之前的启动类上，然后执行一下，简单的看呢，其实也是可以达到之前的效果的，下面，我们就主要讲解一下这三个注解

package cn.ideal;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.SpringBootConfiguration;
import org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration;
import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;

@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan
public class SpringbootApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Springboot02QuickstartApplication.class, args);
    }
}

A：@SpringBootConfiguration

点击进去，我们可以看到 @SpringBootConfiguration 注解本质上，还是用了 Spring 的 @Configuration 注解

@Configuration
public @interface SpringBootConfiguration {...}

在点 @Configuration 进去还可以看到下述内容

@Component
public @interface Configuration {...}

这两个组件大家应该还是很熟悉的

@Configuration：指定当前类是 spring 的一个配置类，相当于 XML中的 applicationContext.xml 文件
@Component ：说明这个类也是交给Spring管理，也能看出启动类本身也是Spring中的一个组件而已，用来启动应用

B：@ComponentScan

@ComponentScan的功能其实是自动扫描并加载符合条件的组件（比如 @Component 和 @Controller 等）或者bean定义，并把这些bean定义加载到IoC容器中，在 XML 中相当于：

<!--开启扫描-->
<context:component-scan base-package="cn.ideal"></context:component-scan>

我们可以通过 basePackages 属性来指定 @ComponentScan 自动扫描的范围，且和这个注解中value属性的作用是一致

如果不指定，则默认Spring框架实现会从声明 @ComponentScan 所在类的 package 进行扫描，由于默认是不指定的，所以这也是我们把启动类放在与 controller service 等包同级的位置下

我们还可以看到指定了两个 Filter ，简单提一下他们两个

@ComponentScan(excludeFilters = { @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
      @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })

TypeExcludeFilter, 方便用户实现自定义的Filter，用于Spring Test中
AutoConfigurationExcludeFilter, 忽略@ Configuration和 EnableAutoConfiguration
这样就可以使得，SpringBoot不会错误扫描到自动装配类

C：@EnableAutoConfiguration

这个注解是极其重要的，顾名思义可以看到，它的格式为 @EnableXxxxxx，还有一些类似的注解 @EnableMBeanExport、@EnableScheduling 等等，他们也是相同的开头，拿一个举例

@EnableScheduling：通过 @Import 将Spring 调度框架相关的bean定义都加载到 IOC容器

@EnableAutoConfiguration 也是这样的，他借助 @Import ，就可以把所有符合自动配置要求的 bean 定义加载到 IOC 容器

所以：这个注解的作用就是自动配置，代替了我们很多的配置操作，在 @SpringBootApplication 上加这个注解，也就代表 SpringBoot 自动配置的功能开启了

我们点进去具体看一下

首先同样可以看到很多注解，我们聚焦到这两个

@AutoConfigurationPackage
@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)

① @AutoConfigurationPackage

我们可以点进去 @AutoConfigurationPackag 这个注解看一下，其下还有一个注解很重要 @Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class)

@Import 就是用来给容器中导入某个组件类
@Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class) 就是将将Registrar这个组件类导入到 Spring 容器中

进而看一下 Registrar ，其中有一个 registerBeanDefinitions 方法就是导入组件类的实现，作用就是将注解标注的元信息传进去，然后得到对应的包名

@Override
public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
   register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());
}

总结一下：AutoConfigurationPackage注解的作用是将 添加该注解的类所在的package 作为 自动配置package 进行管理

根据我们启动类的所在包位置可得，使用 @AutoConfigurationPackage 注解可以将主程序类所在包及所有子包下的组件到扫描到 Spring 容器中

② @Import(AutoConfigurationImportSelector.class)

回到 EnableAutoConfiguration 下，除了 @AutoConfigurationPackage，最重要的来了，@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)，@Import 就不说了，那么 AutoConfigurationImportSelector 究竟做了什么呢？我们进入 AutoConfigurationImportSelector

由于 AutoConfigurationImportSelector 字面意思叫做自动配置导入选择器，所我们来找一下关于获得配置的相关代码

首先在 getAutoConfigurationEntry 方法中看到这么一行代码：

// 获取全部的配置
List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes);

这些配置是通过 getCandidateConfigurations 获取到的，所我们继续跳转过去

找到 getCandidateConfigurations ，这个方法，其中又调用了 SpringFactoriesLoader 类的静态方法 loadFactoryNames（注意引入的第一个参数）

// 获得候选的配置
protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
   List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(),
         getBeanClassLoader());
   Assert.notEmpty(configurations, "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories. If you "
         + "are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
   return configurations;
}

// 在上面被当做参数调用了
// 返回的就是最开始启动自动导入配置文件的注解类；EnableAutoConfiguration
protected Class<?> getSpringFactoriesLoaderFactoryClass() {
	return EnableAutoConfiguration.class;
}

