Java面试题SpringBoot启动原理

Posted 2021-10-28 一宿君

SpringBoot启动原理

• 1、什么是SpringBoot
• 2、SpringBoot启动原理
• 3、三个关键注解解析
• • 3.1、@SpringBootConfiguration注解解析
  • 3.2、@EnableAutoConfiguration 注解解析
  • 3.3、SpringFactoriesLoader（幕后英雄）
  • 3.4、@ComponentScan 注解解析

1、什么是SpringBoot

Spring Boot是由Pivotal团队提供的全新框架，其设计目的是用来简化新Spring应用的初始搭建以及开发过程。该框架使用了特定的方式来进行配置，从而使开发人员不再需要定义样板化的配置。通过这种方式，Spring Boot致力于在蓬勃发展的快速应用开发领域（Rapid Application Development）成为领导者。

Spring大家都知道，Boot是启动的意思。所以，Spring Boot其实就是一个启动spring项目的一个工具而已。从最根本上来讲，Spring Boot就是一些库的集合，它能够被任意项目的构建系统所使用。

2、SpringBoot启动原理

SpringBoot启动整体可分为两步：

• 初始化一个SpringApplication对象
• 执行该对象的run()方法

想了解SpringBoot的启动原理，首先就要从项目的主启动类入手，说到主启动类那最关键的就是注解@SpringBootApplication

先看下SpringBoot主启动类：

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

再看下@SpringBootApplication注解的源码：

@Target({ElementType.TYPE})//注解的适用范围，其中TYPE用于描述类、接口（包括注解类型）或枚举类型
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)//注解的声明周期，保留到class文件中（三个声明周期）
@Documented//表名这个注解应该被javadoc记录
@Inherited//表名子类可以继承这个注解
@SpringBootConfiguration//继承了@Configuration注解，表示当前类是注解类
@EnableAutoConfiguration//开启SpringBoot的自动注解功能，器主要借助@import注解实现的
@ComponentScan(excludeFilters = {//扫描路径配置（具体使用待配置）
	@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = {TypeExcludeFilter.class}), 
	@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = {AutoConfigurationExcludeFilter.class})
	}
)
public @interface SpringBootApplication {
	...
}

从上述我们可以看出，实际上@SpringBootApplication是一复合的注解，其中起到主要作用的注解是：

• SpringBootConfiguration：继承了@Configuration注解，表示当前类是注解类
• @EnableAutoConfiguration：开启SpringBoot的自动注解功能，器主要借助@import注解实现的
• @ComponentScan：扫描路径配置（具体使用待配置）

所以我们把主启动类上面的注解写成这三个注解组合的形式其实也是可以的，整个SpringBoot应用依然可以与之前的启动类功能一样：

@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan(excludeFilters = {
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public class HelloWorldApplication{
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(HelloWorldApplication.class, args);
    }
}

因为如果我们每次新建项目时都要写上这三个注解来完成配置，这显然太繁琐了，SpringBoot就为我们提供了@SpringBootApplication这样一个复合注解来简化我们的操作。

3、三个关键注解解析

3.1、@SpringBootConfiguration注解解析

我们看下@SpringBootConfiguration注解的源码

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Configuration
@Indexed
public @interface SpringBootConfiguration {
    @AliasFor(
        annotation = Configuration.class
    )
    boolean proxyBeanMethods() default true;
}

@SpringBootConfiguration标注在哪个类上说明这是一个主配置类。
SpringBoot为了区别@Configuration而提供新的专属于SpringBoot的注解SpringBootConfiguration，在上面我们可以看出SpringBootConfiguration其实也是基于@Configuration注解实现的， 配置类也是容器中的一个组件；@Component，而它本身也是Spring容器中的一个配置。

其实了解到这，我们把SpringBoot的启动类来拆成两个类，拆完以后就非常清楚了：

@Configuration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan
public class HelloWorldConfiguration {

}

public class HelloWorldApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(HelloWorldConfiguration .class, args);
    }
}

从上面拆分后我们可以很清晰的看出，其实启动类HelloWorldApplication就是一个标准的StandAlone（独立）类型的Java程序main函数启动类。

3.2、@EnableAutoConfiguration 注解解析

看到这我想大家肯定就一下想起了Spring中很多以@Enable开头的注解，比如：@EnableScheduling：自动调度、@EnableCaching：自动缓存以及@EnableMBeanExport：监控JVM运行时状态等等。

而@EnableAutoConfiguration：开启自动注解的理念和工作原理和他们是一脉相承。简单的来说该注解是借助@Import注解的支持来实现的，Spring的IoC容器会收集和注册特定场合相关的Bean实例：

