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面试题：springboot的自启动原理

wushaopei wushaopei     2023-04-23     533

关键词：

引言

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。除了比较老旧的政府项目或金融项目依旧使用如 SSM 或 SSH 做单体框架开发项目外，如今的各行各业基于项目的快速开发与发布、迭代更新，都在逐渐替换使用 Spring Boot 框架，而逐步摒弃配置沉重和效率低下的 Spring 启动框架。

使用一门新的技术，立足于对它足够了解的基础上，能够让你更加得心应手的去进行应用、开发。SpringBoot 的精髓 “自动配置原理” 不仅仅是在面试过程中才用的上；在工作中如果能深入理解Spring Boot 的自动配置原理，我们就可以根据自己的需求自定义一个 started 满足开发的需求，让开发更加便捷与高效。

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。

本篇博文主要针对三个方面进行分析、讲解；这三个方面分别是：

  1. Spring Boot 与 Spring 的差别与优点？以及与Spring MVC 的关系？
  2. Spring Boot 主启动类的启动机制
  3. Spring Boot 的自动配置原理是怎么实现的？
  4. 根据自动配置原理自定义一个 个性的 started ？

1、Spring Boot 与 Spring 的差别与优点？以及与Spring MVC的关系？

1.1 Spring Boot 和 Spring MVC 的关系？

Spring MVC 是基于Spring 的MVC框架；

而Spring Boot 是基于Spring 配置的开发工具框架，使用注解更加简洁和适应快速开发。

1.2 Spring Boot 的优势

简单来说：Spring boot 简化了使用 Spring 的难度，简省了繁重的配置，提供了各种启动器，开发者能快速上手。

（1）编码更简单

  1. Spring 框架由于超重量级的 XML，annotation 配置，使得系统变得很笨重，难以维护
  2. SpringBoot 采用约点大于配置的方法，直接引入依赖，即可实现代码的开发

（2）配置更简单

          技术图片技术图片?

Xml文件使用javaConfig代替，XML中bean的创建，使用@bean代替后可以直接注入。

配置文件变少很多，只保留 application.yml

（3）部署更简单

            技术图片技术图片?

（4）监控更简单

  • Spring-boot-start-actuator:
  • 可以查看属性配置
  • 线程工作状态
  • 环境变量
  • JVM性能监控

2、Spring Boot 主启动类的启动机制

关于程序的入口问题：

在使用SSM或SSH以及原生的Servlet 作为架构的项目中，项目的入口都不是 main 方法，main 方法更多的是作为 HelloWorld 练习或 测试时使用。其程序的入口基本都是handler 中对外暴露的每个接口：

  @RequestMapping(value = "/listarea",method = RequestMethod.GET)
    private Map<String,Object> listArea()
        HashMap<String, Object> modelMap = new HashMap<>();
        List<Area> list = areaService.getAreaList();
        modelMap.put("areaList",list);
        ArrayList arrayList = new ArrayList();
        return  modelMap;
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外部通过对接口地址的调用，从而实现交互获取数据、进行页面渲染和展示。

但是，在使用了 Spring Boot 后， Main 方法又成为了程序的入口；

使用过springBoot进行项目打包和部署启动的都知道， SpringBoot 打包成 jar 包后，可以不需要部署到Tomcat 上而直接用命令启动，如下：

    java -jar xxx.jar
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这是因为Spring Boot 的jar 在启动时，程序经过 主启动类中的main 方法进行启动的；主启动类代码如下：

package com.mmall;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class DemoApplication 

	public static void main(String[] args) 
		SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);
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在这里为项目创建一个接口，并分别在接口和主启动类main方法上打断点，

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在Spring Boot 项目中每次调用接口前都会先启动 主启动类，这里对主启动类的 main 方法入口进行分析；

在上图中，主启动类启动后会进入main 方法中，并在方法中 由 SpringApplication 调用 run （）方法，方法中形参传入当前类的 class 对象以及main 方法的 args  参数。

下一步进入 run() 方法中，

public static ConfigurableApplicationContext run(Object source, String... args) 
        return run(new Object[]source, args);
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由断点可以知道，在run（） 方法中还调用了另一个 run( )方法，再点击进入下一步，

public static ConfigurableApplicationContext run(Object[] sources, String[] args) 
        return (new SpringApplication(sources)).run(args);
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由截图可知，传入的class 对象被用来创建 SpringApplication实例对象，并由生成的实例调用 run （args） 方法做启动操作，方法形参为 args 参数。

①创建 SpringApplication 实例，进行初始化对象：

new SpringApplication ( Object... sources)

  public SpringApplication(Object... sources) 
        this.bannerMode = Mode.CONSOLE;
        this.logStartupInfo = true;
        this.addCommandLineProperties = true;
        this.headless = true;
        this.registerShutdownHook = true;
        this.additionalProfiles = new HashSet();
        this.initialize(sources);   // 初始化启动类
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在 该构造函数的 方法体中，对当前类进行了初始化， 

   private void initialize(Object[] sources) 
        if (sources != null && sources.length > 0) 
            this.sources.addAll(Arrays.asList(sources));   // 添加启动类 DemoApplication.class 到 set 集合中，以备后用
        

        this.webEnvironment = this.deduceWebEnvironment();  // 重点：检测当前是否为 web 环境
        this.setInitializers(this.getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
        this.setListeners(this.getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
        this.mainApplicationClass = this.deduceMainApplicationClass();
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上图中的 webEnvironment 用于检测当前环境是否为 web 环境，如果是，则返回true.

