一、Spring Boot 工程结构

1、下载Spring Boot工程源码， 下载地址

2、模块代码结构：

比较重要的是Spring-boot、Spring-boot-autoconfigure以及Spring-boot-starters等组件。

3、工程模块介绍

• spring-boot

spring boot框架核心插件，对其他模块提供主要支持。内部包含所熟知的SpringApplication类， 提供应用程序入口， 内嵌支持Tomcat、Jetty和Undertow等容器。

• spring-boot-actuator

主要用于管理和监控应用， 支持http、jmx、ssh、telnet等连接管理方式。 包含审计、健康状态、数据采集等功能。

• spring-boot-actuator-autoconfigure

spring-boot-actuator的扩展、为其提供自动化配置功能。

• spring-boot-autoconfigure

实现spring-boot工程的自动化配置， 我们常用的@EnableAutoConfiguration标注，就是通过此工程实现， 触发Spring上下文的自动装配。 设计目的是减少开发者的对bean及应用组件的管理配置，专注自己的实现。

• spring-boot-cli

提供Spring项目相关的命令行功能， 安装CLI相关工具。即可通过spring run hello.groovy 直接运行Groovy脚本， 不过过多的繁琐配置， 开发人员只需关注业务逻辑。

• spring-boot-dependencies

Spring Boot项目的maven依赖管理工程， 定义管理各组件的版本号， 内部没有具体代码实现。

• spring-boot-devtools

Spring Boot的开发工具，比如经常调试程序，使用该插件可以支持热部署， 不需反复重启， 提高开发效率。

• spring-boot-docs

Spring Boot的文档配置工程，设置文档格式、样式、布局等。

• spring-boot-parent

Spring Boot的父级工程， 没有代码实现， 主要通过dependencyManagement管理各子项目的maven组件依赖。

• spring-boot-properties-migrator

Spring Boot的配置属性监察功能， 也就是通过监听器观察指定的属性KEY, 发生变化时，符合指定的匹配规则，将会触发监听事件， 执行日志或发送报告等。

• spring-boot-starters

它是一个管理工程， 里面包含各种应用组件，例如我们常用的spring-boot-starter-web组件， 提供对web服务支持；spring-boot-starter-data-jdbc组件， 提供的jdbc数据源的封装使用。里面每个组件只存在一个pom文件， 引入第三方依赖， 这样能简化配置， 灵活管理， 保障服务工程的兼容性。

• spring-boot-test

里面包含各种模块及标注， 帮助我们方便测试spring boot 应用程序。

• spring-boot-test-autoconfigure

服务于spring-boot-test工程，提供自动化配置，便于集成使用。

• spring-boot-tools

spring boot工程的管理工具， 比如ant和maven构建、文档配置工具等。

二、Spring Boot 启动流程

Spring Boot 的整体启动流程：

三、Spring Boot 启动流程源码剖析

1、创建一个Spring Boot 工程

创建spring-boot-startup工程作为源码研究。

POM依赖：

<!-- Spring Boot Web 依赖组件 -->
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

2、SpringBootApplication启动入口

com.mirson.spring.boot.research.startup.ResearchApplication， 启动类代码：

   @SpringBootApplication
   @ComponentScan(basePackages = {"com.mirson"})
   public class ResearchApplication {
   
       public static void main(String[] args) {
   
           SpringApplication.run(ResearchApplication.class, args);
       }
   }
   

核心@SpringBootApplication注解

   @Target(ElementType.TYPE)            // 注解的适用范围，其中TYPE用于描述类、接口（包括包注解类型）或enum声明
   @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)  // 注解的生命周期，保留到class文件中（三个生命周期）
   @Documented                          // 表明这个注解应该被javadoc记录
   @Inherited                           // 子类可以继承该注解
   @SpringBootConfiguration             // 继承了Configuration，表示当前是注解类
   @EnableAutoConfiguration             // 开启springboot的注解功能，springboot的四大神器之一，其借助@import的帮助
   @ComponentScan(excludeFilters = {    // 扫描路径设置，excludeFilters为排除的过滤器，启动时不加载
           @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
           @Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
   public @interface SpringBootApplication {
   ...
   }

• SpringBootConfiguration

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Configuration
public @interface SpringBootConfiguration {

}

打开其内部， 实质上就是@Configuration注解， 它是负责处理JavaConfig配置， 类似之前Spring在XML中定义的各种配置， 通过@Configuration注解， 会自动加载各种基于JavaConfig实现的配置。比如@Bean定义， @Autowire自动装配等。

