SpringBoot啟動原理詳解(圖文全面總結)
雖然我們在日常開發(fā)中，Spring Boot 使用非常多，算是目前 Java 開發(fā)領域一個標配了，但是小伙伴們仔細想想自己的面試經歷，和 Spring Boot 相關的面試題都有哪些？個人感覺應該是比較少的，Spring Boot 本質上還是曾經 SSM 那一套，只是通過各種 starter 簡化了配置而已，其他都是一模一樣的，所以 Spring Boot 中很多面試題還是得回歸到 Spring 中去解答！當然這并不是說 Spring Boot 中沒什么可問的，Spring Boot 中其實也有一個非常經典的面試題，那就是 Spring Boot 的啟動原理是什么？今天松哥就來和各位小伙伴聊一下這個問題。
其實松哥之前和小伙伴們聊過相關的問題，不過都是零散的，沒有系統(tǒng)梳理過，之前也帶領小伙伴們自定義過一個 starter，相信各位小伙伴對于 starter 的原理也有一定了解，所以今天這篇文章一些過于細節(jié)的內容我就不贅述了，大家可以翻看之前的文章。
一、@SpringBootApplication
要說 Spring Boot 的自動化配置，那必須從項目的啟動類 @SpringBootApplication 說起，這是整個 Spring Boot 宇宙的起點，我們先來看下這個注解：
@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 {
}可以看到，@SpringBootApplication 注解組合了多個常見注解的功能，其中：
- 前四個是元注解，這里我們不做討論。
- 第五個 @SpringBootConfiguration 是一個支持配置類的注解，這里我們也不做討論。
- 第六個 @EnableAutoConfiguration 這個注解就表示開啟自動化配置，這是我們今天要聊得重點。
- 第七個 @ComponentScan 是一個包掃描注解，為什么 Spring Boot 項目中的 Bean 只要放對位置就會被自動掃描到，和這個注解有關。
別看這里注解多，其實真正由 Spring Boot 提供的注解一共就兩個，分別是 @SpringBootConfiguration 和 @EnableAutoConfiguration 兩個，其他注解在 Spring Boot 出現之前就已經存在多年了。
二、@EnableAutoConfiguration
接下來我們來看看 @EnableAutoConfiguration 是如何實現自動化配置的。
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {
}這個注解起關鍵作用的就是兩個東西：
- @AutoConfigurationPackage：這個表示自動掃描各種第三方的注解，在之前的文章中松哥已經和大家聊過這個注解的作用了，傳送門：@AutoConfigurationPackage 和 @ComponentScan 有何區(qū)別？
- @Import 則是在導入 AutoConfigurationImportSelector 配置類，這個配置類里邊就是去加載各種自動化配置類的。
三、AutoConfigurationImportSelector
AutoConfigurationImportSelector 類中的方法比較多，入口的地方則是 process 方法，所以我們這里就從 process 方法開始看起：
@Override
public void process(AnnotationMetadata annotationMetadata, DeferredImportSelector deferredImportSelector) {
Assert.state(deferredImportSelector instanceof AutoConfigurationImportSelector,
() -> String.format("Only %s implementations are supported, got %s",
AutoConfigurationImportSelector.class.getSimpleName(),
deferredImportSelector.getClass().getName()));
AutoConfigurationEntry autoConfigurationEntry = ((AutoConfigurationImportSelector) deferredImportSelector)
.getAutoConfigurationEntry(annotationMetadata);
this.autoConfigurationEntries.add(autoConfigurationEntry);
for (String importClassName : autoConfigurationEntry.getConfigurations()) {
this.entries.putIfAbsent(importClassName, annotationMetadata);
}
}從類名就可以看出來，跟自動化配置相關的對象是由 AutoConfigurationEntry autoConfigurationEntry = ((AutoConfigurationImportSelector) deferredImportSelector).getAutoConfigurationEntry(annotationMetadata); 進行加載的。
當然這里的 getAutoConfigurationEntry 方法實際上就是當前類提供的方法，我們來看下該方法：
protected AutoConfigurationEntry getAutoConfigurationEntry(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
return EMPTY_ENTRY;
}
AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);
List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes);
configurations = removeDuplicates(configurations);
Set<String> exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);
checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
configurations.removeAll(exclusions);
configurations = getConfigurationClassFilter().filter(configurations);
fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
return new AutoConfigurationEntry(configurations, exclusions);
}這里源碼的方法命名都做的不錯，基本上都能做到見名知意，小伙伴們日常開發(fā)中，應該向這樣的命名思路看齊。接下來我們就來挨個看一下這里的關鍵方法。
3.1 isEnabled
首先調用 isEnabled 方法去判斷自動化配置到底有沒有開啟，這個主要是因為我們及時在項目中引入了 spring-boot-starter-xxx 之后，我們也可以通過在 application.properties 中配置 spring.boot.enableautoconfiguration=false 來關閉所有的自動化配置。
