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22.SpringBoot基本原理.md

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SpringBoot 基本原理
2020-08-12 00:01:26 -0700
22
Java
框架
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Spring综合
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SpringBoot
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SpringBoot 基本原理

SpringBoot 为我们做的自动配置，确实方便快捷，但一直搞不明白它的内部启动原理，这次就来一步步解开 SpringBoot 的神秘面纱，让它不再神秘。

img

@SpringBootApplication
public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}

从上面代码可以看出，**Annotation 定义（@SpringBootApplication）和类定义（SpringApplication.run）**最为耀眼，所以要揭开 SpringBoot 的神秘面纱，我们要从这两位开始就可以了。

SpringBootApplication 背后的秘密

@Target(ElementType.TYPE)            // 注解的适用范围，其中TYPE用于描述类、接口（包括包注解类型）或enum声明
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)  // 注解的生命周期，保留到class文件中（三个生命周期）
@Documented                          // 表明这个注解应该被javadoc记录
@Inherited                           // 子类可以继承该注解
@SpringBootConfiguration             // 继承了Configuration，表示当前是注解类
@EnableAutoConfiguration             // 开启springboot的注解功能，springboot的四大神器之一，其借助@import的帮助
@ComponentScan(excludeFilters = {    // 扫描路径设置（具体使用待确认）
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {
...
}

虽然定义使用了多个 Annotation 进行了原信息标注，但实际上重要的只有三个 Annotation：

@Configuration（@SpringBootConfiguration 点开查看发现里面还是应用了@Configuration） @EnableAutoConfiguration @ComponentScan 所以，如果我们使用如下的 SpringBoot 启动类，整个 SpringBoot 应用依然可以与之前的启动类功能对等：

@Configuration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan
public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}

每次写这 3 个比较累，所以写一个@SpringBootApplication 方便点。接下来分别介绍这 3 个 Annotation。

@Configuration

这里的@Configuration 对我们来说不陌生，它就是 JavaConfig 形式的 Spring Ioc 容器的配置类使用的那个@Configuration，SpringBoot 社区推荐使用基于 JavaConfig 的配置形式，所以，这里的启动类标注了@Configuration 之后，本身其实也是一个 IoC 容器的配置类。 举几个简单例子回顾下，XML 跟 config 配置方式的区别：

表达形式层面 基于 XML 配置的方式是这样：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<beans xmlns="http://www.springframework.org/schema/beans"
       xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
       xsi:schemaLocation="http://www.springframework.org/schema/beans http://www.springframework.org/schema/beans/spring-beans-3.0.xsd"
       default-lazy-init="true">
    <!--bean定义-->
</beans>

而基于 JavaConfig 的配置方式是这样：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    //bean定义
}

任何一个标注了@Configuration 的 Java 类定义都是一个 JavaConfig 配置类。

注册 bean 定义层面 基于 XML 的配置形式是这样：

<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl">
    ...
</bean>

而基于 JavaConfig 的配置形式是这样的：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    @Bean
    public MockService mockService(){
        return new MockServiceImpl();
    }
}

任何一个标注了@Bean 的方法，其返回值将作为一个 bean 定义注册到 Spring 的 IoC 容器，方法名将默认成该 bean 定义的 id。

表达依赖注入关系层面 为了表达 bean 与 bean 之间的依赖关系，在 XML 形式中一般是这样：

<bean id="mockService" class="..MockServiceImpl">
    <propery name ="dependencyService" ref="dependencyService" />
</bean>

<bean id="dependencyService" class="DependencyServiceImpl"></bean>

而基于 JavaConfig 的配置形式是这样的：

@Configuration
public class MockConfiguration{
    @Bean
    public MockService mockService(){
        return new MockServiceImpl(dependencyService());
    }

    @Bean
    public DependencyService dependencyService(){
        return new DependencyServiceImpl();
    }
}

如果一个 bean 的定义依赖其他 bean,则直接调用对应的 JavaConfig 类中依赖 bean 的创建方法就可以了。

@ComponentScan

@ComponentScan 这个注解在 Spring 中很重要，它对应 XML 配置中的元素，@ComponentScan 的功能其实就是自动扫描并加载符合条件的组件（比如@Component 和@Repository 等）或者 bean 定义，最终将这些 bean 定义加载到 IoC 容器中。

我们可以通过 basePackages 等属性来细粒度的定制@ComponentScan 自动扫描的范围，如果不指定，则默认 Spring 框架实现会从声明@ComponentScan 所在类的 package 进行扫描。

