全网最详细的介绍SpringBoot启动过程源码分析

概述

上一篇我们介绍了SpringBoot的自动装配的知识，这一篇我们将介绍SpringBoot最核心的知识点，SpringBoot应用的启动过程。这个启动过程比较复杂，在此我只介绍核心的知识点。其启动过程大概分为两步。1. 初始化SpringApplication对象，2.执行SpringApplication对象的run方法。

SpringBoot启动流程图（以SpringBoot 1.5.8.RELEASE为例）

那我们就根据上面的启动流程图进行分析。

初始化SpingApplication对象

我们直接找到初始化SpingApplication对象的initialize方法。

	private void initialize(Object[] sources) {
		if (sources != null && sources.length > 0) {
			this.sources.addAll(Arrays.asList(sources));
		}
		//检查当前环境是否是web环境
		this.webEnvironment = deduceWebEnvironment();
		//初始化ApplicationContextInitializer的实现类
		setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(
				ApplicationContextInitializer.class));
		//初始化ApplicationListener的实现类
		setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
		this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
	}

如上初始化SpringApplication对象，主要的步骤有两步

1. 加载spring.factories中ApplicationContextInitializer的配置类
2. 加载spring.factories中ApplicationListener的配置类
   都是通过SpringFactoriesLoader找到META-INF/spring.factories文件下配置了ApplicationContextInitializer和ApplicationListener两个接口的实现类，并且进行实例化。
   
   其中ApplicationContextInitializer接口主要目的是ConfigurableApplicationContext做refresh之前，对ConfigurableApplicationContext实例做进一步的设置或处理。如下图所示：

	protected void applyInitializers(ConfigurableApplicationContext context) {
		for (ApplicationContextInitializer initializer : getInitializers()) {
			Class<?> requiredType = GenericTypeResolver.resolveTypeArgument(
					initializer.getClass(), ApplicationContextInitializer.class);
			Assert.isInstanceOf(requiredType, context, "Unable to call initializer.");
			initializer.initialize(context);
		}
	}

而ApplicationListener则是一个监听器，他是Spring框架对Java事件监听机制的⼀种框架实现。

执行Run方法

说完了初始化SpingApplication对象的过程，接下来让我们看看run()方法的执行逻辑。

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
		StopWatch stopWatch = new StopWatch();
		stopWatch.start();
		ConfigurableApplicationContext context = null;
		FailureAnalyzers analyzers = null;
		//1
        SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
		listeners.starting();
		try {
			//2
			ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(
					args);
			ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,
					applicationArguments);
			//3
			Banner printedBanner = printBanner(environment);
			//4
			context = createApplicationContext();
			//5
			analyzers = new FailureAnalyzers(context);
			//6
			prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,
					printedBanner);
			//7
			refreshContext(context);
			//8
			afterRefresh(context, applicationArguments);
			//9
			listeners.finished(context, null);
			stopWatch.stop();
			return context;
		}
		catch (Throwable ex) {
			handleRunFailure(context, listeners, analyzers, ex);
			throw new IllegalStateException(ex);
		}

如上，就是执行run方法的主要逻辑，主要分为9个步骤。

1. 加载SpringApplicationRunListeners

首先第一步是：通过SpringFactoriesLoader 到META-INF/spring.factories查找并加载所有的SpringApplicationRunListeners，通过start()方法通知所有的SpringApplicationRunListener，本质上这是一个事件发布者，他在SpringBoot应用启动的不同阶段会发布不同的事件类型。SpringApplicationRunListener接口只有一个实现类EventPublishingRunListener，也就是说SpringApplicationRunListeners类的List<SpringApplicationRunListener> listeners中只会生成一个EventPublishingRunListener实例。那么SpringApplicationRunListeners是如何发布事件类型的呢？首先我们看下SpringApplicationRunListener这个接口。

