好久没写博客了，这两天跟教授聊天，提到开始用spring boot，教授问我一系列问题，很多都没有回答上来，此篇博文总结下这两天关于Spring boot工作原理的学习

—Eddie Lee

Spring

Spring 可以说构成了Java之所以这么流行的核心原因，那Spring的核心，两个最为核心的就是IOC（控制反转）与AOP（动态代理）。

IOC

那么什么是IOC，原本我们在一个类（A）依赖另一个类（B）的时候，需要在使用类（A类）的类new出来（B类），那么这个操作，耦合度非常高，如果哪天我们不用那个类（B），改用类（C），那么所有原本依赖（B）的类都要改。

那IOC是怎么实现的控制反转呢。
一种是DI（dependency injection,依赖注入），另一种是DL（dependency lookup，依赖查找）

第一种是主动注入，另一种是当需要的时候去查找依赖。
通常context.getBean(...)这种方式就是DL，去找依赖，而@Autowired是依赖注入（DI）

AOP

AOP面向切面编程其实说白了，就是封装了多个类的公共行为到一个可重用模块
AOP是通过Java的动态代理机制来实现的，通过配置和注解的方式，让Spring找到需要被代理的类，然后动态代理这个类，实现在方法，类等执行之前，和之后做的增强操作，一般用于权限，缓存，调试，记录跟踪，错误处理等。

Spring Annotation

@Configuration
任何一个标注了@Configuration的Java类定义都是一个JavaConfig配置类。包括SpringBoot的@SpringBootApplicaton,里面也是包含了一个@Configuration,所以Spring Boot的启动类，也是一个JavaConfig。

@Bean
任何一个标注了@Bean的方法，其返回值将作为一个bean定义注册到Spring的IOC容器，方法名将默认成为该Bean定义的id。

@ComponentScan
用于配合一些元信息Java annotation，比如@Component和@Repository等，将标注了这些元信息annotation的bean定义类批量采集到spring的IOC容器中。可以通过basePackages等属性来细粒度地定制@ComponentScan自动扫描的范围，如果不指定，则默认spring框架实现会从声明@ComponentScan所在类的package进行扫描。

@PropertySource与@PropertySources

@PropertySource用于从某些地方加载*.properties文件内容，并将其中的属性加载到IOC容器中，便于填充一些bean定义属性的占位符。

@Import与@ImportResource

@Import负责引入JavaConfig形式定义的IOC容器配置，如果有一些遗留的配置或者遗留系统需要以xml的形式来配置（比如dubbo框架），我们依然可以通过@ImportResource将它们一起合并到当前JavaConfig配置的容器中。

Spring IOC启动

Spring IOC容器的依赖注入工作可以分为两个阶段：

收集和注册
- 第一个阶段可以认为是构建和收集bean定义的阶段，在这个阶段，我们可以通过xml或者Java代码的方式定义一些bean，然后通过手动组装或者让容器基于某些机制自动扫描的方式，将这些bean定义收集到ioc容器中。
- IOC 底层其实是一个Map，把所有的Bean加载到这个Map当中，根据相关机制获取，如果找不到，就会抛出异常，如果配置或bean加载出错，也会在容器启动时报错
分析和组装
- 当第一个阶段完成后，底层Map容器中有一个个Bean，暂时它们之间是没有什么关系的，第二阶段要做的，就是分析Bean里面的关系，把它们组合起来，达到可用的状态

默认情况下（无单独配置），Spring加载的Bean对象都是单例模式，每次被注入或者被查找，都是同一个对象（hashCode相同）

Spring Boot

SpringBoot并不是对Spring Web框架进行颠覆，而是不同的bean互相作用，如果我们把Spring想象成人体，把Bean当做细胞的话，那么正是不同种类bean的相互协作才使得spring这个大工厂正常运行，有些bean做管理工作，有些bean为其它bean服务，有些bean生产其它bean，通过协作完成功能，而SpringBoot则是有默认约定，帮助完成了大部分Bean的配置，大量简化了需要开发人员编写的配置项。Spring Boot并不是对原有Spring框架的颠覆，而是基于原有功能的一次进化。

一个典型的Spring Boot项目，就是有一个由@SpringBootApplication注释的main函数
进入到@SpringBootApplication，会发现里面有

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@SpringBootConfiguration //核心
@EnableAutoConfiguration //核心
@ComponentScan(excludeFilters = {@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class)}) //核心
public @interface SpringBootApplication {
    ...
}

