SpringBoot源码解析(四)：解析应用参数args

冬天vs不冷2024-11-19 7:04

SpringBoot源码系列文章

SpringBoot源码解析(一)：SpringApplication构造方法

SpringBoot源码解析(二)：引导上下文DefaultBootstrapContext

SpringBoot源码解析(三)：启动开始阶段

SpringBoot源码解析(四)：解析应用参数args

目录

前言

前文深入解析了SpringBoot启动的开始阶段，包括获取和启动应用启动监听器、事件与广播机制，以及如何通过匹配监听器实现启动过程各阶段的自定义逻辑。接下来，我们将探讨SpringBoot启动类main函数中的参数args的作用及其解析过程。

SpringBoot版本2.7.18SpringApplication的run方法的执行逻辑如下，本文将详细介绍第3小节：解析应用参数

java 复制代码 
// SpringApplication类方法
public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    // 记录应用启动的开始时间
    long startTime = System.nanoTime();

    // 1.创建引导上下文，用于管理应用启动时的依赖和资源
    DefaultBootstrapContext bootstrapContext = createBootstrapContext();
    ConfigurableApplicationContext context = null;

    // 配置无头模式属性，以支持在无图形环境下运行
    // 将系统属性 java.awt.headless 设置为 true
    configureHeadlessProperty();

    // 2.获取Spring应用启动监听器，用于在应用启动的各个阶段执行自定义逻辑
    SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
    // 启动开始方法（发布开始事件、通知应用监听器ApplicationListener）
    listeners.starting(bootstrapContext, this.mainApplicationClass);

    try {
        // 3.解析应用参数
        ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);

        // 4.准备应用环境，包括读取配置文件和设置环境变量
        ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, bootstrapContext, applicationArguments);

        // 配置是否忽略 BeanInfo，以加快启动速度
        configureIgnoreBeanInfo(environment);

        // 5.打印启动Banner
        Banner printedBanner = printBanner(environment);

        // 6.创建应用程序上下文
        context = createApplicationContext();
        
        // 设置应用启动的上下文，用于监控和管理启动过程
        context.setApplicationStartup(this.applicationStartup);

        // 7.准备应用上下文，包括加载配置、添加 Bean 等
        prepareContext(bootstrapContext, context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);

        // 8.刷新上下文，完成 Bean 的加载和依赖注入
        refreshContext(context);

        // 9.刷新后的一些操作，如事件发布等
        afterRefresh(context, applicationArguments);

        // 计算启动应用程序的时间，并记录日志
        Duration timeTakenToStartup = Duration.ofNanos(System.nanoTime() - startTime);
        if (this.logStartupInfo) {
            new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), timeTakenToStartup);
        }

        // 10.通知监听器应用启动完成
        listeners.started(context, timeTakenToStartup);

        // 11.调用应用程序中的 `CommandLineRunner` 或 `ApplicationRunner`，以便执行自定义的启动逻辑
        callRunners(context, applicationArguments);
    }
    catch (Throwable ex) {
        // 12.处理启动过程中发生的异常，并通知监听器
        handleRunFailure(context, ex, listeners);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
    try {
        // 13.计算应用启动完成至准备就绪的时间，并通知监听器
        Duration timeTakenToReady = Duration.ofNanos(System.nanoTime() - startTime);
        listeners.ready(context, timeTakenToReady);
    }
    catch (Throwable ex) {
        // 处理准备就绪过程中发生的异常
        handleRunFailure(context, ex, null);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }

    // 返回已启动并准备就绪的应用上下文
    return context;
}

一、入口

  • 将main方法的参数args封装成一个对象DefaultApplicationArguments，以便方便地解析和访问启动参数
java 复制代码 
// 3.解析应用参数
ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);

二、默认应用程序参数DefaultApplicationArguments

1、功能概述

DefaultApplicationArguments是SpringBoot中的一个类，用于处理启动时传入的参数。它实现了ApplicationArguments接口，并提供了一些便捷的方法来访问传入的命令行参数和选项参数。

java 复制代码 
// 3.解析应用参数
ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
  • 解析命令行参数：将 main 方法中的 args 参数解析成选项参数和非选项参数，方便应用在启动时读取外部传入的配置
  • 访问选项参数：支持以--key=value格式的选项参数，通过方法getOptionNames()和getOptionValues(String name)获取特定的选项及其值
  • 访问非选项参数：对于不以--开头的参数，可以通过getNonOptionArgs()获取它们的列表

