• Spring基础系列-容器启动流程(1)

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    一、概述

    　　我说的容器启动流程涉及两种情况，SSM开发模式和Springboot开发模式。

    　　SSM开发模式中，需要配置web.xml文件用作启动配置文件，而Springboot开发模式中由main方法直接启动。

    　　下面是web项目中容器启动的流程，起点是web.xml中配置的ContextLoaderListener监听器。

    二、调用流程图（右键可查看大图）

    　　

    三、流程解析

    　　Tomcat服务器启动时会读取项目中web.xml中的配置项来生成ServletContext，在其中注册的ContextLoaderListener是ServletContextListener接口的实现类，它会时刻监听ServletContext的动作，包括创建和销毁，ServletContext创建的时候会触发其contextInitialized()初始化方法的执行。而Spring容器的初始化操作就在这个方法之中被触发。

    　　源码1-来自：ContextLoaderListener

    1     /**
2      * Initialize the root web application context.
3      */
4     @Override
5     public void contextInitialized(ServletContextEvent event) {
6         initWebApplicationContext(event.getServletContext());
7     }

    　　ContextLoaderListener是启动和销毁Spring的根WebApplicationContext（web容器或者web应用上下文）的引导器，其中实现了ServletContextListener的contextInitialized容器初始化方法与contextDestoryed销毁方法，用于引导根web容器的创建和销毁。

    　　上面方法中contextInitialized就是初始化根web容器的方法。其中调用了initWebApplicationContext方法进行Spring web容器的具体创建。

    　　源码2-来自：ContextLoader

     1     public WebApplicationContext initWebApplicationContext(ServletContext servletContext) {
 2         //SpringIOC容器的重复性创建校验
 3         if (servletContext.getAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE) != null) {
 4             throw new IllegalStateException(
 5                     "Cannot initialize context because there is already a root application context present - " +
 6                     "check whether you have multiple ContextLoader* definitions in your web.xml!");
 7         }
 8 
 9         Log logger = LogFactory.getLog(ContextLoader.class);
10         servletContext.log("Initializing Spring root WebApplicationContext");
11         if (logger.isInfoEnabled()) {
12             logger.info("Root WebApplicationContext: initialization started");
13         }
14         //记录Spring容器创建开始时间
15         long startTime = System.currentTimeMillis();
16 
17         try {
18             // Store context in local instance variable, to guarantee that
19             // it is available on ServletContext shutdown.
20             if (this.context == null) {
21                 //创建Spring容器实例
22                 this.context = createWebApplicationContext(servletContext);
23             }
24             if (this.context instanceof ConfigurableWebApplicationContext) {
25                 ConfigurableWebApplicationContext cwac = (ConfigurableWebApplicationContext) this.context;
26                 if (!cwac.isActive()) {
27                     //容器只有被刷新至少一次之后才是处于active（激活）状态
28                     if (cwac.getParent() == null) {
29                         //此处是一个空方法，返回null,也就是不设置父级容器
30                         ApplicationContext parent = loadParentContext(servletContext);
31                         cwac.setParent(parent);
32                     }
33                     //重点操作：配置并刷新容器
34                     configureAndRefreshWebApplicationContext(cwac, servletContext);
35                 }
36             }
37             //将创建完整的Spring容器作为一条属性添加到Servlet容器中
38             servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, this.context);
39 
40             ClassLoader ccl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
41             if (ccl == ContextLoader.class.getClassLoader()) {
42                 //如果当前线程的类加载器是ContextLoader类的类加载器的话，也就是说如果是当前线程加载了ContextLoader类的话，则将Spring容器在ContextLoader实例中保留一份引用
43                 currentContext = this.context;
44             }
45             else if (ccl != null) {
46                 //添加一条ClassLoader到Springweb容器的映射
47                 currentContextPerThread.put(ccl, this.context);
48             }
49 
50             if (logger.isDebugEnabled()) {
51                 logger.debug("Published root WebApplicationContext as ServletContext attribute with name [" +
52                         WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE + "]");
53             }
54             if (logger.isInfoEnabled()) {
55                 long elapsedTime = System.currentTimeMillis() - startTime;
56                 logger.info("Root WebApplicationContext: initialization completed in " + elapsedTime + " ms");
57             }
58 
59             return this.context;
60         }
61         catch (RuntimeException ex) {
62             logger.error("Context initialization failed", ex);
63             servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, ex);
64             throw ex;
65         }
66         catch (Error err) {
67             logger.error("Context initialization failed", err);
68             servletContext.setAttribute(WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE, err);
69             throw err;
70         }
71     }

