分析SpringBoot的啟動原理

更新時間：2020年09月14日 10:04:33 作者：編程一生

這篇文章主要分析了SpringBoot的啟動原理，幫助大家更好的理解和使用spring boot框架，感興趣的朋友可以了解下

背景

1> 大家都知道SpringBoot是通過main函數啟動的，這里面跟蹤代碼到處都沒有找到while(true)，為什么啟動后可以一直跑？

2> SpringBoot默認使用tomcat作為web容器。大家也可以通過在pom文件中exclusion掉tomcat，denpendency jetty 的方法來使用jetty。那SpringBoot是怎么做到在不同web容器之間切換的呢？

3> 傳統(tǒng)的web容器比如jetty本質上是直接通過java start.jar 來啟動，之后來加載spring上下文的，SpringBoot通過main函數是怎么來啟動web容器的呢？

本文就這三個問題展開論述。

問題1分析

問題1很簡單，啟動后一直跑是因為啟動了線程池。原理就是有非deamon的線程在跑。Java虛擬機規(guī)范定義要等所有用戶線程都運行完才會退出。

所以這個原理就和下面啟動線程池一樣

程序員修煉之道教我們：不要假定，要證明。雖然jetty使用線程池是常識，我們也來跟蹤下源碼，看看線程池是在哪里初始化的：

org.springframework.boot.web.embedded.jetty.JettyServletWebServerFactory類里，創(chuàng)建Server的使用使用線程池作為初始化參數。然后創(chuàng)建了socket連接來監(jiān)聽端口。（對于socket連接有之前沒接觸過的，可以自己查一下。建議動手實踐?！禞ava異常處理總結》這篇文章里有不錯的簡單小例子可以實操下。）

到這里，大家應該都明白了為什么啟動后一直不停。但是又有疑問了：JettyServletWebServerFactory是個什么東東？

問題2分析

關于問題2，我們寫個最簡單的類來debug一下：

進入SpringAppication.run的源碼可以看到，里面創(chuàng)建了一個context，默認是AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext。一初始化，在Bean定義里就加載了spring開天辟地的5個Bean。

繼續(xù)向下執(zhí)行走到AbstractApplicationContext的refresh方法，執(zhí)行到onRefresh時，你進入方法里發(fā)現實際上執(zhí)行的是

ServletWebServerApplicationContext的onFresh

這里面實際只做了一件事：創(chuàng)建web服務。

進入這個方法，debug到getWebServerFactory

來看一下：

獲取的正式JettyServletWebServerFactory。為啥不是TomcatServlet呢？ServletWebServerFactoryAutoConfiguration的源碼很好的說明了這個問題。源碼的大意是當tomcat依賴存在就用tomcat，不然就按順序找jetty存不存在，不存在再找Undertow存不存在。找到了就返回這個bean作為Servlet的工廠類。

@Configuration
@AutoConfigureOrder(-2147483648)
@ConditionalOnClass({ServletRequest.class})
@ConditionalOnWebApplication(
  type = Type.SERVLET
)
@EnableConfigurationProperties({ServerProperties.class})
@Import({ServletWebServerFactoryAutoConfiguration.BeanPostProcessorsRegistrar.class, EmbeddedTomcat.class, EmbeddedJetty.class, EmbeddedUndertow.class})
public class ServletWebServerFactoryAutoConfiguration {
  public ServletWebServerFactoryAutoConfiguration() {
  }

  @Bean
  public ServletWebServerFactoryCustomizer servletWebServerFactoryCustomizer(ServerProperties serverProperties) {
    return new ServletWebServerFactoryCustomizer(serverProperties);
  }

  @Bean
  @ConditionalOnClass(
    name = {"org.apache.catalina.startup.Tomcat"}
  )
  public TomcatServletWebServerFactoryCustomizer tomcatServletWebServerFactoryCustomizer(ServerProperties serverProperties) {
    return new TomcatServletWebServerFactoryCustomizer(serverProperties);
  }

  public static class BeanPostProcessorsRegistrar implements ImportBeanDefinitionRegistrar, BeanFactoryAware {
    private ConfigurableListableBeanFactory beanFactory;
    public BeanPostProcessorsRegistrar() {
    }

    public void setBeanFactory(BeanFactory beanFactory) throws BeansException {
      if (beanFactory instanceof ConfigurableListableBeanFactory) {
        this.beanFactory = (ConfigurableListableBeanFactory)beanFactory;
      }