2、使用示例

  • 假设我们在命令行中运行应用，传递了一些参数
sh 复制代码 
java -jar myapp.jar --server.port=8080 arg1 arg2
  • 在代码中，我们可以使用DefaultApplicationArguments来解析这些参数
java 复制代码 
public static void main(String[] args) {
    DefaultApplicationArguments appArgs = new DefaultApplicationArguments(args);

    // 获取所有选项参数名称
    System.out.println("选项参数：" + appArgs.getOptionNames());  // 输出: ["server.port"]
    // 获取指定选项的值（所有以 `--` 开头的选项参数名称）
    System.out.println("server.port 值：" + appArgs.getOptionValues("server.port"));  // 输出: ["8080"]

    // 获取非选项参数（所有不以 `--` 开头的参数，通常用于传递无标记的参数值）
    System.out.println("非选项参数：" + appArgs.getNonOptionArgs());  // 输出: ["arg1", "arg2"]
}

3、接口ApplicationArguments

  • ApplicationArguments是DefaultApplicationArguments类的父接口
java 复制代码 
// 提供对用于运行应用的参数的访问。
public interface ApplicationArguments {
	// 返回传递给应用程序的原始未处理参数
	String[] getSourceArgs();
	// 返回所有选项参数的名称
	Set<String> getOptionNames();
	// 返回解析的选项参数集合中是否包含具有给定名称的选项
	boolean containsOption(String name);
	// 返回与给定名称的选项参数关联的值集合
	List<String> getOptionValues(String name);
	// 返回解析的非选项参数集合
	List<String> getNonOptionArgs();
}
  • getOptionNames()：返回所有选项参数的名称
    • 例如：参数是"--foo=bar --debug"，则返回["foo", "debug"]
  • getOptionValues(String name)：返回与给定名称的选项参数关联的值集合
    • 如果选项存在但没有值（例如："--foo"），返回一个空集合
    • 如果选项存在且有单一值（例如："--foo=bar"），返回一个包含一个元素的集合["bar"]
    • 如果选项存在且有多个值（例如："--foo=bar --foo=baz"），返回包含每个值的集合["bar", "baz"]
    • 如果选项不存在，返回null
  • getNonOptionArgs()：返回解析的非选项参数集合

4、实现类DefaultApplicationArguments

  • 代码很简单，对外暴露使用DefaultApplicationArguments，内部实现都在Source中
java 复制代码 
// ApplicationArguments的默认实现类，用于解析应用程序启动时传入的参数。
public class DefaultApplicationArguments implements ApplicationArguments {
	private final Source source; // 用于解析和存储参数的内部辅助类
	private final String[] args; // 启动时传入的原始参数
	// 构造函数，使用传入的参数数组初始化对象
	public DefaultApplicationArguments(String... args) {
		Assert.notNull(args, "Args must not be null"); // 确保传入参数不为 null
		this.source = new Source(args); // 使用内部类 Source 解析参数
		this.args = args; // 保存原始参数
	}
	// 获取原始未处理的参数数组
	@Override
	public String[] getSourceArgs() {
		return this.args;
	}

	// 获取所有选项参数的名称集合
	@Override
	public Set<String> getOptionNames() {
		String[] names = this.source.getPropertyNames();
		// 该集合不能被修改（即添加、删除元素等操作会抛出 UnsupportedOperationException 异常）
		return Collections.unmodifiableSet(new HashSet<>(Arrays.asList(names)));
	}

	// 检查是否包含指定名称的选项参数
	@Override
	public boolean containsOption(String name) {
		return this.source.containsProperty(name);
	}

	// 获取指定名称的选项参数的值集合
	@Override
	public List<String> getOptionValues(String name) {
		List<String> values = this.source.getOptionValues(name);
		return (values != null) ? Collections.unmodifiableList(values) : null;
	}

	// 获取所有非选项参数（不以 "--" 开头的参数）
	@Override
	public List<String> getNonOptionArgs() {
		return this.source.getNonOptionArgs();
	}

	// 内部类，用于处理和解析命令行参数
	// 继承自 SimpleCommandLinePropertySource，可以获取选项参数和非选项参数
	private static class Source extends SimpleCommandLinePropertySource {
		// 使用参数数组初始化 Source
		Source(String[] args) {
			super(args);
		}
		// 获取所有非选项参数。
		@Override
		public List<String> getNonOptionArgs() {
			return super.getNonOptionArgs();
		}
		// 获取指定名称的选项参数的值列表
		@Override
		public List<String> getOptionValues(String name) {
			return super.getOptionValues(name);
		}
	}
}

