头秃系列，二十三张图带你从源码分析Spring Boot 启动流程~

Posted 2021-03-29 码农沉思录

目录

• 前言
• 源码版本
• 从哪入手？
• 源码如何切分？
• 如何创建SpringApplication？
• 设置应用类型
• 设置初始化器(Initializer)
• 设置监听器(Listener)
• 设置监听器(Listener)
• 执行run()方法
• 获取、启动运行过程监听器
• 环境构建
• 创建IOC容器
• IOC容器的前置处理
• 刷新容器
• IOC容器的后置处理
• 发出结束执行的事件
• 执行Runners
• 总结
• 总结

前言

Spring Boot 专栏已经写了五十多天了，前面二十章从基础应用到高级整合避重就轻介绍的都是工作、面试中常见的知识点。

今天开始底层源码介绍的阶段，相对内容比较深一点，作者也尽可能介绍的通俗易懂，层次分明一点。相信读过我写的Mybatis专栏的文章都知道，只要跟着作者的步骤，方法一步步研究，其实源码并不难。

这篇文章花了四天时间精雕细琢，力求介绍的通俗易懂，毕竟源码相对难度更高些，希望通过作者拆分讲解能够帮助到读者。

如果没读过作者的前二十篇文章，

源码版本

作者Spring Boot是基于2.4.0。每个版本有些变化，读者尽量和我保持一致，以防源码有些出入。

从哪入手？

相信很多人尝试读过Spring Boot的源码，但是始终没有找到合适的方法。那是因为你对Spring Boot的各个组件、机制不是很了解，研究起来就像大海捞针。

至于从哪入手不是很简单的问题吗，当然主启动类了，即是标注着@SpringBootApplication注解并且有着main()方法的类，如下一段代码：

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

话不多说，DEBUG伺候，别怕，搞它........

源码如何切分？

SpringApplication中的静态run()方法并不是一步完成的，最终执行的源码如下：

//org.springframework.context.ConfigurableApplicationContext
public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?>[] primarySources, String[] args) {
  return new SpringApplication(primarySources).run(args);
 }

很显然分为两个步骤，分别是创建SpringApplication和执行run()方法，下面将分为这两个部分介绍。

如何创建SpringApplication？

创建即是new对象了，DEBUG跟进代码，最终执行的SpringApplication构造方法如下图：

如上图中标注的注释，创建过程重用的其实分为②、③、④这三个阶段，下面将会一一介绍每个阶段做了什么事。

设置应用类型

这个过程非常重要，直接决定了项目的类型，应用类型分为三种，都在WebApplicationType这个枚举类中，如下：

1. NONE：顾名思义，什么都没有，正常流程走，不额外的启动 web容器，比如 Tomcat。
2. SERVLET：基于 servlet的web程序，需要启动内嵌的 servletweb容器，比如 Tomcat。
3. REACTIVE：基于 reactive的web程序，需要启动内嵌 reactiveweb容器，作者不是很了解，不便多说。

判断的依据很简单，就是加载对应的类，比如加载了DispatcherServlet等则会判断是Servlet的web程序。源码如下：

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;
 }

这里我引入了spring-boot-starter-web,肯定是Servlet的web程序。

设置初始化器(Initializer)

初始化器ApplicationContextInitializer是个好东西，用于IOC容器刷新之前初始化一些组件，比如ServletContextApplicationContextInitializer。

那么如何获取初始化器呢？跟着上图中的代码进入，在SpringApplication中的如下图中的方法：

相对重要的就是第一步获取初始化器的名称了，这个肯定是全类名了，详细源码肯定在loadFactoryNames()方法中了，跟着源码进入，最终调用的是#SpringFactoriesLoader.loadSpringFactories()方法。

loadSpringFactories()方法就不再详细解释了，其实就是从类路径META-INF/spring.factories中加载ApplicationContextInitializer的值。

在spring-boot-autoconfigure的spring.factories文件中的值如下图：

上图中的只是一部分初始化器，因为spring.factories文件不止一个。

下图中是我的demo中注入的初始化器，现实项目中并不止这些。

这也告诉我们自定义一个ApplicationContextInitializer只需要实现接口，在spring.factories文件中设置即可。

设置监听器(Listener)

监听器（ApplicationListener）这个概念在Spring中就已经存在，主要用于监听特定的事件(ApplicationEvent)，比如IOC容器刷新、容器关闭等。

Spring Boot扩展了ApplicationEvent构建了SpringApplicationEvent这个抽象类，主要用于Spring Boot启动过程中触发的事件，比如程序启动中、程序启动完成等。如下图：

监听器如何获取？从源码中知道其实和初始化器(ApplicationContextInitializer)执行的是同一个方法，同样是从META-INF/spring.factories文件中获取。

在spring-boot-autoconfigure的spring.factories文件中的值如下图：

spring.factories文件不止一个，同样监听器也不止以上这些。

作者demo中注入的一些监听器如下图：

总结

SpringApplication的构建都是为了run()方法启动做铺垫，构造方法中总共就有几行代码，最重要的部分就是设置应用类型、设置初始化器、设置监听器。

「注意」：初始化器和这里的监听器都要放置在spring.factories文件中才能在这一步骤加载，否则不会生效，因此此时IOC容器还未创建，即使将其注入到IOC容器中也是不会生效的。

