Spring Boot 原理篇

Spring Boot 原理篇

Spring系列框架是目前全世界最流行的java开发框架，可以说**Spring是现代java开发的基石**，它划分了多个子框架 ，如：SpringData，SpringBoot，SpringCloud，SpringAI，SpringFramework...其中SpringFramework是所有模块的基础。

分析Spring Boot原理可以使我们更好的熟练使用Spring Boot，并汲取其优秀的设计思想。

若直接使用SpringFramework，依赖配置将非常繁琐，每次引入一个依赖，都要找到其配套的所有依赖及其版本。基于此，Spring官方基于SpringFramework4.0之后版本 推出一个全新的框架SpringBoot，通过SpringBoot来简化 SpringFrmework的开发（注意是简化，不是替代，也就是说SpringBoot是SpringFramework的上层框架），而SpringBoot又是Spring家族中最流行的框架，Spring官方也推荐直接使用SpringBoot构建项目。

使用SpringBoot构建并开发项目会使项目开发更方便快捷，主要原因就是最核心的两个功能：起步依赖、自动配置 。解析SpringBoot的原理，就是来解析起步依赖和自动配置的原理

• 通过起步依赖 ，可以大大简化pom.xml文件中依赖的配置 ，解决SpringFramework中依赖配置繁琐的问题。
• 通过自动配置 ，可以大大简化框架使用过程中Bean的声明及配置。

注：下文核心细节的知识点用图标表示重要程度

• ⭐：核心，作为使用Sping Boot的上层开发者必须要掌握的

• 🍀：了解，不需要深入学习，了解即可，学习它可更好了解Spring Boot的底层设计与实现

起步依赖

我们只需引入起步依赖，常见的基本依赖都会随之引入。

在SpringBoot之前，光使用SpringFramework，项目开始需要引入很多基本依赖，非常地繁琐。

使用SpringBoot创建项目后，引入一个起步依赖（以Web开发为例：spring-boot-start-web）即可将许多基本依赖会随之引入：

原理也很简单，就是maven的依赖传递。所谓依赖传递指：若A依赖B，B依赖C，引入A依赖，B、C依赖也会随之引入。

自动配置

自动配置：当spring启动后，一些配置、bean对象（引入的依赖中存在）自动存入到IOC容器中，不需要我们手动声明，从而简化了开发，省去了繁琐的配置操作。

研究SpringBoot的自动配置，其实重点需要研究在Spring启动后

1. SpringBoot是如何将依赖jar包中的Bean对象 注入到IOC容器中的？
2. 它是如何识别依赖jar包中哪些对象 是需要加载到IOC容器的成为Bean对象？
3. 加载Bean对象的规则 是怎么样的？加载的流程又是怎么样的？

包扫描与导入

包扫描：Spring中，通过@Commonent注解及其衍生注解可以实现自定义Bean对象的定义，Spring启动时默认会扫描启动类所在包及其子包 中的所有类来实现寻找bean对象，并将其加载到IOC容器中。也可使用@ComponentScan添加参数实现自定义扫描范围，例如：

@ComponentScan({"com.example","com.gezishan","org.mybatis"})
@SpringBootApplication
public calss SpringbootWebApplication{
    
}

如果将依赖jar包中的Bean对象加载到IOC容器也使用这种方式 ，配置将非常繁琐，依赖多了，包扫描的范围也很大，但Bean对象并没有多少，这样效率就很低。

Spring也提供了另一种将Bean对象加载到IOC容器的方法，那就是导入。

导入：Spring中，通过@Import注解指定**Class参数**实现导入，使用@Import导入的类会被加载进IOC容器，导入类的类型有：

• 导入普通类，指定的该普通类 会被加载进IOC容器
• 导入配置类，指定的配置类所配置的所有Bean对象 会被加载进IOC容器
• 导入 ImportSlector接口实现类（下文称自动配置选择器），该实现类的slectImporte()方法返回的字符串类名数组对应的类 会被加载进IOC容器

//导入一个普通类和一个配置类以及ImportSlector接口实现类
@Import({TokenParser.class,HeaderConfig.class,MyImportSelector.class})  
@SpringBootApplication
public calss SpringbootWebApplication{
    