• @EnableScheduling自动调度：是通过@import将Spring调度框架相关的Bean都加载到IoC容器中。
• @EnableMBeanExport监控JVM运行时状态是通过@Import将JMX相关的Bean定义加载到IoC容器中。
• @EnableAutoConfiguration开启自动注解：是通过@Import将所有复合配置条件的Bean定义加载到IoC容器中，仅此而已。

我们看下@EnableAutoConfiguration注解的源码：

@Target({ElementType.TYPE})
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import({![AutoConfigurationImportSelector.class](https://img-blog.csdnimg.cn/72fda74967224245a0028a2b4552a271.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s,shadow_50,text_Q1NETiBA5LiA5a6_5ZCb,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16)})
public @interface EnableAutoConfiguration {
    String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";

    Class<?>[] exclude() default {};

    String[] excludeName() default {};
}

上述源码的注解中，最关键的@EnableAutoConfiguration主要就是借助AutoConfigurationImportSelector.class来帮助SpringBoot应用将所有符合条件的@Configuration标注的配置类都加载到当前SpringBoot创建并使用的IoC容器中，就像一个收割机一样，全文搜索配置类：

我们可以看下AutoConfigurationImportSelector.class类的部分源码：

public class AutoConfigurationImportSelector implements 
DeferredImportSelector, BeanClassLoaderAware, ResourceLoaderAware, BeanFactoryAware, EnvironmentAware, Ordered {

	protected List<AutoConfigurationImportFilter> getAutoConfigurationImportFilters() {
        return SpringFactoriesLoader.loadFactories(AutoConfigurationImportFilter.class, this.beanClassLoader);
    }
    
    protected List<AutoConfigurationImportListener> getAutoConfigurationImportListeners() {
        return SpringFactoriesLoader.loadFactories(AutoConfigurationImportListener.class, this.beanClassLoader);
    }
}

从上面我们可以看出，@AutoConfiguration注解主要是借助于SpringFactoriesLoader工厂加载类，获取配置类的过滤器和监听器都是通过SpringFactoriesLoader来实现的，那下面让我们来看下什么是SpringFactoriesLoader:

3.3、SpringFactoriesLoader（幕后英雄）

SpringFactoriesLoader属于Spring框架专属的一种扩展方案，其功能和使用方式类似于Java的SPI方案：java.util.ServiceLoader，它的主要功能就是从指定的配置文件META-INF/spring.factories中加载配置，spring.factories是一个非常经典的java.properties文件，内容格式是key-value形式，只不过这key以及value都非常特殊，为Java类的完整类名和包名，（Fully qualified name），比如：

com.wbs.service.DemoService = com.wbs.service.impl.DemoServiceImpl

然后Spring框架就可以根据某个类型作为Key来查找对应的类型名称列表了，SpringFactories源码如下：

public final class SpringFactoriesLoader {
    public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";
    
    private static final Log logger = LogFactory.getLog(SpringFactoriesLoader.class);
    
    static final Map<ClassLoader, Map<String, List<String>>> cache = new ConcurrentReferenceHashMap();
}

对于@EnableAutoConfiguration来说，SpringFactoriesLoader的用途和其本意稍有不同，他本意是为了提供SPI扩展，而在@EnableAutoConfiguration场景下，它更多的是提供一种配置查找的功能的支持，也就是根据@EnableAutoConfiguration的完整类名org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration作为key来获取一组对应的@Configuration类：

org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\\
org.springframework.boot.autoconfigure.admin.SpringApplicationAdminJmxAutoConfiguration,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.aop.AopAutoConfiguration,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.amqp.RabbitAutoConfiguration,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.batch.BatchAutoConfiguration,\\
org.springframework.boot.autoconfigure.cache.CacheAutoConfiguration,\\
...

在SpringBoot的AutoConfiguration依赖包中的META-INF文件下的spring.factories文件中，我们可以找到以上内容，这就很好的解释了为什么。

总结来说，@EnableAutoConfiguration能实现自动配置的原理就是：SpringFactoriesLoader从classpath类路径下去搜寻所有的META-INF/spring.factories文件，并将其中key为org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration对应的Value配置项通过反射的方式实例化为对应的标注为@Configuration的JavaConfig形式的IoC容器配置类，然后汇总到当前使用的IoC容器中。

3.4、@ComponentScan 注解解析

@ComponentScan注解很重要，它对应XML配置中的元素，@ComponentScan的功能就是自动扫描并加载符合条件的组件(如@Component和@Repository)或Bean定义，最终将这些Bean定义加载到当前使用的IoC容器中。

我们可以通过basePackages等属性来细粒度的定制@ComponentScan自动扫描的范围，如果不指定，则默认spring框架实现会从声明@ComponentScan所在类的package进行递归扫描。