Spring Boot 启动流程源码分析

学习过springboot的都知道，在Springboot的main入口函数中调用SpringApplication.run(DemoApplication.class,args)函数便可以启用SpringBoot应用程序，跟踪一下SpringApplication源码可以发现，最终还是调用了SpringApplication的动态run函数。

下面以SpringBoot2.0.3.RELEASE为例简单分析一下运行过程。

SpringApplicatiton部分源码：

public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?>[] primarySources,
      String[] args) {
　　//创建springapplication对象，调用函数run(args)
   return new SpringApplication(primarySources).run(args);
}

上面的源码可以发现还是先创建SpringApplication实例，再调用run方法

第一步 分析 SpringApplication构造函数

SpringApplication构造函数代码如下：

 public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
   this.resourceLoader = resourceLoader;
   Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
   this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));

　　//1：判断web环境
   this.webApplicationType = deduceWebApplicationType();

　　//2：加载classpath下META-INF/spring.factories中配置的ApplicationContextInitializer
   setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(
         ApplicationContextInitializer.class));
　　//3：加载classpath下META-INF/spring.factories中配置的ApplicationListener
　　
   setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
　　//4：推断main方法所在的类
   this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
}

具体逻辑分析：

1. deduceWebApplicationType(),  SpringApplication构造函数中首先初始化应用类型，根据加载相关类路径判断应用类型，具体逻辑如下：

　　private static final String REACTIVE_WEB_ENVIRONMENT_CLASS = "org.springframework."
      + "web.reactive.DispatcherHandler";

 4　　 private static final String MVC_WEB_ENVIRONMENT_CLASS = "org.springframework."
      + "web.servlet.DispatcherServlet";

　　private static final String[] WEB_ENVIRONMENT_CLASSES = { "javax.servlet.Servlet",
      "org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext" };



   private WebApplicationType deduceWebApplicationType() {
　　//当类路径中存在REACTIVE_WEB_ENVIRONMENT_CLASS并且不存在MVC_WEB_ENVIRONMENT_CLASS时
   if (ClassUtils.isPresent(REACTIVE_WEB_ENVIRONMENT_CLASS, null)
         && !ClassUtils.isPresent(MVC_WEB_ENVIRONMENT_CLASS, null)) {
      return WebApplicationType.REACTIVE;
   }
　　//当加载的类路径中不包含WEB_ENVIRONMENT_CLASSES中定义的任何一个类时，返回标准应用（）
   for (String className : WEB_ENVIRONMENT_CLASSES) {
      if (!ClassUtils.isPresent(className, null)) {
         return WebApplicationType.NONE;
      }
   }
　　//加载的类路径中包含了WEB_ENVIRONMENT_CLASSES中定义的所有类型则判断为servlet的web应用
   return WebApplicationType.SERVLET;
}

　　2. setInitializers初始化属性initializers，加载classpath下META-INF/spring.factories中配置的ApplicationContextInitializer，此处getSpringFactoriesInstances方法入参type=ApplicationContextInitializer.class

　　private <T> Collection<T> getSpringFactoriesInstances(Class<T> type,
     　　 Class<?>[] parameterTypes, Object... args) {
   　　ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
  　　 // Use names and ensure unique to protect against duplicates
　　　　// SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames()方法将会从calssptah下的META-INF/spring.factories中读取key为//org.springframework.context.ApplicationContextInitializer的值，并以集合形式返回
   　　Set<String> names = new LinkedHashSet<>(
         　　SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(type, classLoader));
   　　//根据返回names集合逐个实例化,也就是初始化各种ApplicationContextInitializer,这些Initializer实际是在Spring上下文ApplicationContext执行refresh前调用
  　　 List<T> instances = createSpringFactoriesInstances(type, parameterTypes,
         classLoader, args, names);
   　　AnnotationAwareOrderComparator.sort(instances); //对instance排序
   　　return instances;
13　　 }

        以我的demo为例，实际debug时得到的initializers如下，其中数据来源于spring-boot,spring-boot-autoconfiguration和spring-boot-devtolls三个jar包下的classpath中，ApplicationContextInitializer接口是Spring框架提供地的，其主要作用是在Spring容器初始化过程中prepareContext()这一步进行回调，具体可参考：Spring Boot（七）扩展分析