作者简单的画了张执行流程图，仅供参考，如下：

执行run()方法

上面分析了SpringApplication的构建过程，一切都做好了铺垫，现在到了启动的过程了。

作者根据源码将启动过程分为了「8步」，下面将会一一介绍。

1. 获取、启动运行过程监听器

SpringApplicationRunListener这个监听器和ApplicationListener不同，它是用来监听应用程序启动过程的，接口的各个方法含义如下：

public interface SpringApplicationRunListener {

    // 在run()方法开始执行时，该方法就立即被调用，可用于在初始化最早期时做一些工作
    void starting();
    // 当environment构建完成，ApplicationContext创建之前，该方法被调用
    void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment);
    // 当ApplicationContext构建完成时，该方法被调用
    void contextPrepared(ConfigurableApplicationContext context);
    // 在ApplicationContext完成加载，但没有被刷新前，该方法被调用
    void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext context);
    // 在ApplicationContext刷新并启动后，CommandLineRunners和ApplicationRunner未被调用前，该方法被调用
    void started(ConfigurableApplicationContext context);
    // 在run()方法执行完成前该方法被调用
    void running(ConfigurableApplicationContext context);
    // 当应用运行出错时该方法被调用
    void failed(ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception);
}

如何获取运行监听器？

在SpringApplication#run()方法中，源码如下：

//从spring.factories中获取监听器
SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);

跟进getRunListeners()方法，其实还是调用了loadFactoryNames()方法从spring.factories文件中获取值，如下：

org.springframework.boot.SpringApplicationRunListener=
org.springframework.boot.context.event.EventPublishingRunListener

最终注入的是EventPublishingRunListener这个实现类，创建实例过程肯定是通过反射了，因此我们看看它的构造方法，如下图：

这个运行监听器内部有一个事件广播器(SimpleApplicationEventMulticaster)，主要用来广播特定的事件(SpringApplicationEvent)来触发特定的监听器ApplicationListener。

EventPublishingRunListener中的每个方法用来触发SpringApplicationEvent中的不同子类。

如何启动运行监听器？

在SpringApplication#run()方法中，源码如下：

//执行starting()方法
listeners.starting(bootstrapContext, this.mainApplicationClass);

执行SpringApplicationRunListeners的starting()方法，跟进去其实很简单，遍历执行上面获取的运行监听器，这里只有一个EventPublishingRunListener。因此执行的是它的starting()方法，源码如下图：

上述源码中逻辑很简单，其实只是执行了multicastEvent()方法，广播了ApplicationStartingEvent事件。至于multicastEvent()内部方法感兴趣的可以看看，其实就是遍历ApplicationListener的实现类，找到监听ApplicationStartingEvent这个事件的监听器，执行onApplicationEvent()方法。

总结

这一步其实就是广播了ApplicationStartingEvent事件来触发监听这个事件的ApplicationListener。

因此如果自定义了ApplicationListener并且监听了ApplicationStartingEvent（应用程序开始启动）事件，则这个监听器将会被触发。

2. 环境构建

这一步主要用于加载系统配置以及用户的自定义配置(application.properties)，源码如下，在run()方法中：

ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, bootstrapContext, applicationArguments);

prepareEnvironment方法内部广播了ApplicationEnvironmentPreparedEvent事件，源码如下图：

环境构建这一步加载了系统环境配置、用户自定义配置并且广播了ApplicationEnvironmentPreparedEvent事件，触发监听器。

3. 创建IOC容器

源码在run()方法中，如下：

context = createApplicationContext();

跟进代码，真正执行的是ApplicationContextFactory方法，如下图：

根据webApplicationType决定创建的类型，很显然，我这里的是servlet，因此创建的是AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext。

这一步仅仅是创建了IOC容器，未有其他操作。

4. IOC容器的前置处理

这一步真是精华了，在刷新容器之前做准备，其中有一个非常关键的操作：将启动类注入容器，为后续的自动化配置奠定基础。源码如下：

prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,printedBanner);

prepareContext()源码解析如下图，内容还是挺多的：

从上图可以看出步骤很多，下面将会详细介绍几个重点的内容。

调用初始化器

在SpringApplication构建过程中设置的初始化器，从spring.factories取值的。执行的流程很简单，遍历执行，源码如下图：

将自定义的ApplicationContextInitializer放在META-INF/spring.factories中，在此时也是会被调用。

加载启动类，注入容器

这一步是将主启动类加载到IOC容器中，作为后续自动配置的入口。

在SpringApplication构建过程中将主启动类放置在primarySources这个集合中，此时的getAllSources()即是从其中取值，如下图：

这里取出的就是主启动类，当然你的项目中可能不止一个，接下来就是将其加载到IOC容器中了，源码如下：

load(context, sources.toArray(new Object[0]));