    }

    public void registerBeanDefinitions(AnnotationMetadata importingClassMetadata, BeanDefinitionRegistry registry) {
      if (this.beanFactory != null) {
        this.registerSyntheticBeanIfMissing(registry, "webServerFactoryCustomizerBeanPostProcessor", WebServerFactoryCustomizerBeanPostProcessor.class);
        this.registerSyntheticBeanIfMissing(registry, "errorPageRegistrarBeanPostProcessor", ErrorPageRegistrarBeanPostProcessor.class);
      }
    }

    private void registerSyntheticBeanIfMissing(BeanDefinitionRegistry registry, String name, Class<?> beanClass) {
      if (ObjectUtils.isEmpty(this.beanFactory.getBeanNamesForType(beanClass, true, false))) {
        RootBeanDefinition beanDefinition = new RootBeanDefinition(beanClass);
        beanDefinition.setSynthetic(true);
        registry.registerBeanDefinition(name, beanDefinition);
      }

    }
  }
}

至此第二個問題也真相大白。

問題3分析

第三個問題是傳統(tǒng)的web容器比如jetty本質上是直接通過java start.jar 來啟動，之后來加載spring上下文的，SpringBoot通過main函數是怎么來啟動web容器。

這個問題在前面問題分析過程中也給了很多線索。我們來回顧下：SpringApplication.run里會創(chuàng)建Spring的應用上下文，默認是AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext。首先會加載Spring開天辟地的5個Bean。然后它初始化各種Bean工廠。

SpringBoot在ServletWebServerApplicationContext中重載了onRefresh方法，除了以前Spring默認的onRefresh方法外還增加了createWebServer方法，在這個方法中對Web容器進行了初始化工作。

<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
  <version>${spring.boot.version}</version>
  <exclusions>
    <exclusion>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-logging</artifactId>
    </exclusion>
    <exclusion>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
    </exclusion>
    <exclusion>
      <groupId>com.fasterxml.jackson.core</groupId>
      <artifactId>jackson-databind</artifactId>
    </exclusion>
  </exclusions>
</dependency>
<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-starter-jetty</artifactId>
  <version>${spring.boot.version}</version>
  <exclusions>
    <exclusion>
      <groupId>org.eclipse.jetty.aggregate</groupId>
      <artifactId>jetty-all</artifactId>
    </exclusion>
  </exclusions>
</dependency>

因為選擇servlet容器是類似于使用基于條件的注解方式。因為當exclusion掉tomcat后，只有jetty滿足條件，所以會加載JettyServletWebServerFactory。

通過getWebServer方法會new一個WebServer對象，new對象的方法會調用initialize方法，在這個方法中會對容器進行初始化并啟動。

而容器啟動的基本原理就是創(chuàng)建個線程池和網絡套接字。用線程去處理套接字讀寫的內容。

總結

文本用帶有少許說明的三個問題開場展開論述，實際是使用了麥肯錫大法中的SCQA架構。

SCQA架構是金字塔模型里面突出的一個論述方法，即“情境（Situation）、沖突（Complication）、問題（Question）、答案（Answer）”?？梢詭椭覀冊陉愂鍪聦崟r條理更為清晰、有效。

SCQA其實只是麥肯錫做了總結。這個方法李清照都在用：

昨夜雨疏風驟，濃睡不消殘酒（情境）

試問卷簾人，渠道海棠依舊（沖突）

知否，知否（問題）

應是綠肥紅瘦（答案）

文章正文看似一步步回答問題，實際上在講述怎樣去看spring源碼，了解spring原理的一個過程。即：帶著問題去看，debug跟蹤源碼驗證的方法。