• EnableAutoConfiguration

Spring Boot 内部封装了很多组件， 比如异步任务， 缓存， 数据源等， EnableAutoConfiguration相当于是个总开关， 负责管理所有组件的自动化配置，它会去扫描当前路径下所有JavaConfig配置，并且通过AutoConfigurationImportSelector， 加载默认的自动化配置组件。

• ComponentScan

ComponentScan功能其实是自动扫描并加载符合条件的组件， 比如@Service、@Repository、@Component等， 把它们加载到Spring Ioc容器中。Spring Boot 项目默认会扫描加载启动类所在路径下的所有JavaConfig配置， 通过ComponetScan指定package， 可以自定义路径扫描。

3、Spring Boot 初始化分析：

从SpringApplication的run方法进入：

创建SpringApplication对象， 查看构造方法：

public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
    // 设置资源加载器
    this.resourceLoader = resourceLoader;
    Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
    // 设置主资源加载器， 优先级更高
    this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
    // 应用类型推断处理， 标识应用服务是REACTIVE模式或SERVLET类型
    this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();
    // 设置初始化加载器，默认有6个， 作用是读取spring.factories配置， 每个初始加载器实现ApplicationContextInitializer接口
    setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
    // 设置监听器， 默认有10个， 包含配置文件， 日志， Classpath等监听器
    setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
    // 设置启动类信息
    this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
}

• Initializers初始化加载器

• listeners监听器

4、Spring Boot 启动深入分析：

查看SpringApplication的run方法：

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    // ① 创建计时器
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    // 计时器开始统计
    stopWatch.start();
    // ② 定义配置型上下文， 除了具备ApplicationContex， 还拥有生命周期和流属性
    ConfigurableApplicationContext context = null;
    // ③ 定义异常记录报告
    Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();
    // ④ 识别是否Headless模式， 该模式下，系统没有显示设备、键盘或鼠标
    configureHeadlessProperty();
    // ⑤ 获取所有Spring Boot 内置监听器
    SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
    // 启动所有监听器
    listeners.starting();
    try {
        // ⑥ 设置服务启动时接收的参数
        ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);
        // 设置环境变量信息, 为监听器和ConfigurationPropertySources初始环境变量
        ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);
        // ⑦ 忽略环境变量中配置的BEAN信息
        configureIgnoreBeanInfo(environment);
        // ⑧ 控制台打印Banner条， 可以自定义图片背景等
        Banner printedBanner = printBanner(environment);
        // ⑨ 创建上下文， 根据不同模式进行创建（SERVLET、REACTIVE）
        context = createApplicationContext();
        // ⑩ 获取Spring Factory加载时的异常报告
        exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class,
                                                         new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);
        // ?  Spring上下文加载预处理
        prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);
        // ? Spring 上下文加载处理
        refreshContext(context);
        // ? Spring 上下文加载完毕的后置处理， 内部暂为空实现
        afterRefresh(context, applicationArguments);
        // 停止时间计时器
        stopWatch.stop();
        if (this.logStartupInfo) {
            new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
        }
        // ? 启动监听器
        listeners.started(context);
        // ? Spring Boot 容器启动完毕后， 调用ApplicationRunner的run方法， 处理自定义逻辑
        callRunners(context, applicationArguments);
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }

    try {
        // 执行监听器
        listeners.running(context);
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
    return context;
}

① 创建StopWatch，Spring 提供的计时器，统计Spring Boot应用启动时长信息。

② 定义Spring上下文， 并下面第九处执行赋值。

③ 定义异常报告集合， 收集Spring Factory的初始化异常信息。

④ 配置headless信息， 该模式下，系统没有显示设备、键盘或鼠标。

⑤ 获取启动监听器，为一个集合，可以包含多个监听， 实现SpringApplicationRunListener接口， 该接口定义了容器启动的完整生命周期， 如启动、运行、环境准备、上下文准备、加载等。EventPublishingRunListener就是一个具体实现， 将SpringApplicationRunListener接口监听到的事件， 转化为SpringApplicationEvent事件， 注册并广播到所有监听器下面。

⑥ 服务配置处理，创建applicationArguments, 为应用的命令行参数， 启动程序时可以指定， 比如—debug等； prepareEnvrionment根据参数加载属性配置， 包含自定义的属性配置，像我们常见的application.yml都会加载进去， 默认会加载7个类型的配置到envrionment中。

⑦ configureIgnoreBeanInfo作用是配置是否忽略beaninfo处理， 默认是为true，会自动忽略不检索加载工程中的beaninfo类信息。