相關源碼如下：
protected boolean isEnabled(AnnotationMetadata metadata) {
if (getClass() == AutoConfigurationImportSelector.class) {
return getEnvironment().getProperty(EnableAutoConfiguration.ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY, Boolean.class, true);
}
return true;
}3.2 getCandidateConfigurations
接下來調用 getCandidateConfigurations 方法去獲取所有候選的自動化配置類，這些候選的自動化配置類主要來自兩個地方：
- 在之前的自定義 starter 中松哥和大家聊過，我們需要在 claspath\:META-INF/spring.factories 中定義出來所有的自動化配置類，這是來源一。
- Spring Boot 自帶的自動化配置類，這個在之前的 vhr 視頻中也和小伙伴們多次講過，Spring Boot 自帶的自動化配置類位于 spring-boot-autoconfigure-3.0.6.jar!\META-INF\spring\org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports 文件中。
相關源碼如下：
protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
List<String> configurations = new ArrayList<>(
SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(), getBeanClassLoader()));
ImportCandidates.load(AutoConfiguration.class, getBeanClassLoader()).forEach(configurations::add);
Assert.notEmpty(configurations,
"No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories nor in META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports. If you "
+ "are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
return configurations;
}這里加載到的自動化配置類的全路徑被存入到 configurations 對象中，該對象有兩個獲取的地方：
- 調用 SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames 方法獲取，這個方法細節(jié)我就不帶大家看了，比較簡單，本質上就是去加載 META-INF/spring.factories 文件，這個文件中定義了大量的自動化配置類的全路徑。
- 調用 ImportCandidates.load 方法去加載，這個就是加載 spring-boot-autoconfigure-3.0.6.jar!\META-INF\spring\org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports 文件中的自動化配置類。
如果這兩個地方都沒有加載到任何自動化配置類，那么就會拋出一個異常。
3.3 removeDuplicates
removeDuplicates 方法表示移除候選自動化配置類中重復的類，移除的思路也很有意思，就用一個 LinkedHashSet 中轉一下就行了，源碼如下：
protected final <T> List<T> removeDuplicates(List<T> list) {
return new ArrayList<>(new LinkedHashSet<>(list));
}可以看到這些源碼里有時候一些解決思路也很有意思。
3.4 getExclusions
getExclusions 方法表示需要獲取到所有被排除的自動化配置類，這些被排除的自動化配置類可以從三個地方獲取：
- 當前注解的 exclude 屬性。
- 當前注解的 excludeName 屬性。
- application.properties 配置文件中的 spring.autoconfigure.exclude 屬性。
來看一下相關源碼：
protected Set<String> getExclusions(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
Set<String> excluded = new LinkedHashSet<>();
excluded.addAll(asList(attributes, "exclude"));
excluded.addAll(asList(attributes, "excludeName"));
excluded.addAll(getExcludeAutoConfigurationsProperty());
return excluded;
}跟上面講解的三點剛好對應。
3.5 checkExcludedClasses
這個方法是檢查所有被排除的自動化配置類，由于 Spring Boot 中的自動化配置類可以自定義，并不需要統(tǒng)一實現某一個接口或者統(tǒng)一繼承某一個類，所以在寫排除類的時候，如果寫錯了編譯是校驗不出來的，像下面這種：
@SpringBootApplication(exclude = HelloController.class)
public class App {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(App.class, args);
}
}由于 HelloController 并不是一個自動化配置類，所以這樣寫項目啟動的時候就會報錯，如下：
圖片
這個異常從哪來的呢？其實就是來自 checkExcludedClasses 方法，我們來看下該方法：
private void checkExcludedClasses(List<String> configurations, Set<String> exclusions) {
List<String> invalidExcludes = new ArrayList<>(exclusions.size());
for (String exclusion : exclusions) {
if (ClassUtils.isPresent(exclusion, getClass().getClassLoader()) && !configurations.contains(exclusion)) {
invalidExcludes.add(exclusion);
}
}
if (!invalidExcludes.isEmpty()) {
handleInvalidExcludes(invalidExcludes);
}
}
protected void handleInvalidExcludes(List<String> invalidExcludes) {
StringBuilder message = new StringBuilder();
for (String exclude : invalidExcludes) {
