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Spring Boot 运行原理(5分钟速解)

yoelike 0 4 次浏览 未分类

Spring Boot项目到底是怎么运行的呢？Maven项目，我们一般从pom.xml文件探究起。

如果想年后找到更好的工作，推荐看这篇文章：

Java后端面试复习规划表，5万字

1、pom.xml探究

1.1、父依赖

（1）Spring Boot项目主要依赖的是一个父项目（
spring-boot-starter-parent）。

pom.xml文件：

<!-- 父项目 -->
<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>2.7.7</version>
    <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
</parent>

注：
spring-boot-starter-parent项目的主要作用是：

  • 对项目的资源进行过滤。
  • spring-boot-starter-parent-2.7.7.pom文件：
  <!-- 资源过滤 -->
  <resources>
      <resource>
          <directory>${basedir}/src/main/resources</directory>
          <filtering>true</filtering>
          <includes>
              <include>**/application*.yml</include>
              <include>**/application*.yaml</include>
              <include>**/application*.properties</include>
          </includes>
      </resource>
      <resource>
          <directory>${basedir}/src/main/resources</directory>
          <excludes>
              <exclude>**/application*.yml</exclude>
              <exclude>**/application*.yaml</exclude>
              <exclude>**/application*.properties</exclude>
          </excludes>
      </resource>
  </resources>
  • 对项目的插件进行管理。
  • spring-boot-starter-parent-2.7.7.pom文件：
  <!-- 插件管理（部分） -->
  <pluginManagement>
        <plugins>
          <plugin>
            <groupId>org.jetbrains.kotlin</groupId>
            <artifactId>kotlin-maven-plugin</artifactId>
            <version>${kotlin.version}</version>
            <configuration>
              <jvmTarget>${java.version}</jvmTarget>
              <javaParameters>true</javaParameters>
            </configuration>
            <executions>
              <execution>
                <id>compile</id>
                <phase>compile</phase>
                <goals>
                  <goal>compile</goal>
                </goals>
              </execution>
              <execution>
                <id>test-compile</id>
                <phase>test-compile</phase>
                <goals>
                  <goal>test-compile</goal>
                </goals>
              </execution>
            </executions>
          </plugin>
          <plugin>
            <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
            <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
            <configuration>
              <parameters>true</parameters>
            </configuration>
          </plugin>
          ……        
        </plugins>
      </pluginManagement>

（2）点击进入该父项目（
spring-boot-starter-parent），发现它还有一个父项目（spring-boot-dependencies）。


spring-boot-starter-parent-2.7.7.pom文件：

<!-- 父项目的父项目 -->
<parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-dependencies</artifactId>
    <version>2.7.7</version>
</parent>

spring-boot-dependencies项目才是真正管理SpringBoot应用中所有依赖及其版本的地方。spring-boot-dependencies项目的主要作用是：