    　　这里十分明了的显示出了ServletContext和Spring root ApplicationContext的关系：后者只是前者的一个属性，前者包含后者。

    　　ServletContext表示的是一整个应用，其中囊括应用的所有内容，而Spring只是应用所采用的一种框架。从ServletContext的角度来看，Spring其实也算是应用的一部分，属于和我们编写的代码同级的存在，只是相对于我们编码人员来说，Spring是作为一种即存的编码架构而存在的，即我们将其看作我们编码的基础，或者看作应用的基础部件。虽然是基础部件，但也是属于应用的一部分。所以将其设置到ServletContext中，而且是作为一个单一属性而存在，但是它的作用却是很大的。

    　　源码中WebApplicationContext.ROOT_WEB_APPLICATION_CONTEXT_ATTRIBUTE的值为：WebApplicationContext.class.getName() + ".ROOT"，这个正是Spring容器在Servlet容器中的属性名。

    　　在这段源码中主要是概述Spring容器的创建和初始化，分别由两个方法实现：createWebApplicationContext方法和configureAndRefreshWebApplicationContext方法。

    　　首先，我们需要创建Spring容器，我们需要决定使用哪个容器实现。

    　　源码3-来自：ContextLoader

     1     protected WebApplicationContext createWebApplicationContext(ServletContext sc) {
 2         //决定使用哪个容器实现
 3         Class<?> contextClass = determineContextClass(sc);
 4         if (!ConfigurableWebApplicationContext.class.isAssignableFrom(contextClass)) {
 5             throw new ApplicationContextException("Custom context class [" + contextClass.getName() +
 6                     "] is not of type [" + ConfigurableWebApplicationContext.class.getName() + "]");
 7         }
 8         //反射方式创建容器实例
 9         return (ConfigurableWebApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);
10     }
     1     //我们在web.xml中以 <context-param> 的形式设置contextclass参数来指定使用哪个容器实现类，
 2     //若未指定则使用默认的XmlWebApplicationContext，其实这个默认的容器实现也是预先配置在一个
 3     //叫ContextLoader.properties文件中的
 4     protected Class<?> determineContextClass(ServletContext servletContext) {
 5         //获取Servlet容器中配置的系统参数contextClass的值，如果未设置则为null
 6         String contextClassName = servletContext.getInitParameter(CONTEXT_CLASS_PARAM);
 7         if (contextClassName != null) {
 8             try {
 9                 return ClassUtils.forName(contextClassName, ClassUtils.getDefaultClassLoader());
10             }
11             catch (ClassNotFoundException ex) {
12                 throw new ApplicationContextException(
13                         "Failed to load custom context class [" + contextClassName + "]", ex);
14             }
15         }
16         else {
17             //获取预先配置的容器实现类
18             contextClassName = defaultStrategies.getProperty(WebApplicationContext.class.getName());
19             try {
20                 return ClassUtils.forName(contextClassName, ContextLoader.class.getClassLoader());
21             }
22             catch (ClassNotFoundException ex) {
23                 throw new ApplicationContextException(
24                         "Failed to load default context class [" + contextClassName + "]", ex);
25             }
26         }
27     }