public interface SpringApplicationRunListener {
	/**
	 * run方法刚执行时通知
	 */
	void starting();
	/**
	 * Called once the environment has been prepared, but before the
	 * {@link ApplicationContext} has been created.
		Environment准备好，ApplicationContext被创建好之前通知
	 */
	void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment);
	/**
	 * Called once the {@link ApplicationContext} has been created and prepared, but
	 * before sources have been loaded.
		ApplicationContext被创建好之后，但是资源加载好之前通知
	 */
	void contextPrepared(ConfigurableApplicationContext context);
	/**
	 * Called once the application context has been loaded but before it has been
	 * refreshed.
ApplicationContext被加载好之后，但是没有被刷新之前通知
	 */
	void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext context);
	/**
	 * Called immediately before the run method finishes.
	 * @param context the application context or null if a failure occurred before the
	 * context was created
		应用启动完成之后通知
	 */
	void finished(ConfigurableApplicationContext context, Throwable exception);
}

如上我们看到SpringApplicationRunListener监听器SpringBoot应用启动的不同阶段都会有相应的监听通知。通知贯穿了SpringBoot应用启动的完成过程。我们以environmentPrepared通知为例看看，SpringApplicationRunListener是如何发布事件类型的,在其实现类EventPublishingRunListener中有属性名为initialMulticaster的SimpleApplicationEventMulticaster实例。在environmentPrepared方法中调用了SimpleApplicationEventMulticaster的multicastEvent方法，说明发布过程被委托给了SimpleApplicationEventMulticaster类，其中在multicastEvent方法中指定了相应的事件类型。

	public void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment) {
		this.initialMulticaster.multicastEvent(new ApplicationEnvironmentPreparedEvent(
				this.application, this.args, environment));
	}

2. 创建并配置当前应用将要使用的环境

	private ConfigurableEnvironment prepareEnvironment(
			SpringApplicationRunListeners listeners,
			ApplicationArguments applicationArguments) {
		// 获取创建的环境，如果没有则创建，如果是web环境则创建StandardServletEnvironment
		ConfigurableEnvironment environment = getOrCreateEnvironment();
		//配置Environment:配置profile以及properties
		configureEnvironment(environment, applicationArguments.getSourceArgs());
		//调⽤SpringApplicationRunListener的 environmentPrepared()⽅法，通知事件监听者：应⽤的Environment已经准备好
		listeners.environmentPrepared(environment);
		if (!this.webEnvironment) {
			environment = new EnvironmentConverter(getClassLoader())
					.convertToStandardEnvironmentIfNecessary(environment);
		}
		return environment;
	}

第二步是创建并配置当前应用的环境（Environment），Environment用于描述应用程序当前的运行环境，其抽象了两方面的内容：1. 配置文件（profile）和属性（properties），我们知道不同的环境（开发环境，测试环境，发布环境）可以使用不同的属性配置，这些属性配置可以从配置文件，环境变量，命令行参数等来源获取。因此，当Environment准备好之后，在整个应用的任何时候，都可以获取这些属性。
所以，第二步的做的事情主要有如下三件：

1. 获取创建的环境（Environment），如果没有则创建，如果是web环境则创建StandardServletEnvironment，如果不是的话则创建StandardEnvironment。
2. 配置环境（Environment）：主要是配置profile和属性properties。
3. 调用SpringApplicationRunListener的environmentPrepared方法，通知事件监听者：应用环境（Environment）已经准备好了。

3.设置SpringBoot应用在启动时输出的Banner。

第三步是设置SpringBoot应用在启动时输出的Banner，默认的Banner如下图所示：

当然我们也可以修改默认的Banner，修改的方法就是在resources下新建一个banner.txt文件,替换掉默认的banner。

4. 根据是否是web项目，来创建不同的ApplicationContext容器

protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
		Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;
		if (contextClass == null) {
				contextClass = Class.forName(this.webEnvironment
						? DEFAULT_WEB_CONTEXT_CLASS : DEFAULT_CONTEXT_CLASS);
			}
		}
		return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiate(contextClass);
	}

第四步是：创建不同的ApplicationContext容器；经过了前面的初始化SpingApplication对象的过程，我们就已经知道了当前应用的环境，那么如果是web应用，则创建AnnotationConfigEmbeddedWebApplicationContext对象，否则创建AnnotationConfigApplicationContext对象。