@EnableAutoConfiguration作为一个复合annotation，其中最关键的要属@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)，借助AutoConfigurationImportSelector，@EnableAutoConfiguration可以帮助springboot应用将所有符合条件的@Configuration配置都加载到当前Spring Boot创建并使用的IOC容器，就跟一只八爪鱼一样。
AutoConfigurationImportSelector借助spring框架原有的一个工具类SpringFactoriesLoader的支持，@EnableAutoConfiguration可以智能地完成自动配置。

配合@EnableAutoConfiguration使用的话，它更多是提供一种配置查找的功能支持，即根据@EnableAutoConfiguration的完整类名org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration作为查找的Key，获取对应的一组@Configuration类。
所以，@EnableAutoConfiguration自动配置就变成了: 从classpath中搜寻所有的META-INF/spring.factories配置文件，并将其中org.springframework.boot.autoconfigure.EnableutoConfiguration对应的配置项通过反射（Java Refletion）实例化为对应的标注了@Configuration的JavaConfig形式的IoC容器配置类，然后汇总为一个并加载到IoC容器。

SpringFactoriesLoader主要功能是从指定的配置文件META-INF/spring.factories加载配置，spring.factories是一个典型的Java properties文件，配置的格式为key=value形式，只不过key和value都是Java类型的完整类型。

那么，既然Spring Boot的启动项也被`@SpringBootConfiguration`注释了，那么说明这也是一个配置类。

Spring Boot最强的地方，在于约定大于配置，所谓开箱即用，那么，约定是怎么做的呢？

Spring Boot AutoConfig类里面，默认编写了很多配置类，实现约定的核心就是，Boot导入这些配置，变成Bean对象
那么Spring Boot的启动顺序就应该是：

如果我们使用的是SpringApplication的静态run方法，那么，这个方法里面首先要创建一个SpringApplication对象实例，然后调用这个创建好的SpringApplication的实例方法。在SpringApplication实例初始化的时候，它会提前做几件事情：
- 根据classpath里面是否存在某个特征类org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext来决定是否应该创建一个为Web应用使用的ApplicationContext类型。
- 使用SpringFactoriesLoader在应用的classpath中查找并加载所有可用的ApplicationContextInitializer。
- 使用SpringFactoriesLoader在应用的classpath中查找并加载所有可用的ApplicationListener。
- 推断并设置main方法的定义类。
SpringApplication实例初始化完成并且完成设置后，就开始执行run方法的逻辑了，方法执行伊始，首先遍历执行所有通过SpringFactoriesLoader可以查找到并加载的SpringApplicationRunListener。调用它们的started()方法，告诉这些SpringApplicationRunListener，“嘿，SpringBoot应用要开始执行咯！”。
- 创建并配置当前Spring Boot应用将要使用的Environment（包括配置要使用的PropertySource以及Profile）。
- 遍历调用所有SpringApplicationRunListener的environmentPrepared()的方法，告诉他们：“当前SpringBoot应用使用的Environment准备好了咯！”。
- 如果SpringApplication的showBanner属性被设置为true，则打印banner。
- 根据用户是否明确设置了applicationContextClass类型以及初始化阶段的推断结果，决定该为当前SpringBoot应用创建什么类型的ApplicationContext并创建完成，然后根据条件决定是否添加ShutdownHook，决定是否使用自定义的BeanNameGenerator，决定是否使用自定义的ResourceLoader，当然，最重要的，将之前准备好的Environment设置给创建好的ApplicationContext使用。
- ApplicationContext创建好之后，SpringApplication会再次借助Spring-FactoriesLoader，查找并加载classpath中所有可用的ApplicationContext-Initializer，然后遍历调用这些ApplicationContextInitializer的initialize（applicationContext）方法来对已经创建好的ApplicationContext进行进一步的处理。
- 遍历调用所有SpringApplicationRunListener的contextPrepared()方法。
- 最核心的一步，将之前通过@EnableAutoConfiguration获取的所有配置以及其他形式的IoC容器配置加载到已经准备完毕的ApplicationContext。
- 遍历调用所有SpringApplicationRunListener的contextLoaded()方法。
- 调用ApplicationContext的refresh()方法，完成IoC容器可用的最后一道工序。
- 遍历调用所有SpringApplicationRunListener的contextLoaded()方法。
- 查找当前ApplicationContext中是否注册有CommandLineRunner，如果有，则遍历执行它们。
- 正常情况下，遍历执行SpringApplicationRunListener的finished()方法、（如果整个过程出现异常，则依然调用所有SpringApplicationRunListener的finished()方法，只不过这种情况下会将异常信息一并传入处理）