注：所以 SpringBoot 的启动类最好是放在 root package 下，因为默认不指定 basePackages。

@EnableAutoConfiguration

个人感觉**@EnableAutoConfiguration 这个 Annotation 最为重要**，所以放在最后来解读，大家是否还记得 Spring 框架提供的各种名字为@Enable 开头的 Annotation 定义？比如@EnableScheduling、@EnableCaching、@EnableMBeanExport 等，@EnableAutoConfiguration 的理念和做事方式其实一脉相承，简单概括一下就是，借助@Import 的支持，收集和注册特定场景相关的 bean 定义。

@EnableScheduling是通过@Import 将 Spring 调度框架相关的 bean 定义都加载到 IoC 容器。 @EnableMBeanExport是通过@Import 将 JMX 相关的 bean 定义加载到 IoC 容器。 而**@EnableAutoConfiguration**也是借助@Import 的帮助，将所有符合自动配置条件的 bean 定义加载到 IoC 容器，仅此而已！

@EnableAutoConfiguration 作为一个复合 Annotation,其自身定义关键信息如下：

@SuppressWarnings("deprecation")
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {
    ...
}

两个比较重要的注解：

@AutoConfigurationPackage：自动配置包

@Import: 导入自动配置的组件

AutoConfigurationPackage 注解：

static class Registrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, DeterminableImports {

        @Override
        public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata metadata,
                BeanDefinitionRegistry registry) {
            register(registry, new PackageImport(metadata).getPackageName());
        }

它其实是注册了一个 Bean 的定义。

new PackageImport(metadata).getPackageName()，它其实返回了当前主程序类的 同级以及子级 的包组件。

img

以上图为例，DemoApplication 是和 demo 包同级，但是 demo2 这个类是 DemoApplication 的父级，和 example 包同级

也就是说，DemoApplication 启动加载的 Bean 中，并不会加载 demo2，这也就是为什么，我们要把 DemoApplication 放在项目的最高级中。

Import(AutoConfigurationImportSelector.class)注解：

img

可以从图中看出 AutoConfigurationImportSelector 继承了 DeferredImportSelector 继承了 ImportSelector

ImportSelector 有一个方法为：selectImports。

@Override
    public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
        if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
            return NO_IMPORTS;
        }
        AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader
                .loadMetadata(this.beanClassLoader);
        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 = filter(configurations, autoConfigurationMetadata);
        fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
        return StringUtils.toStringArray(configurations);
    }

可以看到第九行，它其实是去加载 public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";外部文件。这个外部文件，有很多自动配置的类。如下：

img

image

其中，最关键的要属**@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)，借助EnableAutoConfigurationImportSelector**，@EnableAutoConfiguration可以帮助 SpringBoot 应用将所有符合条件的**@Configuration**配置都加载到当前 SpringBoot 创建并使用的 IoC 容器。就像一只“八爪鱼”一样。

img

自动配置幕后英雄：SpringFactoriesLoader 详解

借助于 Spring 框架原有的一个工具类：SpringFactoriesLoader 的支持，@EnableAutoConfiguration 可以智能的自动配置功效才得以大功告成！

SpringFactoriesLoader 属于 Spring 框架私有的一种扩展方案，其主要功能就是从指定的配置文件 META-INF/spring.factories 加载配置。

public abstract class SpringFactoriesLoader {
    //...
    public static <T> List<T> loadFactories(Class<T> factoryClass, ClassLoader classLoader) {
        ...
    }


    public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryClass, ClassLoader classLoader) {
        ....
    }
}

配合**@EnableAutoConfiguration使用的话，它更多是提供一种配置查找的功能支持，即根据@EnableAutoConfiguration 的完整类名 org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration 作为查找的 Key,获取对应的一组@Configuration**类

img

上图就是从 SpringBoot 的 autoconfigure 依赖包中的 META-INF/spring.factories 配置文件中摘录的一段内容，可以很好地说明问题。

所以，@EnableAutoConfiguration 自动配置的魔法骑士就变成了：从 classpath 中搜寻所有的 META-INF/spring.factories 配置文件，并将其中 org.springframework.boot.autoconfigure.EnableutoConfiguration 对应的配置项通过反射（Java Refletion）实例化为对应的标注了@Configuration 的 JavaConfig 形式的 IoC 容器配置类，然后汇总为一个并加载到 IoC 容器。

img

参考资料