  • 对SpringBoot项目中依赖的所有jar包的版本进行管理。
  • spring-boot-dependencies-2.7.7.pom文件：
  <!-- 依赖包版本管理（部分） -->
  <properties>
      <activemq.version>5.16.5</activemq.version>
      <antlr2.version>2.7.7</antlr2.version>
      <appengine-sdk.version>1.9.98</appengine-sdk.version>    
      <build-helper-maven-plugin.version>3.3.0</build-helper-maven-plugin.version>    
      <commons-pool.version>1.6</commons-pool.version>
      <commons-pool2.version>2.11.1</commons-pool2.version>
      <db2-jdbc.version>11.5.7.0</db2-jdbc.version>
      <dependency-management-plugin.version>1.0.15.RELEASE</dependency-management-plugin.version>    
      <git-commit-id-plugin.version>4.9.10</git-commit-id-plugin.version>    
      <h2.version>2.1.214</h2.version>    
      <hibernate.version>5.6.14.Final</hibernate.version>
      <hibernate-validator.version>6.2.5.Final</hibernate-validator.version>    
      <htmlunit.version>2.60.0</htmlunit.version>
      <httpclient.version>4.5.14</httpclient.version>
      <httpclient5.version>5.1.4</httpclient5.version>
      <httpcore.version>4.4.16</httpcore.version>
      <httpcore5.version>5.1.5</httpcore5.version>    
      <javax-activation.version>1.2.0</javax-activation.version>
      <javax-annotation.version>1.3.2</javax-annotation.version>
      <javax-cache.version>1.1.1</javax-cache.version>    
      <javax-json.version>1.1.4</javax-json.version>
      <javax-jsonb.version>1.0</javax-jsonb.version>
      <javax-mail.version>1.6.2</javax-mail.version>
      <javax-money.version>1.1</javax-money.version>    
      <javax-websocket.version>1.1</javax-websocket.version>
      <jaxen.version>1.2.0</jaxen.version>    
      <json-path.version>2.7.0</json-path.version>
      <json-smart.version>2.4.8</json-smart.version>
      <jsonassert.version>1.5.1</jsonassert.version>
      <jstl.version>1.2</jstl.version>
      <jtds.version>1.3.1</jtds.version>
      <junit.version>4.13.2</junit.version>
      <junit-jupiter.version>5.8.2</junit-jupiter.version>
      <kafka.version>3.1.2</kafka.version>    
      <log4j2.version>2.17.2</log4j2.version>
      <logback.version>1.2.11</logback.version>
      <lombok.version>1.18.24</lombok.version>
      <maven-clean-plugin.version>3.2.0</maven-clean-plugin.version>
      <maven-compiler-plugin.version>3.10.1</maven-compiler-plugin.version>
      <maven-dependency-plugin.version>3.3.0</maven-dependency-plugin.version>
      <maven-deploy-plugin.version>2.8.2</maven-deploy-plugin.version>
      <maven-help-plugin.version>3.2.0</maven-help-plugin.version>
      <maven-install-plugin.version>2.5.2</maven-install-plugin.version>
      <maven-invoker-plugin.version>3.2.2</maven-invoker-plugin.version>
      <maven-jar-plugin.version>3.2.2</maven-jar-plugin.version>
      <maven-javadoc-plugin.version>3.4.1</maven-javadoc-plugin.version>
      <maven-resources-plugin.version>3.2.0</maven-resources-plugin.version>
      <maven-war-plugin.version>3.3.2</maven-war-plugin.version>    
      <mongodb.version>4.6.1</mongodb.version>    
      <mysql.version>8.0.31</mysql.version>    
      <rabbit-amqp-client.version>5.14.2</rabbit-amqp-client.version>
      <rabbit-stream-client.version>0.5.0</rabbit-stream-client.version>
      <spring-framework.version>5.3.24</spring-framework.version>
      <spring-kafka.version>2.8.11</spring-kafka.version>
      <spring-security.version>5.7.6</spring-security.version>
      <spring-session-bom.version>2021.2.0</spring-session-bom.version>
      <sqlite-jdbc.version>3.36.0.3</sqlite-jdbc.version>
      <thymeleaf.version>3.0.15.RELEASE</thymeleaf.version>
      <thymeleaf-extras-data-attribute.version>2.0.1</thymeleaf-extras-data-attribute.version>
      <thymeleaf-extras-java8time.version>3.0.4.RELEASE</thymeleaf-extras-java8time.version>
      <thymeleaf-extras-springsecurity.version>3.0.5.RELEASE</thymeleaf-extras-springsecurity.version>
      <thymeleaf-layout-dialect.version>3.0.0</thymeleaf-layout-dialect.version>
      <tomcat.version>9.0.70</tomcat.version>    
      <versions-maven-plugin.version>2.10.0</versions-maven-plugin.version>
      <webjars-locator-core.version>0.50</webjars-locator-core.version>    
      <xml-maven-plugin.version>1.0.2</xml-maven-plugin.version>
      <xmlunit2.version>2.9.0</xmlunit2.version>
  </properties>

因此，以后我们导入依赖包时默认是不需要配置版本的；但是如果导入的包没有在依赖中管理，那么就需要我们手动配置版本了。

注：Spring Boot官方文档列出Spring Boot项目中我们可以使用的所有依赖及其默认版本。

1.2、启动器

所谓“启动器”，即：Spring Boot应用依赖的一个个spring-boot-starter-XXX项目。

SpringBoot将所有的功能场景都抽取出来，做成一个个的starter （启动器），我们只需要在项目中引入这些starter即可将所有相关的依赖都导入进来 ， 我们要用什么功能就导入什么样的场景启动器即可 ；我们未来也可以自己自定义starter。