四、Source

Source是DefaultApplicationArguments解析参数内部的真正实现类，类图如下，逐一分析。

1、属性源PropertySource

**  PropertySource是Spring框架中的一个核心抽象类，用于表示属性（键值对）的来源。通过将各种配置来源（如系统属性、环境变量、配置文件等）封装为PropertySource对象，Spring可以提供统一的接口来读取和管理这些配置数据。**

  • 属性源名称：每个PropertySource实例都具有唯一的名称，用于区分不同的属性源
  • 属性源对象：PropertySource<T>是一个泛型类，其中T代表具体的属性源类型
  • getProperty(String name)：用于在属性源对象中检索具体的属性，name表示具体属性的键，返回具体属性的值
java 复制代码 
public abstract class PropertySource<T> {
	protected final Log logger = LogFactory.getLog(getClass());
	protected final String name;  // 属性源的名称
	protected final T source;  // 属性源的数据源对象

	// 使用给定的名称和源对象创建属性源
	public PropertySource(String name, T source) {
		Assert.hasText(name, "Property source name must contain at least one character");
		Assert.notNull(source, "Property source must not be null");
		this.name = name;
		this.source = source;
	}

	// 使用给定的名称和一个新的Object对象作为底层源创建属性源
	public PropertySource(String name) {
		this(name, (T) new Object());
	}
	
	// 返回属性源名称
	public String getName() {
		return this.name;
	}
	// 返回属性源的底层源对象。
	public T getSource() {
		return this.source;
	}

	// 判断属性源是否包含给定名称的属性（子类可以实现更高效的算法）
	// containsProperty和getProperty参数的name与上面定义的属性源名称的name不是一回事
	public boolean containsProperty(String name) {
		return (getProperty(name) != null);
	}
	// 返回与给定名称关联的属性值，如果找不到则返回null，子类实现
	@Nullable
	public abstract Object getProperty(String name);

	...
}

2、枚举属性源EnumerablePropertySource

**  EnumerablePropertySource继承自PropertySource，主要用于定义getPropertyNames()方法，可以获取属性源对象中所有属性键的名称。**

java 复制代码 
public abstract class EnumerablePropertySource<T> extends PropertySource<T> {
	// 使用给定的名称和源对象创建属性源（调用父类PropertySource的构造方法）
	public EnumerablePropertySource(String name, T source) {
		super(name, source);
	}
	// 也是调用父类构造
	protected EnumerablePropertySource(String name) {
		super(name);
	}
	
	// 判断属性源是否包含具有给定名称的属性（重新了PropertySource的此方法）
	@Override
	public boolean containsProperty(String name) {
		return ObjectUtils.containsElement(getPropertyNames(), name);
	}
	// 返回所有属性的名称
	public abstract String[] getPropertyNames();
}

3、命令行属性源CommandLinePropertySource

CommandLinePropertySource是Spring框架中用于处理命令行参数的PropertySource实现。它可以将应用程序启动时传入的命令行参数解析成键值对，便于在应用配置中使用。

  • 命令行属性源名称默认为commandLineArgs
  • getOptionValues(String name)：通过命令行属性源（即选项参数键值对）的键获取对应的值
  • getNonOptionArgs()：通过命令行属性源（即键默认为nonOptionArgs的非选项参数键值对）获取对于的值
  • 例：java -jar your-app.jar --server.port=8081 --spring.profiles.active=prod arg1 arg2
    • 选项参数会有多个键值对，key1为server.port，key2为spring.profiles.active
    • 非选项参数永远只有一个键值对，所有key都是nonOptionArgs
java 复制代码 
public abstract class CommandLinePropertySource<T> extends EnumerablePropertySource<T> {
	// CommandLinePropertySource实例的默认名称
	public static final String COMMAND_LINE_PROPERTY_SOURCE_NAME = "commandLineArgs";
	// 表示非选项参数的属性键的默认名称
	public static final String DEFAULT_NON_OPTION_ARGS_PROPERTY_NAME = "nonOptionArgs";
	private String nonOptionArgsPropertyName = DEFAULT_NON_OPTION_ARGS_PROPERTY_NAME;
	
	// 创建一个新的命令行属性源，使用默认名称
	public CommandLinePropertySource(T source) {
		super(COMMAND_LINE_PROPERTY_SOURCE_NAME, source);
	}

	// 创建一个新的命令行属性源，具有给定名称
	public CommandLinePropertySource(String name, T source) {
		super(name, source);
	}

	// 可以通过set方法设置非选项参数的键的名称
	public void setNonOptionArgsPropertyName(String nonOptionArgsPropertyName) {
		this.nonOptionArgsPropertyName = nonOptionArgsPropertyName;
	}