 

　　3. setListeners 初始化属性listeners，加载classpath下META-INF/spring.factories中配置的ApplicationListener，此处入参为getSpringFactoriesInstances方法入参type= ApplicationListener.class

   private <T> Collection<T> getSpringFactoriesInstances(Class<T> type,
   　　   Class<?>[] parameterTypes, Object... args) {
　　   ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
   　　// Use names and ensure unique to protect against duplicates
　　　　// SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames()方法将会从calssptah下的META-INF/spring.factories中读取key为//org.springframework.context.ApplicationListener的值，并以集合形式返回
   　　Set<String> names = new LinkedHashSet<>(
         SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(type, classLoader));
　　　　//根据配置，初始化各种ApplicationListener，作用是用来监听ApplicationEvent
   　　List<T> instances = createSpringFactoriesInstances(type, parameterTypes,
         classLoader, args, names);
   　　AnnotationAwareOrderComparator.sort(instances);
   　　return instances;
　　}

第二步 分析 SpringApplication中 run方法

SpringApplication的run方法代码如下：

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
   StopWatch stopWatch = new StopWatch();
   stopWatch.start();
   ConfigurableApplicationContext context = null;
   Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();
    //设置系统变量java.awt.headless
   configureHeadlessProperty();
    //1:获取监听器：加载classpath下面的META-INF/spring.factories配置的监听器SpringApplicationRunListener
   SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
    //2：启动监听器：执行所有runlistener的starting方法，实际上发布一个【ApplicationStartingEvent】事件
   listeners.starting();
   try {
    　　//3：实例化ApplicationArguments对象
      ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(
            args);
    　　//4： 准备应用上下文环境Environment （web环境 or 标准环境）+配置Environment，主要是把run方法的参数配置到Environment  发布【ApplicationEnvironmentPreparedEvent】事件
      ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,
            applicationArguments);
          configureIgnoreBeanInfo(environment);
　　　　//打印banner，SpringBoot启动时，控制台输出的一个歪歪扭扭的很不清楚的Spring几个大字母，也可以自定义
      Banner printedBanner = printBanner(environment);
　　　　//5: 根据不同environment实例化上下文 context
      context = createApplicationContext();
　　　　// 异常处理，实例化一个SpringBootExceptionReporter.class 用于处理启动过程中的错误
      exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(
            SpringBootExceptionReporter.class,
            new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);
　　　　//6: 上下文相关预处理                  发布【ApplicationPreparedEvent】事件
      prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,
            printedBanner);
　　　　//7: 【刷新应用上线文】执行spring容器(context)的refresh方法，并且调用context的registerShutdownHook方法
      refreshContext(context);
　　　　//8:空方法，用于扩展
      afterRefresh(context, applicationArguments);
      stopWatch.stop();
      if (this.logStartupInfo) {
         new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)
               .logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
      }
    　//9:执行所有runlisteners的started方法，发布【ApplicationStartedEvent】事件
      listeners.started(context);
    　//10: 遍历执行CommandLineRunner和ApplicationRunner
    　//如果需要在SpringBoot应用启动后运行一些特殊的逻辑，可以通过实现ApplicationRunner或CommandLineRunner接口中的run方法，该自定义类的run方法会在此处统一调用
      callRunners(context, applicationArguments);
   }
   catch (Throwable ex) {
      handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
      throw new IllegalStateException(ex);
   }

   try {
      listeners.running(context);
   }
   catch (Throwable ex) {
      handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
      throw new IllegalStateException(ex);
   }
   return context;
}

具体分析：

　　1. 获取监听器：getRunListeners(args) 加载各种SpringApplicationRunListener实例，内部实现也还是通过SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(type, classLoader))实现，加载META-INF/spring.factories中key为org.springframework.boot.SpringApplicationRunListener的值，生成对应实例，SpringBoot实际加载了一个EventPublishingRunListener监听器，该监听器继承SpringApplicationRunListener接口，SpringApplicationRunListener规定了SpringBoot的生命周期，在各个生命周期广播相应的事件，调用实际的ApplicationListener类。

