启动过程

版本为spring boot 2.0.3

启动

首先在启动类使用main方法运行中进入run方法

springboot的启动类我们一般都会加上SpringBootApplication注解，其实他是几个注解的集合

2. 进入真正调用的run方法继续查看

构造springapplication实例

然后进入构造方法

这里主要做了以下几件事：

判断当前应用的类型，也就是是否是web应用

this.webApplicationType = deduceWebApplicationType();

然后我们可以查看一下他是怎么判断的

相关常量为

/**
	 * The class name of application context that will be used by default for reactive web
	 * environments.
	 */
	public static final String DEFAULT_REACTIVE_WEB_CONTEXT_CLASS = "org.springframework."
			+ "boot.web.reactive.context.AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext";

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

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

源码中定义了三种应用类型

public enum WebApplicationType {

	/**
也就是非Web型应用(Standard型)，此时类路径中不包含WEB_ENVIRONMENT_CLASSES中定义的任何一个类时
	 */
	NONE,

	/**
类路径中包含了WEB_ENVIRONMENT_CLASSES中定义的所有类型时
	 */
	SERVLET,

	/**
	当类路径中存在REACTIVE_WEB_ENVIRONMENT_CLASS并且不存在MVC_WEB_ENVIRONMENT_CLASS时
	 */
	REACTIVE

}

判断晚类型之后就开始设置初始化器 setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances( ApplicationContextInitializer.class));

主要的代码也就是下面这些

private <T> Collection<T> getSpringFactoriesInstances(Class<T> type) {
		return getSpringFactoriesInstances(type, new Class<?>[] {});
	}

// 这里的入参type就是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
		// 使用Set保存names来避免重复元素
		Set<String> names = new LinkedHashSet<>(
				SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(type, classLoader));
		List<T> instances = createSpringFactoriesInstances(type, parameterTypes,
				classLoader, args, names);
		  // 对实例进行排序
		AnnotationAwareOrderComparator.sort(instances);
		return instances;
	}

这里的核心代码就在这两个方法中了

第一个方法看名字应该就知道是什么意思了，加载spring boot的factory

public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, @Nullable ClassLoader classLoader) {
        String factoryClassName = factoryClass.getName();
        return (List)loadSpringFactories(classLoader).getOrDefault(factoryClassName, Collections.emptyList());
    }

    private static Map<String, List<String>> loadSpringFactories(@Nullable ClassLoader classLoader) {
        MultiValueMap<String, String> result = (MultiValueMap)cache.get(classLoader);
        if (result != null) {
            return result;
        } else {
            try {
                Enumeration<URL> urls = classLoader != null ? classLoader.getResources("META-INF/spring.factories") : ClassLoader.getSystemResources("META-INF/spring.factories");
                LinkedMultiValueMap result = new LinkedMultiValueMap();

                while(urls.hasMoreElements()) {
                    URL url = (URL)urls.nextElement();
                    UrlResource resource = new UrlResource(url);
                    Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(resource);
                    Iterator var6 = properties.entrySet().iterator();

                    while(var6.hasNext()) {
                        Entry<?, ?> entry = (Entry)var6.next();
                        List<String> factoryClassNames = Arrays.asList(StringUtils.commaDelimitedListToStringArray((String)entry.getValue()));
                        result.addAll((String)entry.getKey(), factoryClassNames);
                    }
                }

                cache.put(classLoader, result);
                return result;
            } catch (IOException var9) {
                throw new IllegalArgumentException("Unable to load factories from location [META-INF/spring.factories]", var9);
            }
        }
    }

loadFactoryNames方法会尝试从类路径的META-INF/spring.factories处读取相应配置文件，然后进行遍历，读取配置文件中Key为：org.springframework.context.ApplicationContextInitializer的value。以spring-boot-autoconfigure这个包为例，它的META-INF/spring.factories部分定义如下所示：

# Initializers
org.springframework.context.ApplicationContextInitializer=
org.springframework.boot.autoconfigure.SharedMetadataReaderFactoryContextInitializer,
org.springframework.boot.autoconfigure.logging.AutoConfigurationReportLoggingInitializer

因此这两个类名会被读取出来，然后放入到集合中，准备开始下面的实例化操作：

private <T> List<T> createSpringFactoriesInstances(Class<T> type,
			Class<?>[] parameterTypes, ClassLoader classLoader, Object[] args,
			Set<String> names) {
		List<T> instances = new ArrayList<>(names.size());
		for (String name : names) {
			try {
				Class<?> instanceClass = ClassUtils.forName(name, classLoader);
				Assert.isAssignable(type, instanceClass);
				Constructor<?> constructor = instanceClass
						.getDeclaredConstructor(parameterTypes);
				T instance = (T) BeanUtils.instantiateClass(constructor, args);
				instances.add(instance);
			}
			catch (Throwable ex) {
				throw new IllegalArgumentException(
						"Cannot instantiate " + type + " : " + name, ex);
			}
		}
		return instances;
	}