具体如何判断当前环境是否为 web 环境，后面再做分析.

获取初始化器：

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在确定是否为web环境后，会根据 ApplicationContextInitializer.class 获取工厂实例参数从而设置初始化器的参数；

随后 用setListeners 设置监听器

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判断并获取主启动类的类型，通过获取jvm运行时的栈（StackTraceElement[]）中的多个加载的类，判断类中方法是否符合  main 方法 的类即为当前启动类，

技术图片技术图片?

   到这里，SpringApplication 的初始化过程就执行完毕了；此时的SpringApplication 实例的启动需要调用run() 方法来实现，下一节进行分析；

以下是初始化过程的重要环节的关系图：    

       技术图片技术图片?

判断当前环境是否为 web 环境：

        this.webEnvironment = this.deduceWebEnvironment();  // 重点：检测当前是否为 web 环境
技术图片

我们进入 deduceWebEnvironment（）方法去看一看，

    private boolean deduceWebEnvironment() 
        String[] var1 = WEB_ENVIRONMENT_CLASSES;
        int var2 = var1.length;

        for(int var3 = 0; var3 < var2; ++var3) 
            String className = var1[var3];
            if (!ClassUtils.isPresent(className, (ClassLoader)null)) 
                return false;
            
        

        return true;
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由源码可知， deduceWebEnvironment 中对 私有变量 WEB_ENVIRONMENT_CLASSES进行了循环，继续查看它所代表的是什么？

    private static final String[] WEB_ENVIRONMENT_CLASSES = new String[]"javax.servlet.Servlet", "org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext";
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该私有变量数组有两个参数构成，第一个参数是 “javax.servlet.Servlet”，第二个参数是 “ConfigurableWebApplicationContext”，这里对“ConfigurableWebApplicationContext”进行分析：

技术图片技术图片?

进入ConfigurableWebApplicationContext类中，我们看到该类继承自 WebApplicationContext 和 ConfigurableApplicationContext两个类，再往下看：

技术图片技术图片?

我们看到 WebApplicationContext 继承自 ApplicationContext 类，而我们知道 ApplicationContext 是可以用来创建IOC 容器的对象的，如：

    ApplicatioonContext context = new ClasspathXmlApplicationContext();
技术图片

该ApplicationContext类是所有IOC 容器对象的顶级接口

阶段小结：ConfigurableWebApplicationContext 是 web 环境下可以配置的IOC 容器。

那么拿到该类的全类名有什么用呢？

            if (!ClassUtils.isPresent(className, (ClassLoader)null)) 
                return false;
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    public static boolean isPresent(String className, ClassLoader classLoader) 
        try 
            forName(className, classLoader);
            return true;
         catch (Throwable var3) 
            return false;
技术图片

在 deduceWebEnvironment 方法中调用了 isPresent 方法，而在isPresent方法中有调用 forName ,将全类名 className 作为形参传入 forName中，此处的 classLoader 是null值。

这里进入 ClassUtils的forName（）方法中，代码如下：

public static Class<?> forName(String name, ClassLoader classLoader) throws ClassNotFoundException, LinkageError 
        Assert.notNull(name, "Name must not be null");
        Class<?> clazz = resolvePrimitiveClassName(name);
        if (clazz == null) 
            clazz = (Class)commonClassCache.get(name);
        

        if (clazz != null) 
            return clazz;
         else 
            Class elementClass;
            String elementName;
            if (name.endsWith("[]")) 
                elementName = name.substring(0, name.length() - "[]".length());
                elementClass = forName(elementName, classLoader);
                return Array.newInstance(elementClass, 0).getClass();
             else if (name.startsWith("[L") && name.endsWith(";")) 
                elementName = name.substring("[L".length(), name.length() - 1);
                elementClass = forName(elementName, classLoader);
                return Array.newInstance(elementClass, 0).getClass();
             else if (name.startsWith("[")) 
                elementName = name.substring("[".length());
                elementClass = forName(elementName, classLoader);
                return Array.newInstance(elementClass, 0).getClass();
             else 
                ClassLoader clToUse = classLoader;
                if (classLoader == null) 
                    clToUse = getDefaultClassLoader();
                

                try 
                    return clToUse != null ? clToUse.loadClass(name) : Class.forName(name);
                 catch (ClassNotFoundException var9) 
                    int lastDotIndex = name.lastIndexOf(46);
                    if (lastDotIndex != -1) 
                        String innerClassName = name.substring(0, lastDotIndex) + ‘$‘ + name.substring(lastDotIndex + 1);