Spring Boot总结

启动：
每个SpringBoot程序都有一个主入口，也就是main方法，main里面调用SpringApplication.run()启动整个spring-boot程序，该方法所在类需要使用@SpringBootApplication注解，以及@ImportResource注解(if need)，@SpringBootApplication包括三个注解，功能如下：

@EnableAutoConfiguration SpringBoot根据应用所声明的依赖来对Spring框架进行自动配置。
@SpringBootConfiguration(内部为@Configuration) 被标注的类等于在spring的XML配置文件中(applicationContext.xml)，装配所有bean事务，提供了一个spring的上下文环境。
@ComponentScan：组件扫描，可自动发现和装配Bean，默认扫描SpringApplication的run方法里的Booter.class所在的包路径下文件，所以最好将该启动类放到根包路径下。

run方法中去创建了一个SpringApplication实例，在该构造方法内，我们可以发现其调用了一个初始化的initialize方法
主要是为SpringApplication对象赋一些初值。构造函数执行完毕后，我们回到run方法

创建了应用的监听器SpringApplicationRunListeners并开始监听
加载Spring Boot配置环境ConfigurableEnvironment，如果是通过web容器发布，会加载StandardEnvironment，其最终也是继承了ConfigurableEnvironment*Environment最终都实现了PropertyResolver接口，我们平时通过environment对象获取配置文件中指定Key对应的value方法时，就是调用了propertyResolver接口的getProperty方法
配置环境Environment加入到监听器对象中SpringApplicationRunListeners
创建run方法的返回对象：ConfigurableApplicationContext(应用配置上下文)，我们可以看一下创建方法
- 方法会先获取显式设置的应用上下文applicationContextClass，如果不存在，再加载默认的环境配置（通过是否是web environment判断），默认选择AnnotationConfigApplicationContext注解上下文（通过扫描所有注解类来加载bean），最后通过BeanUtils实例化上下文对象，并返回。

ConfigurableApplicationContext 的继承树中实现了LifeCycle和ApplicationContext：
LifeCycle：生命周期类，定义了start启动、stop结束、isRunning是否运行中等生命周期空值方法
ApplicationContext：应用上下文类，其主要继承了beanFactory(bean的工厂类)

回到run方法内，prepareContext方法将listeners、environment、applicationArguments、banner等重要组件与上下文对象关联
接下来的refreshContextcontext方法(初始化方法如下)将是实现spring-boot-starter-(mybatis、redis...)自动化配置的关键，包括spring.factories的加载，bean的实例化等核心工作。

配置结束后，Spring Boot做了一些基本的收尾工作，返回了应用环境上下文。回顾整体流程，Spring Boot的启动，主要创建了配置环境(environment)、事件监听(listeners)、应用上下文(applicationContext)，并基于以上条件，在容器中开始实例化我们需要的Bean，至此，通过Spring Boot启动的程序已经构造完成，接下来我们来探讨自动化配置是如何实现。

自动配置

之前的启动结构中，我们注意到无论是应用初始化还是具体的执行过程，都调用了Spring Boot自动配置模块。

该配置模块的主要使用到了SpringFactoriesLoader，即Spring工厂加载器，该对象提供了loadFactoryNames方法，入参为factoryClass和classLoader，即需要传入上图中的工厂类名称和对应的类加载器，方法会根据指定的classLoader，加载该类加器搜索路径下的指定文件，即spring.factories文件，传入的工厂类为接口，而文件中对应的类则是接口的实现类，或最终作为实现类，所以文件中一般为如下图这种一对多的类名集合，获取到这些实现类的类名后，loadFactoryNames方法返回类名集合，方法调用方得到这些集合后，再通过反射获取这些类的类对象、构造方法，最终生成实例。

mybatis-spring-boot-starter、spring-boot-starter-web等组件的META-INF文件下均含有spring.factories文件，自动配置模块中，SpringFactoriesLoader收集到文件中的类全名并返回一个类全名的数组，返回的类全名通过反射被实例化，就形成了具体的工厂实例，工厂实例来生成组件具体需要的bean。