    　　BeanUtils是Spring封装的反射实现，instantiateClass方法用于实例化指定类。

    　　我们可以在web.xml中以 <context-param> 的形式设置contextclass参数手动决定应用使用哪种Spring容器，但是一般情况下我们都遵循Spring的默认约定，使用ContextLoader.properties中配置的org.springframework.web.context.WebApplicationContext的值来作为默认的Spring容器来创建。

    　　源码4-来自：ContextLoader.properties

    1 # Default WebApplicationContext implementation class for ContextLoader.
2 # Used as fallback when no explicit context implementation has been specified as context-param.
3 # Not meant to be customized by application developers.
4 
5 org.springframework.web.context.WebApplicationContext=org.springframework.web.context.support.XmlWebApplicationContext

    　　可见，一般基于Spring的web服务默认使用的都是XmlWebApplicationContext作为容器实现类的。

    　　到此位置容器实例就创建好了，下一步就是配置和刷新了。

    　　源码4-来自：ContextLoader

     1     protected void configureAndRefreshWebApplicationContext(ConfigurableWebApplicationContext wac, ServletContext sc) {
 2         if (ObjectUtils.identityToString(wac).equals(wac.getId())) {
 3             // The application context id is still set to its original default value
 4             // -> assign a more useful id based on available information 
 5             String idParam = sc.getInitParameter(CONTEXT_ID_PARAM);
 6             if (idParam != null) {
 7                 wac.setId(idParam);
 8             }
 9             else {
10                 // Generate default id...
11                 wac.setId(ConfigurableWebApplicationContext.APPLICATION_CONTEXT_ID_PREFIX +
12                         ObjectUtils.getDisplayString(sc.getContextPath()));
13             }
14         }
15         //在当前Spring容器中保留对Servlet容器的引用
16         wac.setServletContext(sc);
17         //设置web.xml中配置的contextConfigLocation参数值到当前容器中
18         String configLocationParam = sc.getInitParameter(CONFIG_LOCATION_PARAM);
19         if (configLocationParam != null) {
20             wac.setConfigLocation(configLocationParam);
21         }
22 
23         // The wac environment's #initPropertySources will be called in any case when the context
24         // is refreshed; do it eagerly here to ensure servlet property sources are in place for
25         // use in any post-processing or initialization that occurs below prior to #refresh
26         //在容器刷新之前，提前进行属性资源的初始化，以备使用，将ServletContext设置为servletContextInitParams
27         ConfigurableEnvironment env = wac.getEnvironment();
28         if (env instanceof ConfigurableWebEnvironment) {
29             ((ConfigurableWebEnvironment) env).initPropertySources(sc, null);
30         }
31         //取得web.xml中配置的contextInitializerClasses和globalInitializerClasses对应的初始化器，并执行初始化操作，需自定义初始化器
32         customizeContext(sc, wac);
33         //刷新容器
34         wac.refresh();
35     }

    　　首先将ServletContext的引用置入Spring容器中，以便可以方便的访问ServletContext；然后从ServletContext中找到“contextConfigLocation”参数的值，配置是在web.xml中以<context-param>形式配置的。

    　　在Spring中凡是以<context-param>配置的内容都会在web.xml加载的时候优先存储到ServletContext之中，我们可以将其看成ServletContext的配置参数，将参数配置到ServletContext中后，我们就能方便的获取使用了，就如此处我们就能直接从ServletContext中获取“contextConfigLocation”的值，用于初始化Spring容器。

    　　在Java的web开发中，尤其是使用Spring开发的情况下，基本就是一个容器对应一套配置，这套配置就是用于初始化容器的。ServletContext对应于<context-param>配置，Spring容器对应applicationContext.xml配置，这个配置属于默认的配置，如果自定义名称就需要将其配置到<context-param>中备用了，还有DispatchServlet的Spring容器对应spring-mvc.xml配置文件。