5. 创建一系列的FailureAnalyzer

	FailureAnalyzers(ConfigurableApplicationContext context, ClassLoader classLoader) {
		this.classLoader = (classLoader == null ? context.getClassLoader() : classLoader);
		this.analyzers = loadFailureAnalyzers(this.classLoader);
		prepareFailureAnalyzers(this.analyzers, context);
	}

第五步是创建FailureAnalyzer的代码如上所示：创建的流程依然是通过SpringFactoriesLoader获取所有的FailureAnalyzer接口的实现类名称，然后创建对应的实例。FailureAnalyzer的作用是用于分析故障并提供相关的诊断信息。

6. 初始化ApplicationContext

前面第四步，我们已经创建好了与本应用环境相匹配的ApplicationContext实例，那么第六步，就是对ApplicationContext进行初始化了。这一步也是比较核心的一步。首先让我们来看看实现逻辑的相关代码：

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context,
			ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners,
			ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) {
		//1. 将准备好的Environment设置给ApplicationContext
		context.setEnvironment(environment);
		postProcessApplicationContext(context);
		//2. 遍历调用所有的ApplicationContextInitializer的  initialize()  方法来对已经创建好的 ApplicationContext 进行进一步的处理。
		applyInitializers(context);
		//3. 调用SpringApplicationRunListeners的 contextPrepared()  方法，通知所有的监听者，ApplicationContext已经准备完毕
		listeners.contextPrepared(context);
		//4. 将applicationArguments实例注入到IOC容器
		context.getBeanFactory().registerSingleton("springApplicationArguments",
				applicationArguments);
		if (printedBanner != null) {
			//5. 将printedBanner实例注入到IOC容器
			context.getBeanFactory().registerSingleton("springBootBanner", printedBanner);
		}
		//6. 加载资源，这里的资源一般是启动类xxxApplication
		Set<Object> sources = getSources();
		//7. 将所有的bean加载到容器中
		load(context, sources.toArray(new Object[sources.size()]));
		//8. 调⽤SpringApplicationRunListener的 contextLoaded()⽅法，通知所有的监听者：ApplicationContext已经装载完毕
		listeners.contextLoaded(context);
	}

如上就是初始化ApplicationContext的主要逻辑,主要有如下逻辑：

1. 将准备好的Environment设置给ApplicationContext
2. 遍历调用所有的ApplicationContextInitializer的 initialize() 方法来对已经创建好的 ApplicationContext 进行进一步的处理。
3. 调用SpringApplicationRunListeners的 contextPrepared() 方法，通知所有的监听者，ApplicationContext已经准备完毕
4. 将applicationArguments实例注入到IOC容器。
5. 将printedBanner实例注入到IOC容器，这个就是第三步生成的Banner的实例。
6. 加载资源，这里的资源一般是启动类xxxApplication
7. 将所有的bean加载到容器中
8. 调⽤SpringApplicationRunListeners的 contextLoaded()⽅法，通知所有的监听者：ApplicationContext已经装载完毕。

7. 调用ApplicationContext的refresh() 方法

第七步就是调用ApplicationContext的refresh() 方法，完成IOC容器的最后一道工序，为何要刷新容器呢？主要就是插手容器的启动。这里的 SpringApplication的 refresh方法最终还是调用到AbstractApplicationContext的refresh方法。
说到AbstractApplicationContext的refresh方法，就要回到我们前面说的Bean的生命周期。一个是BeanFactoryProcessor接口，用于插手容器的初始化。另外一个是BeanPostProcessor接口，用于插手Bean的实例化。

8.查找当前context中是否注册

查找当前context中是否注册有CommandLineRunner和ApplicationRunner,
如果有则遍历执行它们。

9.执行所有SpringApplicationRunListener的finished() 方法

对run方法的断点调试

1. 1.5.8 版本的
   
2. 2.1.3 版本的
   

总结

这就是Spring Boot的整个启动流程，其核⼼就是在Spring容器初始化并启动的基础上加⼊各种扩展点，这些扩展点包括：
ApplicationContextInitializer、ApplicationListener以及各种BeanFactoryPostProcessor等等。你对整个流程的细节不必太过关注，你只要理解这些扩展点是在何时如何⼯作的，能让它们为你所⽤即可。

作者：码农飞哥

微信公众号：码农飞哥