《我要进大厂系列三》-SpringBoot自动化配置原理

Posted 2021-07-07 熊猫IT学院

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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《我要进大厂系列三》-SpringBoot自动化配置原理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

2.SpringBoot的入口
3.SpringBootApplication背后的秘密
4.@Configuration
5.@ComponentScan扫描bean
6.@EnableAutoConfiguration
7.自动配置生效

# 1.前言

不论在工作中，亦或是求职面试，Spring Boot已经成为我们必知必会的技能项。除了某些老旧的政府项目或金融项目持有观望态度外，如今的各行各业都在飞速的拥抱这个已经不是很新的Spring启动框架。

当然，作为Spring Boot的精髓，自动配置原理的工作过程往往只有在“面试”的时候才能用得上，但是如果在工作中你能够深入的理解Spring Boot的自动配置原理，将无往不利。

Spring Boot的出现，得益于“习惯优于配置”的理念，没有繁琐的配置、难以集成的内容（大多数流行第三方技术都被集成），这是基于Spring 4.x提供的按条件配置Bean的能力。

2.SpringBoot的入口

我们开发任何一个Spring Boot项目，都会用到如下的启动类

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

从上面代码可以看出，Annotation定义（@SpringBootApplication）和类定义（SpringApplication.run）最为耀眼，所以要揭开SpringBoot的神秘面纱，我们要从这两位开始就可以了。

3.SpringBootApplication背后的秘密

@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 {
...
}

虽然定义使用了多个Annotation进行了原信息标注，但实际上重要的只有三个Annotation：

@Configuration（@SpringBootConfiguration点开查看发现里面还是应用了@Configuration）
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan

所以，如果我们使用如下的SpringBoot启动类，整个SpringBoot应用依然可以与之前的启动类功能对等：

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

每次写这3个比较累，所以写一个@SpringBootApplication方便点。接下来分别介绍这3个Annotation。

4.@Configuration

这里的@Configuration对我们来说不陌生，它就是JavaConfig形式的Spring Ioc容器的配置类使用的那个@Configuration，SpringBoot社区推荐使用基于JavaConfig的配置形式，所以，这里的启动类标注了@Configuration之后，本身其实也是一个IoC容器的配置类。
举几个简单例子回顾下，XML跟config配置方式的区别：

表达形式层面

基于XML配置的方式是这样：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
	<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
	       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
	       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-3.0.xsd"
	       default-lazy-init="true">
	    <!--bean定义-->
	</beans>

而基于JavaConfig的配置方式是这样：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    //bean定义
}

任何一个标注了@Configuration的Java类定义都是一个JavaConfig配置类。

注册bean定义层面

基于XML的配置形式是这样：

<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl">
    ...
</bean>

而基于JavaConfig的配置形式是这样的：

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

任何一个标注了@Bean的方法，其返回值将作为一个bean定义注册到Spring的IoC容器，方法名将默认成该bean定义的id。

表达依赖注入关系层面

为了表达bean与bean之间的依赖关系，在XML形式中一般是这样：

<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl">
    <propery name ="dependencyService" ref="dependencyService" />
</bean>

<bean id="dependencyService" class="DependencyServiceImpl"></bean>

而基于JavaConfig的配置形式是这样的：

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

如果一个bean的定义依赖其他bean,则直接调用对应的JavaConfig类中依赖bean的创建方法就可以了。

5.@ComponentScan扫描bean

我们原来使用spring的使用不会在xml中一个一个配置bean，我们在再类上加上@Repository，@Service,@Controller,@Component,并且注入时可以使用@AutoWired的注解注入。这一切的功能都需要我们配置包扫描<context:component-scan base-package="com.bruceliu"/>.
然而现在注解驱动开发已经没有了配置文件，不能配置。但是提供了@ComponentScan，我们可以在配置类上面加上这个注解也是一样，并且也能扫描配置包项目的相关注解，也能完成自动注入。

接下来我们先来看扫描组件，后面再看注入

package com.bruceliu.service;

import com.bruceliu.bean.User;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class UserService {
    public User getUser(Long id){
        System.out.println("userservice...");
        return null;
    }
}

package com.bruceliu.controller;

import com.bruceliu.bean.User;
import org.springframework.stereotype.Controller;


@Controller
public class UserController {

    //先不拷贝页面，直接打印即可
    public User getUser(Long id){
        System.out.println("usercontroller...");
        return null;
    }
}

//注解类==配置文件
@Configuration //告诉spring这是一个注解类
@ComponentScan("com.bruceliu")
public class MainConfig {

    //相当于在xml中配置了<bean id="" class="com.bruceliu.dao.UserDao"><bean/>
    @Bean("userDao") //指定bean的名字
    public UserDao userDao01(){
        return new UserDaoImpl();
    }
}

public class MainConfigTest {

    @Test
    public void testIoc(){
        ApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(MainConfig.class);
        for (String beanName : context.getBeanDefinitionNames()) {
            System.out.println(beanName);
        }
    }