    　　Spring容器的environment表示的是容器运行的基础环境配置，其中保存的是Profile和Properties，其initPropertySources方法是在ConfigurableWebEnvironment接口中定义的，是专门用于web应用中来执行真实属性资源与占位符资源（StubPropertySource）的替换操作的。

    　　StubPropertySource就是一个占位用的实例，在应用上下文创建时，当实际属性资源无法及时初始化时，临时使用这个实例进行占位，等到容器刷新的时候执行替换操作。

    　　上面源码中customizeContext方法的目的是在刷新容器之前对容器进行自定义的初始化操作，需要我们实现ApplicationContextInitializer<C extends ConfigurableApplicationContext>接口，然后将其配置到web.xml中即可生效。

    　　源码5-来自：ContextLoader

     1     protected void customizeContext(ServletContext sc, ConfigurableWebApplicationContext wac) {
 2         //获取初始化器类集合
 3         List<Class<ApplicationContextInitializer<ConfigurableApplicationContext>>> initializerClasses =
 4                 determineContextInitializerClasses(sc);
 5 
 6         for (Class<ApplicationContextInitializer<ConfigurableApplicationContext>> initializerClass : initializerClasses) {
 7             Class<?> initializerContextClass =
 8                     GenericTypeResolver.resolveTypeArgument(initializerClass, ApplicationContextInitializer.class);
 9             if (initializerContextClass != null && !initializerContextClass.isInstance(wac)) {
10                 throw new ApplicationContextException(String.format(
11                         "Could not apply context initializer [%s] since its generic parameter [%s] " +
12                         "is not assignable from the type of application context used by this " +
13                         "context loader: [%s]", initializerClass.getName(), initializerContextClass.getName(),
14                         wac.getClass().getName()));
15             }
16             //实例化初始化器并添加到集合中
17             this.contextInitializers.add(BeanUtils.instantiateClass(initializerClass));
18         }
19         //排序并执行，编号越小越早执行
20         AnnotationAwareOrderComparator.sort(this.contextInitializers);
21         for (ApplicationContextInitializer<ConfigurableApplicationContext> initializer : this.contextInitializers) {
22             initializer.initialize(wac);
23         }
24     }
     1     protected List<Class<ApplicationContextInitializer<ConfigurableApplicationContext>>>
 2             determineContextInitializerClasses(ServletContext servletContext) {
 3 
 4         List<Class<ApplicationContextInitializer<ConfigurableApplicationContext>>> classes =
 5                 new ArrayList<Class<ApplicationContextInitializer<ConfigurableApplicationContext>>>();
 6         //通过<context-param>属性配置globalInitializerClasses获取全局初始化类名
 7         String globalClassNames = servletContext.getInitParameter(GLOBAL_INITIALIZER_CLASSES_PARAM);
 8         if (globalClassNames != null) {
 9             for (String className : StringUtils.tokenizeToStringArray(globalClassNames, INIT_PARAM_DELIMITERS)) {
10                 classes.add(loadInitializerClass(className));
11             }
12         }
13         //通过<context-param>属性配置contextInitializerClasses获取容器初始化类名
14         String localClassNames = servletContext.getInitParameter(CONTEXT_INITIALIZER_CLASSES_PARAM);
15         if (localClassNames != null) {
16             for (String className : StringUtils.tokenizeToStringArray(localClassNames, INIT_PARAM_DELIMITERS)) {
17                 classes.add(loadInitializerClass(className));
18             }
19         }
20 
21         return classes;
22     }

    　　initPropertySources操作用于配置属性资源，其实在refresh操作中也会执行该操作，这里提前执行，目的为何，暂未可知。

    　　到达refresh操作我们先暂停。refresh操作是容器初始化的操作。是通用操作，而到达该点的方式确实有多种，每种就是一种Spring的开发方式。

    　　除了此处的web开发方式，还有Springboot开发方式，貌似就两种。。。下面说说Springboot启动的流程，最后统一说refresh流程。
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