　　2. 启动监听器： listeners.starting()  执行所有SpringApplicationRunListener的stating方法，发布ApplicationStartedEvent事件，该事件被ApplicationListener类型的listener监听

　　3.  实例化ApplicationArguments对象

　　4 . 准备应用上下文环境 并发布ApplicationEnvironmentPreparedEvent事件

   private ConfigurableEnvironment prepareEnvironment(
      SpringApplicationRunListeners listeners,
      ApplicationArguments applicationArguments) {
  　　 // Create and configure the environment
   ConfigurableEnvironment environment = getOrCreateEnvironment();
　　//根据properties和profiles配置环境
   configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs());
　　// 执行EventPublishingRunListener发布ApplicationEnvironmentPreparedEvent事件，将会被ApplicationListener监听到
   listeners.environmentPrepared(environment);
10　　 //
   bindToSpringApplication(environment);
   if (this.webApplicationType == WebApplicationType.NONE) {
      environment = new EnvironmentConverter(getClassLoader())
            .convertToStandardEnvironmentIfNecessary(environment);
   }
   ConfigurationPropertySources.attach(environment);
   return environment;
}

备注：实际上载spring-boot-2.0.3.RELEASE.jar包中，可以发现spring.factories中只配置了一个RunListener: org.springframework.boot.context.event.EventPublishingRunListener

     截取EventPublishingRunListener.java部分代码:

 1 public class EventPublishingRunListener implements SpringApplicationRunListener, Ordered {
 2     
 3 
 4      public EventPublishingRunListener(SpringApplication application, String[] args) {
 5   　　　　 this.application = application;
 6   　　　　 this.args = args;
 7    　　　　this.initialMulticaster = new SimpleApplicationEventMulticaster();
 8 　　　　　　//将SpringApplication实例中的ApplicationListener类型的listeners添加到initialMulticaster，后续执行监听
 9    　　for (ApplicationListener<?> listener : application.getListeners()) {
10      　　 this.initialMulticaster.addApplicationListener(listener);
11   　　 }
12 　　}
13 
14 　　// 发布一个ApplicationEnvironmentPreparedEvent事件
15     @Override
16     public void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment) {
17         //所有被添加到initialMulticaster中的listener都将监听ApplicationEnvironmentPreparedEvent事件
18         this.initialMulticaster.multicastEvent(new ApplicationEnvironmentPreparedEvent(
19                 this.application, this.args, environment));
20     }
21 
22 }

　  

      4.1 根据properties和profiles配置环境：configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs());

           以下假设指定配文件application-dev.properties，跟踪一下源码，可以发现：

    protected void configureEnvironment(ConfigurableEnvironment environment,
            String[] args) {
        configurePropertySources(environment, args);
        configureProfiles(environment, args);
    }

　 　configureEnvironment方法内部比较简洁，直接调用两个方法完事，

        configurePropertySources(environment, args)方法的作用是将args封装成了SimpleCommandLinePropertySource并加入到了environment中，其中arg中含有启动参数：--spring.profiles.active=dev

        configureProfiles(environment, args)作用是将启动参数中指定的配置文件激活。

configureProfiles中执行enviroment.getActiveProfiles():强制读取启动命令中指定的配置文件

    protected Set<String> doGetActiveProfiles() {
        synchronized (this.activeProfiles) {
            if (this.activeProfiles.isEmpty()) {
                String profiles = getProperty(ACTIVE_PROFILES_PROPERTY_NAME);
                if (StringUtils.hasText(profiles)) {
                    setActiveProfiles(StringUtils.commaDelimitedListToStringArray(
                            StringUtils.trimAllWhitespace(profiles)));
                }
            }
            return this.activeProfiles;
        }
    }

       5. 根据environment类型创建ApplicationContext，通常情况下，我们启动的是一个Servlet应用，debug进createApplicationContext()源码，可以看到内部初始化了AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext类，也就是我们的上下文context