}

注：所以SpringBoot的启动类最好是放在root package下，因为默认不指定basePackages。

6.@EnableAutoConfiguration

@EnableAutoConfiguration作为一个复合Annotation,其自身定义关键信息如下：

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

其中，最关键的要属@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)，借助EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以帮助SpringBoot应用将所有符合条件的@Configuration配置都加载到当前SpringBoot创建并使用的IoC容器。就像一只“八爪鱼”一样借助于Spring框架原有的一个工具类：SpringFactoriesLoader的支持，@EnableAutoConfiguration可以智能的自动配置功效才得以大功告成！
在这里插入图片描述
而这个注解也是一个派生注解，其中的关键功能由@Import提供，其导入的AutoConfigurationImportSelector的selectImports()方法通过SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames()扫描所有具有META-INF/spring.factories的jar包。spring-boot-autoconfigure-x.x.x.x.jar里就有一个这样的spring.factories文件。

这个spring.factories文件也是一组一组的key=value的形式，其中一个key是EnableAutoConfiguration类的全类名，而它的value是一个xxxxAutoConfiguration的类名的列表，这些类名以逗号分隔，如下图所示：

在这里插入图片描述

这个@EnableAutoConfiguration注解通过@SpringBootApplication被间接的标记在了Spring Boot的启动类上。在SpringApplication.run(…)的内部就会执行selectImports()方法，找到所有JavaConfig自动配置类的全限定名对应的class，然后将所有自动配置类加载到Spring容器中。

7.自动配置生效

每一个XxxxAutoConfiguration自动配置类都是在某些条件之下才会生效的，这些条件的限制在Spring Boot中以注解的形式体现，常见的条件注解有如下几项：

@ConditionalOnBean：当容器里有指定的bean的条件下。
@ConditionalOnMissingBean：当容器里不存在指定bean的条件下。
@ConditionalOnClass：当类路径下有指定类的条件下。
@ConditionalOnMissingClass：当类路径下不存在指定类的条件下。

以ServletWebServerFactoryAutoConfiguration配置类为例，解释一下全局配置文件中的属性如何生效，比如：server.port=8081，是如何生效的（当然不配置也会有默认值，这个默认值来自于org.apache.catalina.startup.Tomcat）。
在这里插入图片描述
在ServletWebServerFactoryAutoConfiguration类上，有一个@EnableConfigurationProperties注解：开启配置属性，而它后面的参数是一个ServerProperties类，这就是习惯优于配置的最终落地点。

在这个类上，我们看到了一个非常熟悉的注解：@ConfigurationProperties，它的作用就是从配置文件中绑定属性到对应的bean上，而@EnableConfigurationProperties负责导入这个已经绑定了属性的bean到spring容器中（见上面截图）。那么所有其他的和这个类相关的属性都可以在全局配置文件中定义，也就是说，真正“限制”我们可以在全局配置文件中配置哪些属性的类就是这些XxxxProperties类，它与配置文件中定义的prefix关键字开头的一组属性是唯一对应的。

至此，我们大致可以了解。在全局配置的属性如：server.port等，通过@ConfigurationProperties注解，绑定到对应的XxxxProperties配置实体类上封装为一个bean，然后再通过@EnableConfigurationProperties注解导入到Spring容器中。

而诸多的XxxxAutoConfiguration自动配置类，就是Spring容器的JavaConfig形式，作用就是为Spring 容器导入bean，而所有导入的bean所需要的属性都通过xxxxProperties的bean来获得。

可能到目前为止还是有所疑惑，但面试的时候，其实远远不需要回答的这么具体，你只需要这样回答：

Spring Boot启动的时候会通过@EnableAutoConfiguration注解找到META-INF/spring.factories配置文件中的所有自动配置类，并对其进行加载，而这些自动配置类都是以AutoConfiguration结尾来命名的，它实际上就是一个JavaConfig形式的Spring容器配置类，它能通过以Properties结尾命名的类中取得在全局配置文件中配置的属性如：server.port，而XxxxProperties类是通过@ConfigurationProperties注解与全局配置文件中对应的属性进行绑定的。

EnableAutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以帮助SpringBoot应用将所有符合条件的@Configuration配置都加载到当前SpringBoot创建并使用的IoC容器。就像一只“八爪鱼”一样。
在这里插入图片描述 @EnableAutoConfiguration自动配置的魔法骑士就变成了：从classpath中搜寻所有的META-INF/spring.factories配置文件，并将其中org.springframework.boot.autoconfigure.EnableutoConfiguration对应的配置项通过反射（Java Refletion）实例化为对应的标注了@Configuration的JavaConfig形式的IoC容器配置类，然后汇总为一个并加载到IoC容器。