继续深入这个方法，我节选了一部分重要的，关键部分我都加了注释

public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";

public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryType, @Nullable ClassLoader classLoader) {
   // 前面传入的参数为EnableAutoConfiguration.class
   // 所以factoryClassName为org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration
   String factoryTypeName = factoryType.getName();
   // 把 factoryClassName传入，返回的是所有spring.factories文件中key为org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration的类路径
   return loadSpringFactories(classLoader).getOrDefault(factoryTypeName, Collections.emptyList());
}

private static Map<String, List<String>> loadSpringFactories(@Nullable ClassLoader classLoader) {
   MultiValueMap<String, String> result = cache.get(classLoader);
   if (result != null) {
      return result;
   }

   try {
      // 找到所有的 "META-INF/spring.factories" 定义在上方
      Enumeration<URL> urls = (classLoader != null ?
            classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION) :
            ClassLoader.getSystemResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION));
      result = new LinkedMultiValueMap<>();
      while (urls.hasMoreElements()) {
         URL url = urls.nextElement();
         UrlResource resource = new UrlResource(url);
          // 读取文件内容，properties类似于HashMap，包含了属性的key和value
         Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(resource);
         for (Map.Entry<?, ?> entry : properties.entrySet()) {
            // 属性文件中用‘,‘分割多个value
            String factoryTypeName = ((String) entry.getKey()).trim();
            for (String factoryImplementationName : StringUtils.commaDelimitedListToStringArray((String) entry.getValue())) {
               result.add(factoryTypeName, factoryImplementationName.trim());
            }
         }
      }
      cache.put(classLoader, result);
      return result;
   }
   catch (IOException ex) {
      throw new IllegalArgumentException("Unable to load factories from location [" +
            FACTORIES_RESOURCE_LOCATION + "]", ex);
   }
}

到这里了，再怎么找也该知道去找 spring.factories 了，那么这个 META-INF/spring.factories 文件从哪里找起呢？一般都是默认当前文件下的，所以顺着上面的代码分析找到了源头 package org.springframework.boot.autoconfigure 下

技术图片

点进去一看，好多以 AutoConfiguration 结尾的配置内容，这就是自动配置的根本，挑选几个简单列出来

......
org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet.DispatcherServletAutoConfiguration,org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet.ServletWebServerFactoryAutoConfiguration,org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet.error.ErrorMvcAutoConfiguration,org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet.HttpEncodingAutoConfiguration,org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet.MultipartAutoConfiguration,org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet.WebMvcAutoConfiguration,......

随便找几个点进去看一下，可以看到他们每个都是JavaConfig配置类，同时注入了一些Bean，所以可以看出这个 spring.factories 文件就是我们配置的根源内容了

@EnableAutoConfiguration 注解总结：

在启动类中的 @SpringbootApplication 注解下引入 @EnableAutoConfiguration 注解，它提供了一种配置查找的功能支持，也就是说，@EnableAutoConfiguration的完整类名org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration 作为查找的Key，获取对应的一组@Configuration类

这些配置类具体是如何做的我们这里不深究，但是要补充一个点，我们首先进入下面这个 Configuration

org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet.ServletWebServerFactoryAutoConfiguration,

@Configuration(proxyBeanMethods = false) 自然代表这是一个配置类，这也与我们前面的分析一致

要说的是这个注解：@EnableConfigurationProperties(ServerProperties.class)

看名字来说，它是和 Properties 配置有关的，继续点入 ServerProperties

@ConfigurationProperties(prefix = "server", ignoreUnknownFields = true)
public class ServerProperties {

	/**
	 * Server HTTP port.
	 */
	private Integer port;

	/**
	 * Network address to which the server should bind.
	 */
	private InetAddress address
	
	......
}

又看到这样一条注解：@ConfigurationProperties(prefix = "server", ignoreUnknownFields = true)

可以看到，这里指定了一个前缀 server，下面还定义了很多东西，例如这里定义了端口还有地址等等

那么，为什么要说这个呢？有什么用呢？

这就与我准备下一篇写的文章有关了，也就是配置相关的，我们可以在这里先体验一下

在项目 resources 的 application.properties 下，我们可以添加这样一条配置：

server.port=9090

技术图片

就这样一行配置，就把端口号修改好了，是不是很神奇

这就是我们刚才想说的，实际上这里配置的 server.port 其中 server 就是那个 @ConfigurationProperties(prefix = "server", ignoreUnknownFields = true) 配置的前缀，port 就是下面定义的端口，也就是SpringBoot会将配置文件中以server开始的属性映射到该类的字段中

(三) 结尾

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以上是关于SpringBoot起飞之路-入门原理分析的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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Python工程师Java之路（t）SpringBoot极速极简入门代码

Java之Spring Boot入门到精通IDEA版SpringBoot原理分析，SpringBoot监控（一篇文章精通系列）下

Spring Boot实战与原理分析