Spring Boot 启动流程是怎么样的

引言

SpringBoot是一个广泛使用的Java框架，旨在简化基于Spring框架的应用程序的开发过程。在这篇文章中，我们将深入探讨SpringBoot应用程序的启动流程，了解其背后的机制。

Spring Boot 启动概览

SpringBoot应用程序的启动通常从一个包含 main 方法的类开始，例如：

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

这里的SpringApplication.run是启动SpringBoot应用程序的入口。接下来，我们将深入分析这个方法及其调用的各个阶段。

SpringApplication 类详解

SpringApplication类是SpringBoot应用程序启动过程的核心类。它负责初始化应用程序的上下文，加载配置，启动嵌入式服务器等。

SpringApplication构造函数

SpringApplication类有多个构造函数，常用的是接收一个或多个Class<?> 参数的构造函数：

public SpringApplication(Class<?>... primarySources) {
    this.setInitializers((Collection) this.getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
    this.setListeners((Collection) this.getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
    this.mainApplicationClass = this.deduceMainApplicationClass();
}

这里设置了初始化器和监听器，并推断出主应用程序类。

run 方法

SpringApplication.run方法是启动SpringBoot应用程序的入口：

public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?>[] primarySources, String[] args) {
    return (new SpringApplication(primarySources)).run(args);
}

这个方法内部调用了SpringApplication实例的run方法：

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    // 初始化阶段
    this.configureHeadlessProperty();
    SpringApplicationRunListeners listeners = this.getRunListeners(args);
    listeners.starting();

    // 环境准备阶段
    ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
    ConfigurableEnvironment environment = this.prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
    this.configureIgnoreBeanInfo(environment);

    // 上下文创建阶段
    Banner printedBanner = this.printBanner(environment);
    ConfigurableApplicationContext context = this.createApplicationContext();
    this.prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);

    // 上下文刷新阶段
    this.refreshContext(context);
    this.afterRefresh(context, applicationArguments);
    listeners.finished(context, null);

    // 应用程序运行阶段
    this.callRunners(context, applicationArguments);
    return context;
}

源码解析

准备阶段

在准备阶段中，Spring Boot 会加载应用程序的初始设置，并创建 Spring Boot 上下文。这个阶段的核心源码是 SpringApplication 类的 run() 方法，它会调用 Spring Boot 的各个初始化器进行初始化和准备工作。

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
                 // 启动计时器
        StopWatch stopWatch = new StopWatch();
        stopWatch.start();

                 // 定义应用程序上下文和异常报告器列表
        ConfigurableApplicationContext context = null;
        Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();

                 // 配置 Headless 属性
        configureHeadlessProperty();

                 // 获取 Spring Boot 启动监听器
        SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
                 // 执行启动监听器的 starting 方法
        listeners.starting();

        try {
                 // 解析命令行参数
            ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
                 // 准备应用程序环境
            ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
                 // 配置忽略 BeanInfo
            configureIgnoreBeanInfo(environment);
                 // 打印 Banner
            Banner printedBanner = printBanner(environment);
                 // 创建应用程序上下文
            context = createApplicationContext();
                 // 获取异常报告器,关于异常报告，我下次专门讲一下SpringBoot 的异常收集器。
            exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class, new Class[]{ConfigurableApplicationContext.class}, context);
                 // 准备应用程序上下文
            prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
                 // 刷新应用程序上下文
            refreshContext(context);
                 // 刷新后操作
            afterRefresh(context, applicationArguments);
                 // 停止计时器
            stopWatch.stop();
                 // 记录启动日志
            if (this.logStartupInfo) {
                new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
            }
                 // 执行启动监听器的 started 方法
            listeners.started(context);
                 // 执行 Runner
            callRunners(context, applicationArguments);
        } catch (Throwable ex) {
                 // 处理启动失败
            handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
            throw new IllegalStateException(ex);
        }

        try {
                 // 执行启动监听器的 running 方法
            listeners.running(context);
        } catch (Throwable ex) {
                 // 处理启动失败
            handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
            throw new IllegalStateException(ex);
        }