同样的开始设置监听器 setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));

和上面的代码如出一辙，只不过这里的key变成了org.springframework.context.ApplicationListener

比如spring-boot-autoconfigure这个包中的spring.factories

# Application Listeners
org.springframework.context.ApplicationListener=
org.springframework.boot.autoconfigure.BackgroundPreinitializer

然后所有的监听器就被设置好了

最后找出应用主类

我们来看下对应的代码

private Class<?> deduceMainApplicationClass() {
		try {
			StackTraceElement[] stackTrace = new RuntimeException().getStackTrace();
			for (StackTraceElement stackTraceElement : stackTrace) {
				if ("main".equals(stackTraceElement.getMethodName())) {
					return Class.forName(stackTraceElement.getClassName());
				}
			}
		}
		catch (ClassNotFoundException ex) {
			// Swallow and continue
		}
		return null;
	}

它通过构造一个运行时异常，通过异常栈中方法名为main的栈帧来得到入口类的名字

到此为止，SpringApplication实例的初始化过程就结束了

开始调用run方法

// 运行run方法
public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
  // 计时工具
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();

    ConfigurableApplicationContext context = null;
    Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();

    // 设置java.awt.headless系统属性为true - 没有图形化界面
    configureHeadlessProperty();

    // KEY 1 - 获取SpringApplicationRunListeners
    SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);

    // 发出开始执行的事件
    listeners.starting();
    try {
        ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(
                args);

        // KEY 2 - 根据SpringApplicationRunListeners以及参数来准备环境
        ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,
                applicationArguments);
        configureIgnoreBeanInfo(environment);

        // 准备Banner打印器 - 就是启动Spring Boot的时候打印在console上的ASCII艺术字体
        Banner printedBanner = printBanner(environment);

        // KEY 3 - 创建Spring上下文
        context = createApplicationContext();

        // 准备异常报告器
        exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(
                SpringBootExceptionReporter.class,
                new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);

        // KEY 4 - Spring上下文前置处理
        prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,
                printedBanner);

        // KEY 5 - Spring上下文刷新
        refreshContext(context);

        // KEY 6 - Spring上下文后置处理
        afterRefresh(context, applicationArguments);

        // 发出结束执行的事件
        listeners.finished(context, null);

        // 停止计时器
        stopWatch.stop();
        if (this.logStartupInfo) {
            new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)
                    .logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
        }
        return context;
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, listeners, exceptionReporters, ex);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
}

首先，获取RunListeners

private SpringApplicationRunListeners getRunListeners(String[] args) {
		Class<?>[] types = new Class<?>[] { SpringApplication.class, String[].class };
		return new SpringApplicationRunListeners(logger, getSpringFactoriesInstances(
				SpringApplicationRunListener.class, types, this, args));
	}

然后又和上面的过程一样了，去spring.factorties中寻找对应的键值对，然后初始化实例

根据SpringApplicationRunListeners以及参数来准备环境


private ConfigurableEnvironment prepareEnvironment(
		SpringApplicationRunListeners listeners,
		ApplicationArguments applicationArguments) {
	// Create and configure the environment
	ConfigurableEnvironment environment = getOrCreateEnvironment();
	configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs());
	listeners.environmentPrepared(environment);
	bindToSpringApplication(environment);
	if (this.webApplicationType == WebApplicationType.NONE) {
		environment = new EnvironmentConverter(getClassLoader())
				.convertToStandardEnvironmentIfNecessary(environment);
	}
	ConfigurationPropertySources.attach(environment);
	return environment;
}

配置环境的方法

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

对于Web应用而言，得到的environment变量是一个StandardServletEnvironment的实例。得到实例后，会调用前面RunListeners中的environmentPrepared方法

@Override
public void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment) {
    this.initialMulticaster.multicastEvent(new ApplicationEnvironmentPreparedEvent(
            this.application, this.args, environment));
}

在这里，定义的广播器就派上用场了，它会发布一个ApplicationEnvironmentPreparedEvent事件。

那么有发布就有监听，在构建SpringApplication实例的时候不是初始化过一些ApplicationListeners嘛，其中的Listener就可能会监听ApplicationEnvironmentPreparedEvent事件，然后进行相应处理。