⑧ printBanner打印Spring Boot启动的Banner条， 通过bannerMode属性控制是否打印，内部有getImageBanner和getTextBanner实现， 可以支持图像与文本。

⑨ 容器创建， 通过createApplicationContext方法创建Spring容器， 会根据应用类型， 加载不同上下文处理类。Web Servlet类型会加载AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext; Reactive类型会 加载AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext。都是继承ServletWebServerApplicationContext类， 实现ConfigurableWebApplicationContext接口。 在不指 定应用类型的i情况下，默认通过AnnotationConfigApplicationContext类处理上下文，该类是继承GenericApplicationContext，实现ConfigurableApplicationContext接口。

⑩ 初始化exceptionReports集合， 通过SpringFactory加载， 内置有19个异常分析器， 常见的BeanDefinition定义错误、NoUnique唯一性约束、PortInUse端口占用等异常都是通过这些分析器处理抛出。

?上下文加载预处理，prepareContext方法内部实现：

设置context的environment环境配置属性，通过applyInitializer初始化ApplicationContextInitializer。通知监听器告诉上下文预处理工作完成。 接下来创建所熟知的beanFactory容器管理工厂， 加载BeanDefinition, 最后通知监听器，加载完成。

? 刷新启动Spring容器， 调用refreshConext方法。深入内部，可以看到核心处理流程：

@Override
public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    // 设置同步锁， 防止启动关闭造成的资源争抢
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
        // Spring 上下文预加载处理
        prepareRefresh();

        // 刷新并返回bean工厂信息
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

        // 预加载bean工厂信息， 如设定classloader加载器， 接口依赖等。
        prepareBeanFactory(beanFactory);

        try {
            // bean工厂处理， 设置上下文的BeanPostProcessor和ignoreDependencyInterface等信息
            postProcessBeanFactory(beanFactory);

            // 调用所有在BeanFactory中已注册的beanFactoryPostProcessor。beanFactoryPostProcessor 是BeanFactory的后置处理器， 对BeanDefinition对象修改，如我们在XML或标注配置的bean定义信息
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

            // 通过委派机制注册Bean创建时的Bean Processors对象 。BeanPostProcessor是Bean后置处理器， 负责对Bean对象修改， 比如实现InitializingBean接口的Bean， 通过afterPropertiesSet方法设置修改
            registerBeanPostProcessors(beanFactory);

            // 初始化message source , 比如我们常见的国际化信息处理。
            initMessageSource();

            // 初始化事件监听器并进行广播。可以将ApplicationListener监听的事件发送至相应监听器做处理。
            initApplicationEventMulticaster();

            // 实现其他的指定Bean或容器处理， 比如GenericApplicationContext， 可以实现一些自定义UI或Theme。
            onRefresh();

            // 注册所有实现ApplicationListener接口的监听器， 广播处理相应事件。
            registerListeners();

            //  创建所有非懒加载方式定义单例类。
            finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

            // 完成容器的加载处理， 善后工作， 清除资源缓存， 发布完成事件等。    
            finishRefresh();
        }

        catch (BeansException ex) {
            if (logger.isWarnEnabled()) {
                logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
                            "cancelling refresh attempt: " + ex);
            }

            // 销毁bean信息
            destroyBeans();

            // 复位 'active'激活标志.
            cancelRefresh(ex);

            // Propagate exception to caller.
            throw ex;
        }

        finally {
            // 清除基本缓存信息， 比如方法属性声明缓存、标注缓存等。  
            resetCommonCaches();
        }
    }
}

? 为Spring 容器初始化的后置处理方法，预置功能，内部为空实现。

? Spring容器启动完成后， 通知SpringApplicationListener监听数组， 触发容器加载完成started事件， 执行监听逻辑。

? 再调用运行器， 检查ApplicationContext中有无定义，调用ApplicationRunner、CommandLineRunner接口的run方法。

最后， 调用所有定义的SpringApplicationListener监听器，触发容器正常运行Running事件， 执行监听逻辑。

四、总结

Spring Boot 能够极为简化的开发与配置， 从启动流程的研究分析， Spring Boot 做了大量的封装与自动化处理， 通过扫描Spring Factory 能够加载各种自动化组件， 同时内置了监听器与各种事件， 以及ApplicationRunner启动器， 具有较强的灵活性与扩展性， Spring Boot 内部封装简洁， 逻辑清晰，没有过多的冗余代码， 能够起到很好的借鉴学习作用。