}

⭐ImportSlector接口

翻看源码：

该接口有一个必须实现的方法slectImporte()，返回值是一个字符串数组 ，表示需要交给IOC容器管理的类名数组，可以将Bean对象的全类名封装成数组中返回。

配置管理：需要交出去的Bean对象很多时，可以写一份文件列出要交出去的Bean对象，再在slectImporte()方法中读取文件中所有的Bean对象全类名。这样配置管理就更加方便，代码也更清晰，不用在@Import中罗列那么多类名。

对于第三方的jar包中的Bean对象，通常由第三方的开发者自己定义导入。

🍀 @EnableXxxx注解

@EnableXxxx注解是一个泛称，它表示第三方提供的注解，通常封装了@Import注解

启动流程

⭐@springBootApplication

@springBootApplication注解是SpringBoot项目的核心注解，它标识在SpringBoot工程的启动类上，该注解由三部分组成：

1. @SpringBootConfiguration：该注解与@Configuration相同，用来声明当前类也是一个配置类。
2. @ComponentScan：组件扫描，默认扫描当前启动类所在包及其子包 内的所有类文件，用于将自定义的Bean对象加载到IOC容器。
3. @EnableAutoConfiguration：SpringBoot实现自动化配置的核心注解 ，用于将依赖jar包中的Bean对象加载到IOC容器。

翻看源码：

⭐@EnableAutoConfiguration

@EnableAutoConfiguration 的作用是开启自动配置机制 ，是自动配置的核心，其实现依赖两个关键步骤

1. @Import({AutoConfigurationImportSelector.class})

通过@import导入AutoConfigurationImportSelector类（自动配置选择器）,它通过slectImporte()方法返回待加载的Bean对象类名数组

2. 加载自动配置类的候选名单

AutoConfigurationImportSelector的slectImporte()方法的内部会执行以下步骤

• 读取spring.factories文件：从所有类路径下的META-INF/spring.fectories文件中加载要自动配置的类。

以MyBatisPlus 的spring.factories文件为例：

• 筛选有效的自动配置类：通过条件装配注解（@ConditionalXxxx系列注解）和AutoConfigurationMetadata

⭐类路径ClassPath

类路径（ClassPath） 指的是 Java 程序运行时，JVM 用于查找类（.class字节码文件）、资源（如配置文件、图片等）的路径。这些路径在编译、打包和运行时会被 JVM 识别并加载。

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开发阶段（IDE 中）

在 Maven 或 Gradle 项目的标准目录结构中，类路径对应：

• src/main/java ：存放 Java 源代码，编译后的 .class 文件会被输出到 target/classes（Maven）或 build/classes（Gradle）。

• src/main/resources ：存放资源文件（如 application.properties、META-INF/spring.factories 等），这些文件会被直接复制到 target/classes 或 build/classes，成为类路径的一部分。

  例如，若在 src/main/resources/META-INF/ 下创建 spring.factories，编译后会被放入 target/classes/META-INF/spring.factories，此时该文件处于类路径中，可被 Spring Boot 扫描到。

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打包后（Jar/War 包中）

当项目打包为 Jar 或 War 包后，类路径对应包内的根目录：

• Jar 包中，META-INF/spring.factories 通常位于 Jar 包的根目录下的 META-INF 文件夹中（如 xxx.jar!/META-INF/spring.factories）。

​ 例如，Spring Boot 内置的 spring-boot-autoconfigure.jar 中就包含 META-INF/spring.factories，定义了默认的自动配置类列表。

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依赖包中的类路径

jar包中依赖的jar包会通过依赖传递，也成为项目的类路径。

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Spring Boot 在启动时会扫描所有依赖 jar 包 及当前项目自身类路径下 的spring.factories文件，汇总其中的配置信息。