　　6. 上下文相关预处理，prepareContext()方法

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context,
      ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners,
      ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) {
   context.setEnvironment(environment); //设置容器环境，environment前面已经准备好
　　//配置beanNameGenerator和资源加载器
   postProcessApplicationContext(context);
　　//回调所有的ApplicationContextInitializer初始化器
   applyInitializers(context);
　　//发布容器以准备好的事件：执行所有SpringApplicationRunListener的contextPrepared方法,触发事件，实际上EventPublishingRunListener中contextPrepared是一个空方法，什么都没执行
   listeners.contextPrepared(context);
   if (this.logStartupInfo) {
      logStartupInfo(context.getParent() == null);
      logStartupProfileInfo(context);
   }

　　//向Spring容器注入springApplicationArguments和springBootBanner，实际执行是将main函数的参数args和printedBanner分别封装成单例bean注册到容器中。
   // Add boot specific singleton beans
   context.getBeanFactory().registerSingleton("springApplicationArguments",
         applicationArguments);
   if (printedBanner != null) {
      context.getBeanFactory().registerSingleton("springBootBanner", printedBanner);
   }

   // Load the sources
   Set<Object> sources = getAllSources();
   Assert.notEmpty(sources, "Sources must not be empty");
      //加载启动类，将启动类也注入容器
   load(context, sources.toArray(new Object[0]));
　　//发布容器已加载事件：执行所有SpringApplicationRunListener的contextLoaded方法，下面是EventPublishingRunListener中的contextLoaded
   listeners.contextLoaded(context);
}

     具体load方法实现， load方法的作用其注释写的也很清楚，"Load beans into the application context"，实际执行时可以发现主要是将我们的SpringBoot应用的启动类（此处SpringbootdemoApplication2）注册到容器中！前面if条件都为false,不执行，具体分析loader.loader()。

protected void load(ApplicationContext context, Object[] sources) {
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            logger.debug(
                    "Loading source " + StringUtils.arrayToCommaDelimitedString(sources));
        }
        BeanDefinitionLoader loader = createBeanDefinitionLoader(
                getBeanDefinitionRegistry(context), sources);
        if (this.beanNameGenerator != null) {
            loader.setBeanNameGenerator(this.beanNameGenerator);
        }
        if (this.resourceLoader != null) {
            loader.setResourceLoader(this.resourceLoader);
        }
        if (this.environment != null) {
            loader.setEnvironment(this.environment);
        }
        loader.load();
    }

loader.load()源码：

public int load() {
        int count = 0;
        for (Object source : this.sources) {
            count += load(source);
        }
        return count;
    }

    private int load(Object source) {
        Assert.notNull(source, "Source must not be null");
        if (source instanceof Class<?>) {
            return load((Class<?>) source);  //执行
        }
        if (source instanceof Resource) {
            return load((Resource) source);
        }
        if (source instanceof Package) {
            return load((Package) source);
        }
        if (source instanceof CharSequence) {
            return load((CharSequence) source);
        }
        throw new IllegalArgumentException("Invalid source type " + source.getClass());
    }

    private int load(Class<?> source) {
        if (isGroovyPresent()
                && GroovyBeanDefinitionSource.class.isAssignableFrom(source)) {
            // Any GroovyLoaders added in beans{} DSL can contribute beans here
            GroovyBeanDefinitionSource loader = BeanUtils.instantiateClass(source,
                    GroovyBeanDefinitionSource.class);
            load(loader);
        }
        if (isComponent(source)) {
            this.annotatedReader.register(source);
            return 1;
        }
        return 0;
    }

　　isComponent(source)方法判断当前类是不是有@Component注解，显然启动类的@SpringBootApplication这个组合注解是包含Component注解的。

      this.annotatedReader.register(source)方法内部调用Spring框架底层提供的AnnotatedBeanDefinitionReader.doRegisterBean（xxx）方法，最终将SpringBoot应用的启动类注册到容器中。

　

    7.  执行context的refresh，并且调用context的registerShutdownHook方法，refresh方法的具体逻辑分析可以参考：

　　　　　　Spring源码解析 – AnnotationConfigApplicationContext容器创建过程

　　8. afterRefresh空方法

　　9. 执行所有runlisteners的started方法，发布ApplicationStartedEvent事件

　　10. 遍历执行CommandLineRunner和ApplicationRunner

以上。