所以这里SpringApplicationRunListeners的用途和目的也比较明显了，它实际上是一个事件中转器，它能够感知到Spring Boot启动过程中产生的事件，然后有选择性的将事件进行中转。为何是有选择性的，看看它的实现就知道了：


@Override
public void contextPrepared(ConfigurableApplicationContext context) {
}

它的contextPrepared方法实现为空，没有利用内部的initialMulticaster进行事件的派发。因此即便是外部有ApplicationListener对这个事件有兴趣，也是没有办法监听到的。

那么既然有事件的转发，是谁在监听这些事件呢，在这个类的构造器中交待了：

public EventPublishingRunListener(SpringApplication application, String[] args) {
    this.application = application;
    this.args = args;
    this.initialMulticaster = new SimpleApplicationEventMulticaster();
    for (ApplicationListener<?> listener : application.getListeners()) {
        this.initialMulticaster.addApplicationListener(listener);
    }
}

前面在构建SpringApplication实例过程中设置的监听器在这里被逐个添加到了initialMulticaster对应的ApplicationListener列表中。所以当initialMulticaster调用multicastEvent方法时，这些Listeners中定义的相应方法就会被触发了。

打印banner，这部就不细讲了

创建应用上下文（ApplicationContext）

到了我们最熟悉也最常用的一个东西了

protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
		Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;
		if (contextClass == null) {
			try {
				switch (this.webApplicationType) {
				case SERVLET:
					contextClass = Class.forName(DEFAULT_WEB_CONTEXT_CLASS);
					break;
				case REACTIVE:
					contextClass = Class.forName(DEFAULT_REACTIVE_WEB_CONTEXT_CLASS);
					break;
				default:
					contextClass = Class.forName(DEFAULT_CONTEXT_CLASS);
				}
			}
			catch (ClassNotFoundException ex) {
				throw new IllegalStateException(
						"Unable create a default ApplicationContext, "
								+ "please specify an ApplicationContextClass",
						ex);
			}
		}
		return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);
	}

根据前面得出的应用类型，创建不同的上下文，对于web，上下文类型就是DEFAULT_WEB_CONTEXT_CLASS

Spring上下文前置处理（prepareContext）

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context,
        ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners,
        ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) {
    // 将环境和上下文关联起来
    context.setEnvironment(environment);

    // 为上下文配置Bean生成器以及资源加载器(如果它们非空)
    postProcessApplicationContext(context);

    // 调用初始化器
    applyInitializers(context);

    // 触发Spring Boot启动过程的contextPrepared事件
    listeners.contextPrepared(context);
    if (this.logStartupInfo) {
        logStartupInfo(context.getParent() == null);
        logStartupProfileInfo(context);
    }

    // 添加两个Spring Boot中的特殊单例Beans - springApplicationArguments以及springBootBanner
    context.getBeanFactory().registerSingleton("springApplicationArguments",
            applicationArguments);
    if (printedBanner != null) {
        context.getBeanFactory().registerSingleton("springBootBanner", printedBanner);
    }

    // 加载sources - 对于DemoApplication而言，这里的sources集合只包含了它一个class对象
    Set<Object> sources = getSources();
    Assert.notEmpty(sources, "Sources must not be empty");

    // 加载动作 - 构造BeanDefinitionLoader并完成Bean定义的加载
    load(context, sources.toArray(new Object[sources.size()]));

    // 触发Spring Boot启动过程的contextLoaded事件
    listeners.contextLoaded(context);
}

里面的关键方法有

配置Bean生成器以及资源加载器(如果它们非空):

protected void postProcessApplicationContext(ConfigurableApplicationContext context) {
    if (this.beanNameGenerator != null) {
        context.getBeanFactory().registerSingleton(
                AnnotationConfigUtils.CONFIGURATION_BEAN_NAME_GENERATOR,
                this.beanNameGenerator);
    }
    if (this.resourceLoader != null) {
        if (context instanceof GenericApplicationContext) {
            ((GenericApplicationContext) context)
                    .setResourceLoader(this.resourceLoader);
        }
        if (context instanceof DefaultResourceLoader) {
            ((DefaultResourceLoader) context)
                    .setClassLoader(this.resourceLoader.getClassLoader());
        }
    }
}

调用初始化器

protected void applyInitializers(ConfigurableApplicationContext context) {
    for (ApplicationContextInitializer initializer : getInitializers()) {
        Class<?> requiredType = GenericTypeResolver.resolveTypeArgument(
                initializer.getClass(), ApplicationContextInitializer.class);
        Assert.isInstanceOf(requiredType, context, "Unable to call initializer.");
        initializer.initialize(context);
    }
}

