Spring 启动流程分析-含时序图

Spring 启动流程详解

sequenceDiagram participant U as 用户 participant AC as AnnotationConfigApplicationContext participant BF as BeanFactory participant BFP as BeanFactoryPostProcessor participant BPP as BeanPostProcessor participant BEAN as Bean实例 U->>AC: new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig) AC->>AC: refresh() AC->>AC: prepareRefresh() note right of AC: 初始化属性源、验证属性 AC->>BF: obtainFreshBeanFactory() BF-->>AC: 返回配置好的BeanFactory note right of BF: 加载BeanDefinition AC->>BF: prepareBeanFactory() note right of BF: 配置类加载器、添加处理器 AC->>BFP: invokeBeanFactoryPostProcessors() BFP-->>BF: 修改BeanDefinition note right of BFP: 处理@Configuration等 AC->>BPP: registerBeanPostProcessors() BPP-->>AC: 注册完成 note right of BPP: 支持AOP、依赖注入 AC->>AC: initMessageSource() AC->>AC: initApplicationEventMulticaster() AC->>BF: finishBeanFactoryInitialization() BF->>BEAN: preInstantiateSingletons() BEAN-->>BF: 创建单例Bean（实例化、注入、初始化） note right of BEAN: AOP代理生成 AC->>AC: finishRefresh() note right of AC: 发布ContextRefreshedEvent U-->>AC: 容器启动完成

在面试中，经常会被问到 Spring 的启动流程，这不仅考察你对 Spring 框架的理解深度，也反映了你对框架底层机制的掌握程度。本文将详细介绍 Spring 容器的启动流程（以 AnnotationConfigApplicationContext 为例），并分析每个步骤的核心作用。

Spring 启动流程概述

Spring 的启动流程主要围绕 ApplicationContext 的创建和初始化展开。无论是基于 XML 配置还是注解配置，其核心逻辑都集中在 AbstractApplicationContext 的 refresh() 方法中。以下是启动流程的详细步骤：

1. 容器初始化：创建 ApplicationContext

启动 Spring 应用的第一步是实例化一个 ApplicationContext。以注解配置为例，我们通常会使用 AnnotationConfigApplicationContext：

AnnotationConfigApplicationContext context = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

• 作用 ：这一步会加载配置类（例如 AppConfig），并初始化 Spring 容器的基本结构。
• 细节 ：构造方法会调用 this() 初始化 BeanFactory（默认是 DefaultListableBeanFactory），并注册配置类本身作为一个 Bean。

2. 准备刷新：prepareRefresh()

调用 refresh() 方法是 Spring 启动的核心入口，在此之前会执行一些准备工作：

• 初始化属性源：加载环境变量、系统属性等。
• 验证必要属性：检查是否有必须的配置项缺失。
• 准备监听器：初始化事件监听器，为后续事件发布做准备。

3. 创建并配置 BeanFactory：obtainFreshBeanFactory()

这一步会创建一个全新的 BeanFactory，并加载 Bean 定义：

• 加载配置 ：如果是注解配置，会扫描 @ComponentScan 指定的包路径，解析 @Component、@Service 等注解，生成 BeanDefinition。
• 注册 Bean 定义 ：将扫描到的 Bean 定义注册到 BeanFactory 中。
• 分析 ：BeanFactory 是 Spring 的核心组件，负责管理 Bean 的生命周期。此时尚未创建 Bean 实例，只是注册了元信息。

4. 准备 BeanFactory：prepareBeanFactory()

对 BeanFactory 进行进一步配置，使其具备完整功能：

• 添加 BeanPostProcessor ：例如 ApplicationContextAwareProcessor，用于支持 Aware 接口。
• 设置类加载器：配置默认的类加载器，通常是当前线程的上下文类加载器。
• 忽略某些接口 ：如 Aware 接口，避免被自动注入。

5. 执行 BeanFactory 后处理器：invokeBeanFactoryPostProcessors()