	// 首先检查指定的名称是否是特殊的"非选项参数"属性，
	// 如果是，则委托给抽象方法#getNonOptionArgs()
	// 否则，委托并返回抽象方法#containsOption(String)
	@Override
	public final boolean containsProperty(String name) {
		if (this.nonOptionArgsPropertyName.equals(name)) {
			return !getNonOptionArgs().isEmpty();
		}
		return this.containsOption(name);
	}

	// 首先检查指定的名称是否是特殊的"非选项参数"属性，
	// 如果是，则委托给抽象方法#getNonOptionArgs()，返回用逗号隔开字符串
	// 否则，委托并返回抽象方法#getOptionValues(name)，返回用逗号隔开字符串
	@Override
	@Nullable
	public final String getProperty(String name) {
		if (this.nonOptionArgsPropertyName.equals(name)) {
			Collection<String> nonOptionArguments = getNonOptionArgs();
			if (nonOptionArguments.isEmpty()) {
				return null;
			}
			else {
				return StringUtils.collectionToCommaDelimitedString(nonOptionArguments);
			}
		}
		Collection<String> optionValues = getOptionValues(name);
		if (optionValues == null) {
			return null;
		}
		else {
			return StringUtils.collectionToCommaDelimitedString(optionValues);
		}
	}

	// 返回从命令行解析的选项参数集合中是否包含具有给定名称的选项
	protected abstract boolean containsOption(String name);

	// 返回与给定名称的选项参数关联的值集合
	@Nullable
	protected abstract List<String> getOptionValues(String name);

	// 返回从命令行解析的非选项参数集合，永不为null
	protected abstract List<String> getNonOptionArgs();
}

4、简单命令行属性源SimpleCommandLinePropertySource

SimpleCommandLinePropertySource是Spring框架中的一个类，继承自CommandLinePropertySource，用于解析和处理命令行参数。它设计为简单易用，通过接收一个字符串数组（即命令行参数 args），将参数分为"选项参数"和"非选项参数"两类。

  • 命令行属性源对象类型为CommandLineArgs，通过new SimpleCommandLineArgsParser().parse(args)获取
java 复制代码 
public class SimpleCommandLinePropertySource extends CommandLinePropertySource<CommandLineArgs> {
	// 构造函数：创建一个使用默认名称commandLineArgs的SimpleCommandLinePropertySource实例的命令行属性源
	public SimpleCommandLinePropertySource(String... args) {
		super(new SimpleCommandLineArgsParser().parse(args));
	}
	// 创建指定名称命令行属性源
	public SimpleCommandLinePropertySource(String name, String[] args) {
		super(name, new SimpleCommandLineArgsParser().parse(args));
	}
	
	// 获取所有选项参数的名称
	@Override
	public String[] getPropertyNames() {
		return StringUtils.toStringArray(this.source.getOptionNames());
	}

	// 检查是否包含指定名称的选项
	@Override
	protected boolean containsOption(String name) {
		return this.source.containsOption(name);
	}

	// 获取指定选项名称的值列表
	@Override
	@Nullable
	protected List<String> getOptionValues(String name) {
		return this.source.getOptionValues(name);
	}

	// 获取所有非选项参数的列表
	@Override
	protected List<String> getNonOptionArgs() {
		return this.source.getNonOptionArgs();
	}
}

五、解析参数原理

在上一节中，我们了解了应用程序参数args被解析后的结构和存储方式。接下来，我们回到文章开头，详细解析参数是如何被逐步解析出来的。

java 复制代码 
// 3.解析应用参数
ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
  • 根据new DefaultApplicationArguments(args)寻找解析arg的位置
  • 解析完arg调用父类CommandLinePropertySource的构造方法