在创建SpringApplication实例时设置的初始化器了，依次对它们进行遍历，并调用initialize方法

Spring上下文刷新（refreshContext）

private void refreshContext(ConfigurableApplicationContext context) {
  // 由于这里需要调用父类一系列的refresh操作，涉及到了很多核心操作，因此耗时会比较长，本文不做具体展开
    refresh(context);

    // 注册一个关闭容器时的钩子函数
    if (this.registerShutdownHook) {
        try {
            context.registerShutdownHook();
        }
        catch (AccessControlException ex) {
            // Not allowed in some environments.
        }
    }
}

// 调用父类的refresh方法完成容器刷新的基础操作
protected void refresh(ApplicationContext applicationContext) {
    Assert.isInstanceOf(AbstractApplicationContext.class, applicationContext);
    ((AbstractApplicationContext)applicationContext).refresh();
}

注册关闭容器时的钩子函数的默认实现是在AbstractApplicationContext类中

public void registerShutdownHook() {
  if(this.shutdownHook == null) {
    this.shutdownHook = new Thread() {
      public void run() {
        synchronized(AbstractApplicationContext.this.startupShutdownMonitor) {
          AbstractApplicationContext.this.doClose();
        }
      }
    };
    Runtime.getRuntime().addShutdownHook(this.shutdownHook);
  }
}

如果没有提供自定义的shutdownHook，那么会生成一个默认的，并添加到Runtime中。默认行为就是调用它的doClose方法，完成一些容器销毁时的清理工作。

Spring上下文后置处理(afterRefresh)

protected void afterRefresh(ConfigurableApplicationContext context,
            ApplicationArguments args) {
    callRunners(context, args);
}

private void callRunners(ApplicationContext context, ApplicationArguments args) {
    List<Object> runners = new ArrayList<Object>();
    runners.addAll(context.getBeansOfType(ApplicationRunner.class).values());
    runners.addAll(context.getBeansOfType(CommandLineRunner.class).values());
    AnnotationAwareOrderComparator.sort(runners);
    for (Object runner : new LinkedHashSet<Object>(runners)) {
        if (runner instanceof ApplicationRunner) {
            callRunner((ApplicationRunner) runner, args);
        }
        if (runner instanceof CommandLineRunner) {
            callRunner((CommandLineRunner) runner, args);
        }
    }
}

private void callRunner(ApplicationRunner runner, ApplicationArguments args) {
    try {
        (runner).run(args);
    }
    catch (Exception ex) {
        throw new IllegalStateException("Failed to execute ApplicationRunner", ex);
    }
}

private void callRunner(CommandLineRunner runner, ApplicationArguments args) {
    try {
        (runner).run(args.getSourceArgs());
    }
    catch (Exception ex) {
        throw new IllegalStateException("Failed to execute CommandLineRunner", ex);
    }
}

所谓的后置操作，就是在容器完成刷新后，依次调用注册的Runners。Runners可以是两个接口的实现类

org.springframework.boot.ApplicationRunner org.springframework.boot.CommandLineRunner

这俩接口的区别如下：

@FunctionalInterface
public interface ApplicationRunner {

	/**
	 * Callback used to run the bean.
	 * @param args incoming application arguments
	 * @throws Exception on error
	 */
	void run(ApplicationArguments args) throws Exception;

}

@FunctionalInterface
public interface CommandLineRunner {

	/**
	 * Callback used to run the bean.
	 * @param args incoming main method arguments
	 * @throws Exception on error
	 */
	void run(String... args) throws Exception;

}

其实两者没有什么不同，可以说是对方法的重载，接受的参数类型是不一样的，其他都是一样的。一个是封装好的ApplicationArguments类型，另一个是直接的String不定长数组类型。因此根据需要选择相应的接口实现即可。

这里也就解释了为什么当我们需要容器都启动，bean都加载后，也就是项目启动后需要进行一些操作的时候需要实现这俩接口的原因了

总结

Spring Boot启动时的关键步骤，主要包含以下两个方面

1. pringApplication实例的构建过程

其中主要涉及到了初始化器(Initializer)以及监听器(Listener)这两大概念，它们都通过META-INF/spring.factories完成定义。2.

2. SpringApplication实例run方法的执行过程

其中主要有一个SpringApplicationRunListeners的概念，它作为Spring Boot容器初始化时各阶段事件的中转器，将事件派发给感兴趣的Listeners(在SpringApplication实例的构建过程中得到的)。这些阶段性事件将容器的初始化过程给构造起来，提供了比较强大的可扩展性。

spring boot启动过程