之前我们提到了EnableAutoConfiguration注解，关注他的类图
可以发现其最终实现了ImportSelector(选择器)和BeanClassLoaderAware(bean类加载器中间件)，重点关注一下AutoConfigurationImportSelector的selectImports方法。

@Override
	public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
		if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
			return NO_IMPORTS;
		}
		AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader
				.loadMetadata(this.beanClassLoader);
		AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);
		List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata,
				attributes);
		configurations = removeDuplicates(configurations);
		Set<String> exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);
		checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
		configurations.removeAll(exclusions);
		configurations = filter(configurations, autoConfigurationMetadata);
		fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
		return StringUtils.toStringArray(configurations);
	}

该方法在Spring Boot启动流程——bean实例化前被执行，返回要实例化的类信息列表。我们知道，如果获取到类信息，spring自然可以通过类加载器将类加载到jvm中，现在我们已经通过spring-boot的starter依赖方式依赖了我们需要的组件，那么这些组建的类信息在select方法中也是可以被获取到的，不要急我们继续向下分析。

该方法中的getCandidateConfigurations方法，通过方法注释了解到，其返回一个自动配置类的类名列表，方法调用了loadFactoryNames方法，查看该方法

protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata,
			AnnotationAttributes attributes) {
		List<String> configurations = SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(
				getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(), getBeanClassLoader());
		Assert.notEmpty(configurations,
				"No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories. If you "
						+ "are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
		return configurations;
}

在上面的代码可以看到自动配置器会根据传入的factoryClass.getName()到项目系统路径下所有的spring.factories文件中找到相应的key，从而加载里面的类。我们就选取这个mybatis-spring-boot-autoconfigure下的spring.factories文件

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# Auto Configure
org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
org.mybatis.spring.boot.autoconfigure.MybatisAutoConfiguration

进入org.mybatis.spring.boot.autoconfigure.MybatisAutoConfiguration中，主要看一下类头：

@org.springframework.context.annotation.Configuration
@ConditionalOnClass({ SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class })
@ConditionalOnBean(DataSource.class)
@EnableConfigurationProperties(MybatisProperties.class)
@AutoConfigureAfter(DataSourceAutoConfiguration.class)
public class MybatisAutoConfiguration

发现Spring的@Configuration，俨然是一个通过注解标注的springBean，继续向下看，

@ConditionalOnClass({ SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class})这个注解的意思是：当存在SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class这两个类时才解析MybatisAutoConfiguration配置类，否则不解析这一个配置类，make sence，我们需要mybatis为我们返回会话对象，就必须有会话工厂相关类。

@CondtionalOnBean(DataSource.class)：只有处理已经被声明为bean的dataSource。

@ConditionalOnMissingBean(MapperFactoryBean.class)这个注解的意思是如果容器中不存在name指定的bean则创建bean注入，否则不执行（该类源码较长，篇幅限制不全粘贴）

以上配置可以保证sqlSessionFactory、sqlSessionTemplate、dataSource等mybatis所需的组件均可被自动配置，@Configuration注解已经提供了Spring的上下文环境，所以以上组件的配置方式与Spring启动时通过mybatis.xml文件进行配置起到一个效果。通过分析我们可以发现，只要一个基于SpringBoot项目的类路径下存在SqlSessionFactory.class, SqlSessionFactoryBean.class，并且容器中已经注册了dataSourceBean，就可以触发自动化配置，意思说我们只要在maven的项目中加入了mybatis所需要的若干依赖，就可以触发自动配置，但引入mybatis原生依赖的话，每集成一个功能都要去修改其自动化配置类，那就得不到开箱即用的效果了。所以Spring-boot为我们提供了统一的starter可以直接配置好相关的类，触发自动配置所需的依赖(mybatis)如下：

这里是截取的mybatis-spring-boot-starter的源码中pom.xml文件中所有依赖：

<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-jdbc</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.mybatis.spring.boot</groupId>
<artifactId>mybatis-spring-boot-autoconfigure</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.mybatis</groupId>
<artifactId>mybatis</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.mybatis</groupId>
<artifactId>mybatis-spring</artifactId>
</dependency>
</dependencies>

可以看到其中mybatis-spring-boot-autoconfigure就是配置文件，实现开箱即用

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# Auto Configure
org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
org.mybatis.spring.boot.autoconfigure.MybatisAutoConfiguration

Spring Boot Operational Principle