⭐ @ConditionalXxxx系列注解

自动配置类并非在候选名单中就无条件生效 ，它可通过注解实现动态装配，满足条件才会被注册为Bean对象。

@Conditional注解是条件装配注解，作用是按照一定的条件进行判断，在满足给定条件后才会注册对应的Bean对象到IOC容器中。

使用位置：方法、类

@Conditional本身是一个父注解，它派生出大量的子注解用于具体的条件判断，以下是常用的几个：

注解	作用
@ConditionalOnClass	类路径中存在指定类时生效
@ConditionalOnMissingClass	类路径中不存在指定类时生效
@ConditionalOnBean	容器中存在指定 Bean 时生效
@ConditionalOnMissingBean	容器中不存在指定 Bean 时生效
@ConditionalOnProperty	配置文件中存在指定属性且值匹配时生效
@ConditionalOnWebApplication	应用是 Web 应用时生效
@ConditionalOnNotWebApplication	应用不是 Web 应用时生效

• @ConditionalOnClass：判断环境中有对应字节码文件，才注册bean到IOC容器。

@Configuration
public class HeaderConfig{
	@Bean
	@ConditionalOnClass(name = "io.jsonwebtoken.Jwts")  //判断环境中存在Jwts类才会注册此Bean对象
	public HeaderParser headerParser(){
		return new HeaderParser();
	}
}

• @ConditionalOnMissingBean：判断环境中没有对应dean（可根据类型或名称判断），才注册bean到IOC容器。

@Configuration
public class HeaderConfig{
	@Bean
	@ConditionalOnMissingBean  //判断环境中不存在此类型的Bean，才会注册此Bean对象。也可指定类型（使用注解的value属性）或名称（使用注解的name属性）判断
	public HeaderParser headerParser(){
		return new HeaderParser();
	}
}

• @ConditionalOnProperty：判断application配置文件中有对应属性和值，才注册bean到IOC容器。

@Configuration
public class HeaderConfig{
	@Bean
	@ConditionalOnProperty(name="name",havingValue="gezishan")  //判断配置文件中存在属性为"name",属性值为"gezishan"的配置项，才会注册此Bean对象
	public HeaderParser headerParser(){
		return new HeaderParser();
	}
}

除此之外还有许多派生注解：

🍀 AutoConfigurationMetadata

核心作用

​ AutoConfigurationMetadata 是 Spring Boot 自动配置过程中用于存储和提供自动配置类条件信息 的元数据容器，它的核心作用是优化自动配置类的条件判断效率，避免在类路径扫描和条件校验时进行不必要的类加载或反射操作。

​ 在 Spring Boot 自动配置中，大量自动配置类（如 WebMvcAutoConfiguration、DataSourceAutoConfiguration 等）通过 @ConditionalXxxx 系列注解（如 @ConditionalOnClass、@ConditionalOnMissingClass）控制是否生效。这些条件判断通常需要检查类路径中是否存在某个类 ，或某个类是否有特定方法等。

如果每次直接通过反射或类加载器实时检查，会有两个问题：

1. 性能开销：频繁的类加载和反射操作会降低启动速度。
2. 潜在冲突：某些类可能在检查时被提前加载，导致后续逻辑异常。

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数据来源

AutoConfigurationMetadata 的出现就是为了预先生成并缓存这些条件判断所需的元数据，在自动配置阶段直接读取元数据，避免实时检查，提升效率。

AutoConfigurationMetadata 的元数据来自于编译期生成的 META-INF/spring-autoconfigure-metadata.properties 文件。

这个文件由 Spring Boot 提供的 spring-boot-autoconfigure-processor 注解处理器在项目编译时自动生成 ，内容是对所有自动配置类的条件注解信息的预处理结果。

例如，对于注解了 @ConditionalOnClass({DataSource.class}) 的 DataSourceAutoConfiguration，编译后会在 spring-autoconfigure-metadata.properties 中生成类似如下的条目：

# 格式：自动配置类全类名.条件类型=值
org.springframework.boot.autoconfigure.jdbc.DataSourceAutoConfiguration.ConditionalOnClass=javax.sql.DataSource

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核心步骤

1. 快速条件校验

   在 AutoConfigurationImportSelector 筛选自动配置类时，会先通过 AutoConfigurationMetadata 读取预存的条件信息（如需要检查的类名），而非直接加载类。只有元数据指示 "可能符合条件" 时，才会进一步通过类加载器验证，减少不必要的类加载。