message.append("\t- ").append(exclude).append(String.format("%n"));
}
throw new IllegalStateException(String.format(
"The following classes could not be excluded because they are not auto-configuration classes:%n%s",
message));
}可以看到，在 checkExcludedClasses 方法中，會首先找到所有位于當前類路徑下但是卻不包含在 configurations 中的所有被排除的自動化配置類，由于 configurations 中的就是所有的自動化配置類了，所以這些不存在于 configurations 中的類都是有問題的，都不是自動化配置類，將這些有問題的類收集起來，存入到 invalidExcludes 變量中，然后再進行額外的處理。
所謂額外的處理就是在 handleInvalidExcludes 方法中拋出異常，前面截圖中的異常就是來自這里。
3.6 removeAll
這個方法就一個任務，就是從 configurations 中移除掉那些被排除的自動化配置類。configurations 本身就是 List 集合，exclusions 則是一個 Set 集合，所以這里直接移除即可。
3.7 filter
現在我們已經加載了所有的自動化配置類了，但是這些配置類并不是都會生效，具體是否生效，還要看你的項目是否使用了具體的依賴。
例如，現在加載的自動化配置里里邊就包含了 RedisAutoConfiguration，這個是自動配置 Redis 的，但是由于我的項目中并沒有使用 Redis，所以這個自動化配置類并不會生效。這個過程就是由 getConfigurationClassFilter().filter(configurations); 來完成的。
先說一個預備知識：
由于我們項目中的自動化配置類特別多，每一個自動化配置類都會依賴別的類，當別的類存在時，這個自動化配置類才會生效，這一堆互相之間的依賴關系，存在于 spring-boot-autoconfigure-3.0.6.jar!/META-INF/spring-autoconfigure-metadata.properties 文件之中，我隨便舉一個該文件中的配置：
- org.springframework.boot.autoconfigure.amqp.RabbitAnnotationDrivenConfiguration.Cnotallow=org.springframework.amqp.rabbit.annotation.EnableRabbit 表示 RabbitAnnotationDrivenConfiguration 類要生效有一個必備條件就是當前項目類路徑下要存在 org.springframework.amqp.rabbit.annotation.EnableRabbit。
我們來看看 RabbitAnnotationDrivenConfiguration 類的注解：
@Configuration(proxyBeanMethods = false)
@ConditionalOnClass(EnableRabbit.class)
class RabbitAnnotationDrivenConfiguration {
}這個類和配置文件中的內容一致。
這個預備知識搞懂了，接下來的內容就好理解了。
先來看 getConfigurationClassFilter 方法，這個就是獲取所有的過濾器，如下：
private ConfigurationClassFilter getConfigurationClassFilter() {
if (this.configurationClassFilter == null) {
List<AutoConfigurationImportFilter> filters = getAutoConfigurationImportFilters();
for (AutoConfigurationImportFilter filter : filters) {
invokeAwareMethods(filter);
}
this.configurationClassFilter = new ConfigurationClassFilter(this.beanClassLoader, filters);
}
return this.configurationClassFilter;
}可以看到，這里獲取到的過濾器都是 AutoConfigurationImportFilter 類型的，這個類型的過濾器只有三個實例，如下圖：
圖片
從這三個實例的名字中，基本上就能看出來各自的作用：
- OnClassCondition：這個就是條件注解 @ConditionalOnClass 的判定條件，看名字就知道用來判斷當前 classpath 下是否存在某個類。
- OnWebApplicationCondition：這個是條件注解 ConditionalOnWebApplication 的判定條件，用來判斷當前系統(tǒng)環(huán)境是否是一個 Web 環(huán)境。
- OnBeanCondition：這個是條件注解 @ConditionalOnBean 的判定條件，就是判斷當前系統(tǒng)下是否存在某個 Bean。
這里獲取到的三個 AutoConfigurationImportFilter 過濾器其實就是上面這三個。接下來執(zhí)行 filter 方法，如下：
List<String> filter(List<String> configurations) {
long startTime = System.nanoTime();
String[] candidates = StringUtils.toStringArray(configurations);
boolean skipped = false;
for (AutoConfigurationImportFilter filter : this.filters) {
boolean[] match = filter.match(candidates, this.autoConfigurationMetadata);
for (int i = 0; i < match.length; i++) {
if (!match[i]) {
candidates[i] = null;
skipped = true;
}
}
}
if (!skipped) {
return configurations;
}
List<String> result = new ArrayList<>(candidates.length);
for (String candidate : candidates) {
if (candidate != null) {
result.add(candidate);
}
}
return result;
}這里就是遍歷這三個過濾器，然后分別調用各自的 match 方法和 144 個自動化配置類進行匹配，如果這些自動化配置類所需要的條件得到滿足，則 match 數組對應的位置就為 true，否則就為 false。
然后遍歷 match 數組，將不滿足條件的自動化配置類置為 null，最后再把這些 null 移除掉。
這樣就獲取到了我們需要進行自動化配置的類了。
最后一句 fireAutoConfigurationImportEvents 則是觸發(fā)自動化配置類導入事件，這個沒啥好說的～
當這些自動化配置類加載進來之后，接下來就是各種條件注解來決定這些配置類是否生效了，這些都比較簡單了，之前在 vhr 種也和小伙伴們講過多次了，這里就不再啰嗦了~