这一步会调用所有 BeanFactoryPostProcessor，对 BeanDefinition 进行修改：

• 典型例子 ：ConfigurationClassPostProcessor 会解析 @Configuration 类，处理 @Bean 方法，生成额外的 BeanDefinition。
• 分析：这是 Spring 支持注解配置的关键步骤，允许动态调整 Bean 定义。

6. 注册 BeanPostProcessor：registerBeanPostProcessors()

将所有 BeanPostProcessor 注册到容器中，准备在 Bean 创建时介入：

• 作用：支持 AOP、依赖注入等功能的实现。
• 顺序 ：根据 PriorityOrdered 和 Ordered 接口排序执行。

7. 初始化消息源和事件多播器

• 消息源 ：初始化 MessageSource，支持国际化。
• 事件多播器 ：初始化 ApplicationEventMulticaster，用于事件发布和监听。

8. 初始化其他特殊 Bean：onRefresh()

子类可以重写此方法，执行特定初始化逻辑。例如，Spring Boot 在此初始化嵌入式 Web 容器。

9. 注册事件监听器：registerListeners()

将所有 ApplicationListener 注册到事件多播器中，确保事件机制正常工作。

10. 实例化所有单例 Bean：finishBeanFactoryInitialization()

这一步是 Bean 创建的高潮：

• 预实例化单例 ：调用 beanFactory.preInstantiateSingletons()，触发所有非懒加载单例 Bean 的创建。
• 生命周期 ：
  1. 实例化：通过构造方法创建对象。
  2. 属性填充：执行依赖注入。
  3. 初始化 ：调用 InitializingBean.afterPropertiesSet() 或 @PostConstruct 方法。
  4. AOP 代理：如果需要，生成代理对象。
• 分析：这是 Spring 依赖注入和 AOP 的核心实现阶段。

11. 完成刷新：finishRefresh()

• 发布事件 ：发布 ContextRefreshedEvent，通知容器已就绪。
• 初始化 Lifecycle Bean ：调用实现了 Lifecycle 接口的 Bean 的 start() 方法。

12. 关闭钩子注册（可选）

如果是通过 ConfigurableApplicationContext 创建，会注册 JVM 关闭钩子，确保容器优雅关闭。

流程图示

以下是简化的流程图，便于理解：

初始化 ApplicationContext
       ↓
prepareRefresh()
       ↓
obtainFreshBeanFactory()
       ↓
prepareBeanFactory()
       ↓
invokeBeanFactoryPostProcessors()
       ↓
registerBeanPostProcessors()
       ↓
finishBeanFactoryInitialization()
       ↓
finishRefresh()

关键点分析

1. BeanFactory vs ApplicationContext ：
   • BeanFactory 是基础容器，负责 Bean 的创建和管理。
   • ApplicationContext 是高级容器，增加了事件机制、国际化等功能。
2. 依赖注入的实现 ：
   • 在 finishBeanFactoryInitialization() 中通过 getBean() 递归解决依赖。
3. AOP 的实现 ：
   • 通过 BeanPostProcessor（如 AbstractAutoProxyCreator）在 Bean 初始化后生成代理。
4. 扩展点 ：
   • BeanFactoryPostProcessor 和 BeanPostProcessor 是开发者扩展 Spring 的主要途径。

常见面试问题

• Q1：refresh() 方法的作用是什么？
  • 答：refresh() 是 Spring 容器启动的核心方法，负责初始化容器、加载 Bean 定义、创建 Bean 实例等全流程。
• Q2：Bean 是如何被创建的？
  • 答：在 finishBeanFactoryInitialization() 中，通过 getBean() 方法触发实例化、依赖注入和初始化。
• Q3：AOP 在哪个阶段生效？
  • 答：在 Bean 初始化后，由 BeanPostProcessor 实现代理对象的生成。

总结

Spring 的启动流程是一个精心设计的过程，从配置加载到 Bean 实例化，体现了其高度模块化和可扩展性。理解这一流程不仅能应对面试，还能帮助开发者更好地调试和优化 Spring 应用。希望这篇博客能为你提供清晰的思路！