2. 缓存元数据

   AutoConfigurationMetadata 会将 spring-autoconfigure-metadata.properties 中的内容加载到内存中，形成键值对缓存，供自动配置过程中快速查询。

3. 支持多种条件类型

   除了 @ConditionalOnClass，它还能处理 @ConditionalOnMissingClass、@ConditionalOnResource 等注解的元数据，例如：

   # 检查是否缺少某个类
   org.springframework.boot.autoconfigure.web.servlet.WebMvcAutoConfiguration.ConditionalOnMissingClass=org.springframework.web.reactive.DispatcherHandler
   # 检查是否存在某个资源
   org.springframework.boot.autoconfigure.cache.CacheAutoConfiguration.ConditionalOnResource=classpath:org/hibernate/cache/ spi/RegionFactory.class

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使用场景

作为开发者，我们通常不需要直接操作 AutoConfigurationMetadata，但了解它的存在有助于理解自动配置的效率优化机制。

• 当自定义自动配置类时，只要在项目中引入 spring-boot-autoconfigure-processor 依赖（通常已包含在 spring-boot-starter 中），编译时就会自动生成元数据文件，无需手动干预。
• 若需排查自动配置类未生效的原因，可查看 spring-autoconfigure-metadata.properties 中的元数据，确认条件判断的预期值是否与实际环境一致。

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⭐个性化配置

配置绑定 @ConfigurationProperties

自动配置类通常会通过 @ConfigurationProperties 注解，将配置文件（如 application.yaml）中的属性与 Java 类绑定，实现配置的动态注入。

示例 ：DataSourceProperties 绑定数据库配置：

@ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource") // 绑定前缀为spring.datasource的配置
public class DataSourceProperties {
    private String url;
    private String username;
    private String password;
    // getters/setters
}

配置文件 application.properties 中可直接设置：

spring:
  datasource:
    url: jdbc:mysql://localhost:3306/test
	username: root
	password: 123456

---

自动配置的优先级：用户配置 > 自动配置

SpringBoot 遵循用户配置优先于自动配置 的原则（个性先于全局）：

• 若用户手动定义了某个 Bean（如 @Bean 注解），则自动配置类中通过 @ConditionalOnMissingBean 标注的同名 Bean 会被忽略。
• 例如：用户自定义了 DataSource 类型的 Bean，则 DataSourceAutoConfiguration 中自动配置的数据源会失效。

Starter规范

Spring项目中的Starter就是前面讲得起步依赖。

• SpringBoot有自带的Starter，如：spring-boot-starter-web、spring-boot-starter-aop等(一般规范：模块名在后)。
• 很多第三方库也有对应的SpringBoot的Starter，如：mybatis-spring-boot-starter，pagehelper-spring-boot-starter等（一般规范：模块名在前）。

Starter一般用于实现自动装配的配置，通过Starter可实现快速适配 Spring项目，当然，也有不少第三方库没有Starter，我们可以通过自己写Starter来实现对第三方库中的一些对象工具进行Bean声明等配置，以实现快速适配Spring项目，并实现组件化复用 。在实际开发中，经常会定义一些公共组件，提供给各个项目团队使用。在SpringBoot项目中，一般会将这些组件封装为Starter。

一般Starter中需要引入一份spring-boot-autoconfigure依赖以实现对Bean对象的自动配置：

我们先来分析一下mybatis-spring-boot-starter依赖的jar包：

目录结构如上图所示，mybatis的starter依赖jar包中没有一行代码，其中有一些配置文件，其pow.xml文件引入了很多有关mybatis操作的依赖:

包括:

• 起步依赖spring-boot-starter，使用spring提供的注解@Bean、@Configurition及其他基本功能实现对mybatis的Bean的配置等。
• 起步依赖spring-boot-starter-jdbc，使用spring-boot封装的jdbc功能，实现对数据库的操作
• mybatis依赖，实现mybatis的核心功能
• mybatis-spring依赖，基于spring的mybatis的功能
• mybatis-spring-boot-autoconfigure，实现spring自动装配的核心配置