                 // 返回应用程序上下文
        return context;
    }

在 run() 方法中，Spring Boot 首先会创建一个 StopWatch 对象，用于记录整个启动过程的耗时。然后，Spring Boot 会调用 getRunListeners(args) 方法获取 Spring Boot 的各个启动监听器，并调用starting() 方法通知这些监听器启动过程已经开始。接着调用 prepareEnvironment(listeners, applicationArguments) 方法创建应用程序的环境变量。

这个方法会根据用户的配置和默认设置创建一个 ConfigurableEnvironment对象，并将其传给后面的 createApplicationContext() 方法。printBanner(environment) 方法打印启动界面的 Banner，调用 refreshContext(context)方法刷新上下文。这个方法会启动上下文，执行各种启动任务，包括创建 Web 服务器、加载应用程序的配置、初始化各种组件等。具体的启动任务会在刷新上下文阶段中进行。

应用上下文创建阶段

在应用上下文创建阶段中，Spring Boot 会创建应用程序的上下文，包括各种配置信息、Bean 的加载和初始化等。这个阶段的核心源码是 Spring Boot 自动配置机制，通过扫描 classpath 中的配置文件，自动加载和配置各种组件和 Bean。

protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
    Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;
    if (contextClass == null) {
        try {
            switch (this.webApplicationType) {
                case SERVLET:
                    contextClass = Class.forName(DEFAULT_SERVLET_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 to create a default ApplicationContext, " +
                    "please specify an ApplicationContextClass", ex);
        }
    }
    return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);
}

在 createApplicationContext() 方法中，Spring Boot 首先会判断应用程序的类型，如果是 Web 应用程序，则会创建一个 WebApplicationContext；否则，会创建一个普通的 ApplicationContext。调用 BeanUtils.instantiateClass(contextClass) 方法创建应用程序的上下文。这个方法会根据上面的逻辑创建一个相应的 ApplicationContext。调用 load() 方法加载应用程序的配置。

这个方法会扫描 classpath 中的各种配置文件，例如 application.properties、application.yml、META-INF/spring.factories 等，自动配置各种组件和 Bean。调用 postProcessApplicationContext() 方法对应用程序的上下文进行后处理。这个方法会调用各种初始化器和监听器，执行各种初始化任务。

刷新上下文阶段

在刷新上下文阶段中，Spring Boot 会执行各种启动任务，包括创建 Web 服务器（刚才我们跟源码的时候也看到了，如上我的截图）、加载应用程序的配置、初始化各种组件等。这个阶段的核心源码是 Spring Boot 的刷新机制，它会调用各种初始化器和监听器，执行各种启动任务。

protected void refreshContext(ConfigurableApplicationContext applicationContext) {
    refresh(applicationContext);
    if (this.registerShutdownHook) {
        try {
            applicationContext.registerShutdownHook();
        }
        catch (AccessControlException ex) {
            // Not allowed in some environments.
        }
    }
}

在 refreshContext() 方法中调用 refresh(applicationContext) 方法刷新上下文。这个方法是 ApplicationContext 接口的核心方法，会启动上下文，执行各种启动任务。调用 registerShutdownHook() 方法注册应用程序的关闭钩子。这个方法会在应用程序关闭时自动执行，清理资源、关闭线程等,所以我们利用此特性在服务关闭的时候清理一些资源。并向外部发送告警通知。

在 refresh(applicationContext) 方法中，Spring Boot 会执行上下文的各种启动任务，包括创建 Web 服务器、加载应用程序的配置、初始化各种组件等。具体的启动任务会调用各种初始化器和监听器，例如：

for (ApplicationContextInitializer<?> initializer : getInitializers()) {
    initializer.initialize(applicationContext);
}

另外，Spring Boot 还会调用各种监听器，我们不做赘述，例如：

for (ApplicationListener<?> listener : getApplicationListeners()) {
    if (listener instanceof SmartApplicationListener) {
        SmartApplicationListener smartListener = (SmartApplicationListener) listener;
        if (smartListener.supportsEventType(eventType)
                && smartListener.supportsSourceType(sourceType)) {
            invokeListener(smartListener, event);
        }
    }
    else if (supportsEvent(listener, eventType)) {
        invokeListener(listener, event);
    }
}