如：spring-boot-starter-web启动器：帮我们导入了web模块正常运行所依赖的组件。

pom.xml文件：

<!-- web场景启动器 -->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

注：Spring Boot官方文档列出Spring Boot项目中我们可以使用的所有启动器。

2、主启动类运行原理

2.1、默认的主启动类


Springboot01HelloworldApplication.java文件：

package com.atangbiji;

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

//@SpringBootApplication用来标注一个主程序类，说明这是一个Spring Boot应用
@SpringBootApplication
public class Springboot01HelloworldApplication {
    //SpringBoot应用程序的主入口函数
    public static void main(String[] args) {
        //以为是启动了一个方法，没想到启动了一个服务
        SpringApplication.run(Springboot01HelloworldApplication.class, args);
    }
}

但是一个简单的启动类并不简单！主启动类主要通过@SpringBootApplication注解和SpringApplication类调用run方法启动，接下来我们来分析一下它们都干了什么。

注：Spring Boot项目启动后，会像Java应用启动一样，会在后台启动一个几百兆的Java进程。如下图所示：

该进程对应的进程号（PID）通常我们可以在Spring Boot的启动log中查看。如下图所示：

2.2、@SpringBootApplication注解

作用：@SpringBootApplication用来标注一个主程序类，说明这是一个Spring Boot应用。 SpringBoot就通过运行这个类的main方法来启动SpringBoot应用。

点击进入SpringBootApplication注解：可以看到上面还有很多其他注解！


SpringBootApplication.java文件：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
//SpringBoot的配置类
@SpringBootConfiguration
//开启自动配置功能
@EnableAutoConfiguration
//扫描XX包下的组件或者bean
@ComponentScan(excludeFilters = { @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
        @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {
   // ......
}

2.2.1、@ComponentScan注解

@ComponentScan注解在Spring中很重要，它对应XML配置中的元素。

作用：自动扫描并加载主启动类（
Springboot01HelloworldApplication）同级目录下符合条件的组件或者bean，将这个bean定义加载到IOC容器中。

2.2.2、@SpringBootConfiguration注解

作用：SpringBoot的配置类，标注在某个类上，表示这是一个SpringBoot的配置类。

2.2.2.1、@Configuration注解

点击进入@SpringBootConfiguration注解：可以看到上面还有很多其他注解！


SpringBootConfiguration.java文件：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
//配置类
@Configuration
@Indexed
public @interface SpringBootConfiguration {
    // ......
}

这里的@Configuration注解说明：这是一个配置类。配置类就对应Spring的xml配置文件。

2.2.2.2、@Component注解

点击进入@Configuration注解：可以看到它也是一个组件（Component）！

Configuration.java文件：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
//组件（Bean）
@Component
public @interface Configuration {
    // ......
}

这里的@Component注解说明：主启动类本身也是Spring中的一个组件（Bean）而已，负责启动Spring Boot应用！

接下来，我们回到SpringBootApplication注解中继续分析。

2.2.3、@EnableAutoConfiguration注解（重点）

作用：开启自动配置功能。

以前我们需要自己手动配置的东西，而现在SpringBoot可以自动帮我们配置 ；通过@EnableAutoConfiguration注解让SpringBoot开启自动配置功能后，自动配置才能生效。

2.2.3.1、@AutoConfigurationPackage注解

（1）点击进入@EnableAutoConfiguration注解：可以看到它包含一个@AutoConfigurationPackage注解。


EnableAutoConfiguration.java文件：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
//自动配置包
@AutoConfigurationPackage
//（向IOC容器中）导入自动配置导入选择器
@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {
    // ......
}

这里的@AutoConfigurationPackage注解的作用是：自动配置包。

（2）点击进入@AutoConfigurationPackage注解：可以看到它通过@Import(
AutoConfigurationPackages.Registrar.class)注解向容器中导入“自动配置包注册器”组件。


AutoConfigurationPackage.java文件：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
//向容器中导入“自动配置包注册器”组件（Bean）
@Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class)
public @interface AutoConfigurationPackage {
    // ......
}

注：

  • 这里的@import注解是Spring的底层注解，它的作用是：向容器中导入组件（Bean）。
  • 这里的Registrar.class的作用是：将主启动类的所在包及包下面所有子包里面的所有组件扫描到Spring IOC容器中。

接下来，返回上一级，我们回到EnableAutoConfiguration注解中继续分析。

2.2.3.2、通过@Import注解导入自动配置导入选择器

点击进入@EnableAutoConfiguration注解：可以看到它通过@Import({
AutoConfigurationImportSelector.class})注解，向IOC容器中导入自动配置导入选择器（
AutoConfigurationImportSelector）组件（Bean）。

