Spring Boot 启动流程及原理介绍

Spring Boot 是一个用于构建独立的、生产级别的 Spring 应用程序的框架。它简化了基于 Spring 的应用开发，通过提供默认配置和自动配置功能，使得开发者能够更快速地启动和运行应用程序。

Spring Boot 启动流程

1、启动入口

Spring Boot 应用的启动通常从一个包含 main() 方法的主类开始。这个主类会使用 @SpringBootApplication 注解，它实际上是一个组合注解，包括了 @SpringBootConfiguration、@EnableAutoConfiguration 和 @ComponentScan 三个注解。

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

2、创建 SpringApplication 对象

当调用 SpringApplication.run() 方法时，Spring Boot 会首先创建一个 SpringApplication 对象。这个对象负责管理 Spring 应用的启动和初始化过程。

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public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
    this.resourceLoader = resourceLoader;
    Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
    this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
    this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();
    // 设置默认的banner模式
    setBannerMode(Banner.Mode.CONSOLE);
    this.listeners = new CopyOnWriteArrayList<>();
    this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
}

在 SpringApplication 对象创建后，会进行一系列初始化工作，包括：

推断应用类型：判断应用是 Web 应用还是非 Web 应用。
加载初始化器：从 META-INF/spring.factories 文件中加载 ApplicationContextInitializer 实现类。
加载监听器：从 META-INF/spring.factories 文件中加载 ApplicationListener 实现类。
推断主配置类：通过反射找到包含 main() 方法的主类。

3、运行 SpringApplication

SpringApplication 对象调用其 run() 方法，该方法是启动流程的核心。

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public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    ConfigurableApplicationContext context = null;
    FailureAnalyzers analyzers = null;
    configureHeadlessProperty();
    SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
    listeners.starting();
    try {
        ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
        ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
        Banner printedBanner = printBanner(environment);
        context = createApplicationContext();
        analyzers = new FailureAnalyzers(context);
        prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
        refreshContext(context);
        listeners.started();
        callRunners(context, applicationArguments);
    } catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, analyzers);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
    stopWatch.stop();
    listeners.finished(stopWatch);
    return context;
}

run() 方法执行了以下关键步骤：

3.1 准备环境

在应用上下文准备前，Spring Boot 会先准备环境（Environment），这包括：在启动过程中，Spring Boot 会准备应用环境（Environment），这包括：

读取配置文件：加载 application.properties 或 application.yml 等配置文件。
解析命令行参数：将命令行参数解析为环境属性。
收集系统环境变量：将系统环境变量添加到环境属性中。

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ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);

3.2 初始化应用上下文

根据你选择的 web 环境类型（如 Servlet 或 Reactive），Spring Boot 会设置合适的应用上下文（ApplicationContext）。对于 Web 应用，通常会创建 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext；对于非 Web 应用，则会创建 AnnotationConfigApplicationContext。

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ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
    return new SpringApplication().createApplicationContext();
}

3.3 加载 Bean 定义

Spring Boot 会通过扫描类路径中的组件和配置类（由 @ComponentScan 和 @Configuration 等注解指定）来加载 Bean 定义。

Spring Boot 使用组件扫描机制来自动发现并注册应用程序中的 @Component、@Service、@Repository 和 @Controller 等注解标注的 Bean。此外，Spring Boot 还支持通过 @Configuration 类定义的 Bean。

4、自动配置

@EnableAutoConfiguration 注解激活了自动配置功能。Spring Boot 会根据项目中添加的 jar 依赖，尝试猜测并配置你可能需要的 Bean。自动配置类会在应用上下文中被条件化地执行。

5、刷新应用上下文ApplicationContext

完成所有配置后，Spring Boot 会刷新应用上下文。此时，所有的 Bean 都已注册完毕，且已准备就绪。这个过程包括：

实例化 Bean：根据 Bean 定义创建 Bean 实例。
初始化 Bean：调用 Bean 的初始化方法。
注册 Bean：将 Bean 注册到应用上下文中，使其可供应用使用。

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refreshContext(context);

6、应用就绪

最后，Spring Boot 会发布一个 ApplicationReadyEvent，表明应用已完全启动并准备好接收请求。

Spring Boot 启动原理

Spring Boot 的启动原理主要基于以下几个核心特性：

1、自动配置

Spring Boot 通过查看 classpath 和已定义的 beans 来决定配置类的自动应用。这是通过 @EnableAutoConfiguration 注解实现的。Spring Boot 会根据项目中包含的依赖项自动配置应用程序的各种组件。

2、起步依赖（Starter）

Spring Boot 提供了一组起步依赖，每个起步依赖都旨在简化构建配置，提供所需的依赖。这使得开发者能够快速开始一个功能完备的开发环境，而无需担心版本冲突。

3、外部化配置

Spring Boot 允许通过外部配置（如 properties 文件、YAML 文件、环境变量和命令行参数）来管理应用程序的配置。这使得应用能够在不同环境中使用相同的代码，而无需重新构建。

4、内嵌服务器

Spring Boot 内置了常见的服务器（如 Tomcat、Jetty 或 Undertow），使得开发者无需复杂的服务器配置即可快速启动和运行应用程序。

总结

Spring Boot 通过其简洁的启动流程和强大的自动配置功能，极大地简化了基于 Spring 的应用开发。开发者只需关注业务逻辑和所需的依赖库，即可快速构建出可运行的应用程序。通过深入了解 Spring Boot 的启动流程和原理，开发者可以更好地利用这一框架，提高开发效率和质量。