                        try 
                            return clToUse != null ? clToUse.loadClass(innerClassName) : Class.forName(innerClassName);
                         catch (ClassNotFoundException var8) 
                            ;
                        
                    

                    throw var9;
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其中的   Class<?> clazz = resolvePrimitiveClassName(name); 根据全类名获取class 字节码文件对象；在获取到的class 对象不为null 的情况下，clazz = (Class)commonClassCache.get(name); 获取常用类缓存中是否也存在该class对象；

如果两次获取的 clazz 都不为null是存在的，那么就直接返回：

        if (clazz != null) 
            return clazz;
技术图片

由此我们可以知道,isPresent()方法的作用，是为了查看当前环境中有没有指定的工程项目的类。

从这里，我们可以做出总结，deduceWebEnvironment () 方法中通过判断 “WEB_ENVIRONMENT_CLASSES”数组中声明的两个类能否在当前环境中找到，如果能，说明当前环境为web 环境。

    private static final String[] WEB_ENVIRONMENT_CLASSES = new String[]"javax.servlet.Servlet", "org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext";
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② SpringApplication实例的启动过程：

在获取到SpringApplication的实例并初始化完成后，其启动使用run() 方法实现，

技术图片技术图片?

进入 run(args）方法中，

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) 
        StopWatch stopWatch = new StopWatch();
        stopWatch.start();
        ConfigurableApplicationContext context = null;
        FailureAnalyzers analyzers = null;   // 失败分析器
        this.configureHeadlessProperty();    // 读取property 文件
        SpringApplicationRunListeners listeners = this.getRunListeners(args); // 加载监听器
        listeners.starting();

        try 
            ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);       // 应用参数
            ConfigurableEnvironment environment = this.prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);                   // 配置文件参数（有默认值，可读取自定义配置文件），用于配置当前环境
            Banner printedBanner = this.printBanner(environment);   // banner的自定义机制
            context = this.createApplicationContext();              // 创建可配置的 IOC 容器
            new FailureAnalyzers(context);                          // 传入配置好的 IOC 容器 创建失败分析器对象
            this.prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);                              // 传入失败分析器，环境参数、监听器、banner 配置等进行刷新
            this.refreshContext(context);                          // 根据ioc 刷新上下文容器，并打印日志 ，此时TOMCAT / JETTY 容器会被启动
            this.afterRefresh(context, applicationArguments);      // 映射 dispatcherServlet 等
            listeners.finished(context, (Throwable)null);          // 监听IOC容器上下文
            stopWatch.stop();                                       // 计时结束
            if (this.logStartupInfo) 
                (new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)).logStarted(this.getApplicationLog(), stopWatch);
             // 停止打印日志

            return context;        // 返回启动成功的结果，以及返回启动消耗的时间
         catch (Throwable var9) 
            this.handleRunFailure(context, listeners, (FailureAnalyzers)analyzers, var9);
            throw new IllegalStateException(var9);
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这里先从  stopWatch 开始说，在run（） 方法中，一开始创建了 StopWatch的对象实例，并调用 start() 进行启动，

         StopWatch stopWatch = new StopWatch();
         stopWatch.start();
    
         。。。。
         stopWatch.stop();
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这里的 stopWatch 是一个观察用的表，springboot项目启动后返回的启动花费了多少秒、分的时间就是由 stopWatch() 来提供的。

技术图片技术图片?

总结： 在public ConfigurableApplicationContext run(String... args)方法中，最终返回的是自定义配置的IOC容器。

到这里，SpringBoot 的主启动类 Main 方法的初始化和启动过程就结束了。

③ 包扫描；

我们知道 Spring 中IOC通过 依赖注入和控制反转将被调用者Bean的创建交给Spring 代理生成，并注入到IOC容器中；而在SpringBoot中， 接口的调用必须基于SpringBoot 主启动类的同级包或子包范围内；

规范化的开发中需要指定好 Handler 和 dao 层的包位置，分别指定的包扫描方式为：

控制器与业务层 :

自动扫描：  主要针对 @Controller、@Service 标注的类，该类所在包必须为主启动类所在包的子包；

手动指定扫描：在主启动类上使用@CompomentScan(“com.mmall.handler”) 注解

持久层：

方式一：使用@MapperScan

          @MapperScan("com.mmall.demo.dao")标记在主启动类上
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方式二： 使用@Mapper

     @Mapper
     public interface EmpMapper

          ......................
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