跟着代码进去，其实主要逻辑都在BeanDefinitionLoader.load()方法，如下图：

将主启动类加载到beanDefinitionMap，后续该启动类将作为开启自动配置化的入口，后续章节详细介绍。

两次广播事件

这一步涉及到了两次事件广播，分别是ApplicationContextInitializedEvent和ApplicationPreparedEvent，对应的源码如下：

listeners.contextPrepared(context);
load(context, sources.toArray(new Object[0]));

5. 刷新容器

刷新容器完全是Spring的功能了，比如初始化资源，初始化上下文广播器等，这个就不再详细介绍，有兴趣可以看看Spring的源码。

protected void refresh(ApplicationContext applicationContext) {
    Assert.isInstanceOf(AbstractApplicationContext.class, applicationContext);
    //调用创建的容器applicationContext中的refresh()方法
    ((AbstractApplicationContext)applicationContext).refresh();
}
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
        /**
         * 刷新上下文环境
         */
        prepareRefresh();

        /**
         * 初始化BeanFactory，解析XML，相当于之前的XmlBeanFactory的操作，
         */
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

        /**
         * 为上下文准备BeanFactory，即对BeanFactory的各种功能进行填充，如常用的注解@Autowired @Qualifier等
         * 添加ApplicationContextAwareProcessor处理器
         * 在依赖注入忽略实现*Aware的接口，如EnvironmentAware、ApplicationEventPublisherAware等
         * 注册依赖，如一个bean的属性中含有ApplicationEventPublisher(beanFactory)，则会将beanFactory的实例注入进去
         */
        prepareBeanFactory(beanFactory);

        try {
            /**
             * 提供子类覆盖的额外处理，即子类处理自定义的BeanFactoryPostProcess
             */
            postProcessBeanFactory(beanFactory);

            /**
             * 激活各种BeanFactory处理器,包括BeanDefinitionRegistryBeanFactoryPostProcessor和普通的BeanFactoryPostProcessor
             * 执行对应的postProcessBeanDefinitionRegistry方法 和  postProcessBeanFactory方法
             */
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

            /**
             * 注册拦截Bean创建的Bean处理器，即注册BeanPostProcessor，不是BeanFactoryPostProcessor，注意两者的区别
             * 注意，这里仅仅是注册，并不会执行对应的方法，将在bean的实例化时执行对应的方法
             */
            registerBeanPostProcessors(beanFactory);

            /**
             * 初始化上下文中的资源文件，如国际化文件的处理等
             */
            initMessageSource();

            /**
             * 初始化上下文事件广播器，并放入applicatioEventMulticaster,如ApplicationEventPublisher
             */
            initApplicationEventMulticaster();

            /**
             * 给子类扩展初始化其他Bean
             */
            onRefresh();

            /**
             * 在所有bean中查找listener bean，然后注册到广播器中
             */
            registerListeners();

            /**
             * 设置转换器
             * 注册一个默认的属性值解析器
             * 冻结所有的bean定义，说明注册的bean定义将不能被修改或进一步的处理
             * 初始化剩余的非惰性的bean，即初始化非延迟加载的bean
             */
            finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

            /**
             * 通过spring的事件发布机制发布ContextRefreshedEvent事件，以保证对应的监听器做进一步的处理
             * 即对那种在spring启动后需要处理的一些类，这些类实现了ApplicationListener<ContextRefreshedEvent>，
             * 这里就是要触发这些类的执行(执行onApplicationEvent方法)
             * 另外，spring的内置Event有ContextClosedEvent、ContextRefreshedEvent、ContextStartedEvent、ContextStoppedEvent、RequestHandleEvent
             * 完成初始化，通知生命周期处理器lifeCycleProcessor刷新过程，同时发出ContextRefreshEvent通知其他人
             */
            finishRefresh();
        }

        finally {
    
            resetCommonCaches();
        }
    }
}

6. IOC容器的后置处理

一个扩展方法，源码如下：

afterRefresh(context, applicationArguments);

默认为空，如果有自定义需求可以重写，比如打印一些启动结束日志等。

7. 发出结束执行的事件

同样是EventPublishingRunListener这个监听器，广播ApplicationStartedEvent事件。

但是这里广播事件和前几次不同，并不是广播给SpringApplication中的监听器（在构建过程中从spring.factories文件获取的监听器）。因此在IOC容器中注入的监听器（使用@Component等方式注入的）也能够生效。前面几个事件只有在spring.factories文件中设置的监听器才会生效。

跟着代码进入，可以看到started()方法源码如下：

这里并没有用事件广播器SimpleApplicationEventMulticaster广播事件，而是使用ConfigurableApplicationContext直接在IOC容器中发布事件。

8. 执行Runners

Spring Boot 提供了两种Runner让我们定制一些额外的操作，分别是CommandLineRunner和ApplicationRunner，关于这两个的区别，后面文章详细介绍。

调用的源码如下：

callRunners(context, applicationArguments);

跟进代码，其实真正执行的是如下方法：

逻辑很简单，从IOC容器中获取，遍历调用。

总结

Spring Boot 启动流程相对简单些，作者将其细分了以上八个步骤，希望能够帮助读者理解，流程图如下：

总结

Spring Boot启动流程就介绍到这里了，需要重点理解run()方法执行的八个步骤以及事件、初始化器、监听器等组件的执行时间点。

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