SpringBoot的启动原理基本算是讲完了，为了方便记忆，我根据上面的分析画了张图
在这里插入图片描述

SpringBoot自动化配置关键组件关系图

mybatis-spring-boot-starter、spring-boot-starter-web等组件的META-INF文件下均含有spring.factories文件，自动配置模块中，SpringFactoriesLoader收集到文件中的类全名并返回一个类全名的数组，返回的类全名通过反射被实例化，就形成了具体的工厂实例，工厂实例来生成组件具体需要的bean。

可以发现其最终实现了ImportSelector(选择器)和BeanClassLoaderAware(bean类加载器中间件)，重点关注一下AutoConfigurationImportSelector的selectImports方法。

 public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
        if (!this.isEnabled(annotationMetadata)) {
            return NO_IMPORTS;
        } else {
            AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader.loadMetadata(this.beanClassLoader);
            AutoConfigurationImportSelector.AutoConfigurationEntry autoConfigurationEntry = this.getAutoConfigurationEntry(autoConfigurationMetadata, annotationMetadata);
            return StringUtils.toStringArray(autoConfigurationEntry.getConfigurations());
        }
    }

该方法在springboot启动流程——bean实例化前被执行，返回要实例化的类信息列表。我们知道，如果获取到类信息，spring自然可以通过类加载器将类加载到jvm中，现在我们已经通过spring-boot的starter依赖方式依赖了我们需要的组件，那么这些组建的类信息在select方法中也是可以被获取到的，不要急我们继续向下分析。

  protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
        List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(this.getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(), this.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;
    }

该方法中的getCandidateConfigurations方法，通过方法注释了解到，其返回一个自动配置类的类名列表，方法调用了loadFactoryNames方法，查看该方法

public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, @Nullable ClassLoader classLoader) {
        String factoryClassName = factoryClass.getName();
        return (List)loadSpringFactories(classLoader).getOrDefault(factoryClassName, Collections.emptyList());
    }

    private static Map<String, List<String>> loadSpringFactories(@Nullable ClassLoader classLoader) {
        MultiValueMap<String, String> result = (MultiValueMap)cache.get(classLoader);
        if (result != null) {
            return result;
        } else {
            try {
                Enumeration<URL> urls = classLoader != null ? classLoader.getResources("META-INF/spring.factories") : ClassLoader.getSystemResources("META-INF/spring.factories");
                LinkedMultiValueMap result = new LinkedMultiValueMap();

                while(urls.hasMoreElements()) {
                    URL url = (URL)urls.nextElement();
                    UrlResource resource = new UrlResource(url);
                    Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(resource);
                    Iterator var6 = properties.entrySet().iterator();

在上面的代码可以看到自动配置器会根据传入的factoryClass.getName()到项目系统路径下所有的spring.factories文件中找到相应的key，从而加载里面的类。我们就选取这个mybatis-spring-boot-autoconfigure下的spring.factories文件
在这里插入图片描述
进入org.mybatis.spring.boot.autoconfigure.MybatisAutoConfiguration中，主要看一下类头：

发现Spring的@Configuration，俨然是一个通过注解标注的springBean，继续向下看，

@ConditionalOnClass({ SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class})这个注解的意思是：当存在SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class这两个类时才解析MybatisAutoConfiguration配置类，否则不解析这一个配置类，make sence，我们需要mybatis为我们返回会话对象，就必须有会话工厂相关类。

@CondtionalOnBean(DataSource.class)：只有处理已经被声明为bean的dataSource。

@ConditionalOnMissingBean(MapperFactoryBean.class)这个注解的意思是如果容器中不存在name指定的bean则创建bean注入，否则不执行（该类源码较长，篇幅限制不全粘贴）

以上配置可以保证sqlSessionFactory、sqlSessionTemplate、dataSource等mybatis所需的组件均可被自动配置，@Configuration注解已经提供了Spring的上下文环境，所以以上组件的配置方式与Spring启动时通过mybatis.xml文件进行配置起到一个效果。通过分析我们可以发现，只要一个基于SpringBoot项目的类路径下存在SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class，并且容器中已经注册了dataSourceBean，就可以触发自动化配置，意思说我们只要在maven的项目中加入了mybatis所需要的若干依赖，就可以触发自动配置，但引入mybatis原生依赖的话，每集成一个功能都要去修改其自动化配置类，那就得不到开箱即用的效果了。所以Spring-boot为我们提供了统一的starter可以直接配置好相关的类，触发自动配置所需的依赖(mybatis)如下：
在这里插入图片描述
这里是截取的mybatis-spring-boot-starter的源码中pom.xml文件中所有依赖：