1、解析方法

SimpleCommandLineArgsParser通过遍历传入的命令行参数数组，根据参数的格式，将参数解析并分为选项参数和非选项参数。

  • 选项参数解析规则
    • 选项参数必须以--前缀开头，例如 --name=John 或 --debug
    • 如果包含等号 =，= 左边的部分是选项名称，右边的部分是选项值
    • 如果没有等号，则视为不带值的选项
    • 如果获取不到选项名称（例如传入 --=value或--），抛出异常，表示参数格式无效
  • 非选项参数解析规则
    • 所有不以--开头的参数被视为非选项参数
java 复制代码 
class SimpleCommandLineArgsParser {
	public CommandLineArgs parse(String... args) {
		// 创建 CommandLineArgs 实例，用于存储解析结果
		CommandLineArgs commandLineArgs = new CommandLineArgs(); 
		for (String arg : args) { // 遍历每个命令行参数
			if (arg.startsWith("--")) { // 如果参数以 "--" 开头，则视为选项参数
				String optionText = arg.substring(2); // 去掉 "--" 前缀
				String optionName; // 选项名称
				String optionValue = null; // 选项值，默认为 null
				int indexOfEqualsSign = optionText.indexOf('='); // 查找等号的位置
				if (indexOfEqualsSign > -1) { // 如果找到了等号
					optionName = optionText.substring(0, indexOfEqualsSign); // 等号前的部分为选项名称
					optionValue = optionText.substring(indexOfEqualsSign + 1); // 等号后的部分为选项值
				}
				else {
					optionName = optionText; // 如果没有等号，整个文本为选项名称，值为 null
				}
				// 如果选项名称为空，抛出异常，例如，只输入了 "--=" 或 "--"
				if (optionName.isEmpty()) { 
					throw new IllegalArgumentException("Invalid argument syntax: " + arg);
				}
				// 将解析出的选项名称和值添加到 CommandLineArgs 对象中
				commandLineArgs.addOptionArg(optionName, optionValue); 
			}
			else {
				// 如果参数不是选项参数，直接作为非选项参数添加到 CommandLineArgs 对象中
				commandLineArgs.addNonOptionArg(arg); 
			}
		}
		return commandLineArgs; // 返回解析结果
	}
}
  • 属性源对象类型CommandLineArgs
java 复制代码 
// 命令行参数的简单表示形式，分为"带选项参数"和"无选项参数"。
class CommandLineArgs {

	// 存储带选项的参数，每个选项可以有一个或多个值
	private final Map<String, List<String>> optionArgs = new HashMap<>();

	// 存储无选项的参数
	private final List<String> nonOptionArgs = new ArrayList<>();

	// 为指定的选项名称添加一个选项参数，并将给定的值添加到与此选项关联的值列表中（可能有零个或多个）
	public void addOptionArg(String optionName, @Nullable String optionValue) {
		if (!this.optionArgs.containsKey(optionName)) {
			this.optionArgs.put(optionName, new ArrayList<>());
		}
		if (optionValue != null) {
			this.optionArgs.get(optionName).add(optionValue);
		}
	}

	// 返回命令行中所有带选项的参数名称集合
	public Set<String> getOptionNames() {
		return Collections.unmodifiableSet(this.optionArgs.keySet());
	}
	// 判断命令行中是否包含指定名称的选项。
	public boolean containsOption(String optionName) {
		return this.optionArgs.containsKey(optionName);
	}
	// 返回与给定选项关联的值列表。
	// 表示null表示该选项不存在；空列表表示该选项没有关联值。
	@Nullable
	public List<String> getOptionValues(String optionName) {
		return this.optionArgs.get(optionName);
	}
	// 将给定的值添加到无选项参数列表中
	public void addNonOptionArg(String value) {
		this.nonOptionArgs.add(value);
	}
	// 返回命令行中指定的无选项参数列表
	public List<String> getNonOptionArgs() {
		return Collections.unmodifiableList(this.nonOptionArgs);
	}
}

2、解析参数的存储和访问

解析方法很简单，所有内容都在SimpleCommandLineArgsParser的parse方法中完成。相比之下，存储和访问方式更为复杂。

存储位置位于属性源对象PropertySource中。从代码可知，args表示命令行参数，因此属性源名称为命令行属性源默认名称commandLineArgs，属性源对象为解析args后的键值对。

访问查询方式的底层实现就是操作CommandLineArgs中的optionArgs(选项参数)和nonOptionArgs(非选项参数)两个集合，但此过程经过多次跳转，最终依次通过 DefaultApplicationArguments -> DefaultApplicationArguments#Source -> SimpleCommandLinePropertySource -> CommandLineArgs获取，其中CommandLineArgs就是是命令行属性源对象。这种设计主要是为了提供更灵活、安全的访问方式，避免直接暴露内部数据结构带来的潜在风险。

3、实际应用

之前在SpringBoot基础(二)：配置文件详解文章中有介绍过配置文件设置临时属性，这次回过头再来看，就很清晰明了了。


总结

  • 在SpringBoot启动时，启动类main函数中的args参数被解析为两类
    • 选项参数（如 --server.port=8080）
    • 非选项参数（如 arg1、arg2）
  • 对外暴露应用参数对象ApplicationArguments提供查询方法
    • getOptionValues(String name)方法可以获取选项参数
    • getNonOptionArgs() 方法则用于获取非选项参数
    • 这些参数在启动过程的后续阶段可供使用
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