Spring Boot启动原理：从main方法到内嵌Tomcat的全过程

Spring Boot的启动过程是一个精心设计的自动化流程，下面我将详细阐述从main方法开始到内嵌Tomcat启动的全过程。

1. 入口：main方法

一切始于一个简单的main方法：

java 复制代码

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

2. SpringApplication初始化

SpringApplication.run()方法内部会创建一个SpringApplication实例：

java 复制代码

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

2.1 构造阶段

在SpringApplication构造函数中完成以下关键操作：

推断应用类型：判断是Servlet应用(Spring MVC)还是Reactive应用(Spring WebFlux)
加载ApplicationContextInitializer：通过META-INF/spring.factories加载
加载ApplicationListener：同样通过spring.factories机制加载
推断主配置类：通过堆栈分析找到包含main方法的类

3. 运行阶段：run()方法

run()方法是整个启动过程的核心：

java 复制代码

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    // 1. 创建并启动计时器
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    
    // 2. 初始化应用上下文和异常报告器
    ConfigurableApplicationContext context = null;
    Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();
    configureHeadlessProperty();
    
    // 3. 获取SpringApplicationRunListeners并启动
    SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
    listeners.starting();
    
    try {
        // 4. 准备环境
        ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
        ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
        
        // 5. 打印Banner
        Banner printedBanner = printBanner(environment);
        
        // 6. 创建应用上下文
        context = createApplicationContext();
        
        // 7. 准备应用上下文
        prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
        
        // 8. 刷新应用上下文(关键步骤)
        refreshContext(context);
        
        // 9. 刷新后处理
        afterRefresh(context, applicationArguments);
        
        // 10. 停止计时器并发布启动完成事件
        stopWatch.stop();
        if (this.logStartupInfo) {
            new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)
                .logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
        }
        listeners.started(context);
        
        // 11. 执行Runner
        callRunners(context, applicationArguments);
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
    
    try {
        listeners.running(context);
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
    return context;
}

4. 创建应用上下文

createApplicationContext()方法根据应用类型创建不同的应用上下文：

Servlet环境 ：创建AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext
Reactive环境 ：创建AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext
普通环境 ：创建AnnotationConfigApplicationContext

对于Web应用，会创建AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext，它继承自ServletWebServerApplicationContext。

5. 准备应用上下文

prepareContext()方法完成以下工作：

将环境绑定到上下文
后置处理上下文
应用所有初始化器
发布ContextPrepared事件
注册主配置类bean定义
发布ContextLoaded事件

6. 刷新应用上下文

refreshContext()最终调用AbstractApplicationContext.refresh()，这是Spring容器的核心刷新流程：

java 复制代码

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
        // 1. 准备刷新
        prepareRefresh();
        
        // 2. 获取新的BeanFactory
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();
        
        // 3. 准备BeanFactory
        prepareBeanFactory(beanFactory);
        
        try {
            // 4. 后置处理BeanFactory
            postProcessBeanFactory(beanFactory);
            
            // 5. 调用BeanFactoryPostProcessor
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);
            
            // 6. 注册BeanPostProcessor
            registerBeanPostProcessors(beanFactory);
            
            // 7. 初始化MessageSource
            initMessageSource();
            
            // 8. 初始化事件广播器
            initApplicationEventMulticaster();
            
            // 9. 初始化特殊bean(由子类实现)
            onRefresh();
            
            // 10. 注册监听器
            registerListeners();
            
            // 11. 初始化所有非懒加载单例
            finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);
            
            // 12. 完成刷新
            finishRefresh();
        }
        catch (BeansException ex) {
            // 处理异常...
        }
    }
}

7. 内嵌Tomcat启动的关键：onRefresh()

对于Servlet Web应用，ServletWebServerApplicationContext重写了onRefresh()方法：

java 复制代码

protected void onRefresh() {
    super.onRefresh();
    try {
        createWebServer();
    }
    catch (Throwable ex) {
        throw new ApplicationContextException("Unable to start web server", ex);
    }
}

createWebServer()是内嵌服务器启动的关键：

java 复制代码

private void createWebServer() {
    WebServer webServer = this.webServer;
    ServletContext servletContext = getServletContext();
    
    if (webServer == null && servletContext == null) {
        // 1. 获取WebServer工厂(Tomcat, Jetty或Undertow)
        ServletWebServerFactory factory = getWebServerFactory();
        
        // 2. 创建WebServer
        this.webServer = factory.getWebServer(getSelfInitializer());
    }
    else if (servletContext != null) {
        try {
            getSelfInitializer().onStartup(servletContext);
        }
        catch (ServletException ex) {
            throw new ApplicationContextException("Cannot initialize servlet context", ex);
        }
    }
    initPropertySources();
}

8. Tomcat服务器创建过程

以Tomcat为例，TomcatServletWebServerFactory.getWebServer()方法：

java 复制代码

public WebServer getWebServer(ServletContextInitializer... initializers) {
    // 1. 创建Tomcat实例
    Tomcat tomcat = new Tomcat();
    
    // 2. 配置基础目录
    File baseDir = (this.baseDirectory != null) ? this.baseDirectory : createTempDir("tomcat");
    tomcat.setBaseDir(baseDir.getAbsolutePath());
    
    // 3. 配置连接器
    Connector connector = new Connector(this.protocol);
    connector.setThrowOnFailure(true);
    tomcat.getService().addConnector(connector);
    customizeConnector(connector);
    tomcat.setConnector(connector);
    
    // 4. 配置Host
    tomcat.getHost().setAutoDeploy(false);
    configureEngine(tomcat.getEngine());
    
    // 5. 准备上下文
    prepareContext(tomcat.getHost(), initializers);
    
    // 6. 创建TomcatWebServer并启动
    return getTomcatWebServer(tomcat);
}

9. 启动Tomcat

在TomcatWebServer构造函数中完成Tomcat的启动：

java 复制代码

public TomcatWebServer(Tomcat tomcat, boolean autoStart) {
    this.tomcat = tomcat;
    this.autoStart = autoStart;
    initialize();
}

private void initialize() throws WebServerException {
    // 启动Tomcat
    this.tomcat.start();
    
    // 启动一个守护线程来等待停止命令
    startDaemonAwaitThread();
}

10. 自动配置的关键

整个过程中，自动配置是通过@SpringBootApplication注解中的@EnableAutoConfiguration实现的：

在invokeBeanFactoryPostProcessors()阶段会处理自动配置
AutoConfigurationImportSelector会加载META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports文件中的配置类
对于Tomcat，会加载ServletWebServerFactoryAutoConfiguration
这个配置类通过@Import引入了EmbeddedTomcat等配置

总结流程

启动main方法
创建SpringApplication实例
运行run()方法
准备环境
创建应用上下文(AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext)
准备上下文(注册配置类等)
刷新上下文(核心)
- 调用onRefresh()
- 创建内嵌Web服务器(Tomcat)
- 启动Tomcat
发布启动完成事件
执行Runner