自动配置导入选择器会导入哪些组件的选择器呢？

（1）点击进入
AutoConfigurationImportSelector类，可以发现：这个类中有一个
getCandidateConfigurations方法。


AutoConfigurationImportSelector.java文件：

//获取候选的配置
protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
    List<String> configurations = new ArrayList<>(
        SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(), getBeanClassLoader()));
    //导入候选的配置
    ImportCandidates.load(AutoConfiguration.class, getBeanClassLoader()).forEach(configurations::add);
    Assert.notEmpty(configurations,
                    "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories nor in META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports. If you "
                    + "are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
    return configurations;
}

注：

  • getCandidateConfigurations方法的作用是：获取候选的配置。
  • 该方法通过调用ImportCandidates的load方法导入候选的配置！

（2）点击进入ImportCandidates类的load()方法，可以发现：其中加载了本地META-INF/spring目录下的自动配置核心文件（即
org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports文件）。

ImportCandidates.java文件：

//自动配置核心文件的本地目录
private static final String LOCATION = "META-INF/spring/%s.imports";
//导入候选的配置
public static ImportCandidates load(Class<?> annotation, ClassLoader classLoader) {
    Assert.notNull(annotation, "'annotation' must not be null");
    ClassLoader classLoaderToUse = decideClassloader(classLoader);
    //加载本地的自动配置核心文件
    String location = String.format(LOCATION, annotation.getName());
    Enumeration<URL> urls = findUrlsInClasspath(classLoaderToUse, location);
    List<String> importCandidates = new ArrayList<>();
    while (urls.hasMoreElements()) {
        URL url = urls.nextElement();
        importCandidates.addAll(readCandidateConfigurations(url));
    }
    return new ImportCandidates(importCandidates);
}

（3）查看Spring Boot自动配置的核心文件。


org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports文件是Spring Boot自动配置的核心文件。它位于
spring-boot-autoconfigure-2.7.7.jar包的META-INF/spring目录下，如下图所示：

注：

  • Spring Boot自动配置的核心文件中的所有类（Beans）都是通过java配置类的方式显式地配置到Spring IOC容器中的。
  • Spring Boot自动配置的核心文件中没有的类（Beans）都需要我们手动进行配置。

（4）我们在自动配置的核心文件中随便找一个自动配置类进行全局搜索，如：WebMvcAutoConfiguration。

可以发现：这些类的都是JavaConfig配置类，而且都注入了一些Bean。我们可以找一些自己认识的自动配置类，看着熟悉一下！

所以，自动配置真正实现是从classpath中搜寻所有META-INF/spring/目录下的
org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports配置文件，并将其中对应的配置项，通过反射实例化为自动配置类，然后将这些都汇总成为一个实例并加载到Spring IOC容器中。

2.2.3.3、结论

（1）SpringBoot所有的自动配置都是在主启动类启动时扫描并加载的。

（2）SpringBoot自动配置好的这些组件（Bean），需要我们导入对应的启动器（spring-boot-starter-XXX）后才会生效。即：只有@ConditionalOnXXX注解中的条件都满足时，自动配置的相应组件（Bean）才会生效。

（3）SpringBoot在启动的时候，从类路径（classpath）的META-INF/spring目录下的
org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports配置文件中获取值。

（4）SpringBoot将这些值作为自动配置类导入Spring IOC容器，自动配置类就生效，帮我们进行自动配置工作。

（5）整个J2EE的整体解决方案和自动配置都在spring-boot-autoconfigure的jar包中。

（6）SpringBoot会向容器中导入非常多的自动配置类（xxxAutoConfiguration），就是向容器中导入这个场景需要的所有组件，并配置好这些组件。

（7）有了自动配置类，免去了我们手动编写配置注入功能组件等工作。

2.3、SpringApplication类

2.3.1、SpringApplication类的作用

SpringApplication类主要完成以下四件事情：

  • 推断应用的类型是普通的项目还是Web项目。
  • 查找并加载所有可用初始化器，并设置到initializers（初始化）属性中。
  • 找出所有的应用程序监听器，设置到listeners属性中。
  • 推断并设main方法的定义类，找到运行的主类。

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