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Spring Boot 启动原理的核心机制

news 2025/5/9 6:50:43

一、核心启动流程概览

Spring Boot 的启动流程可概括为 7 个关键阶段：

1. 加载启动类 (Main Class)
2. 初始化 SpringApplication 实例
3. 加载配置 & 准备环境 (Environment)
4. 创建 ApplicationContext（容器）
5. 刷新容器（核心：Bean 的加载与初始化）
6. 执行 Runner 接口（ApplicationRunner/CommandLineRunner）
7. 启动嵌入式 Web 服务器（如 Tomcat 或 Netty）

二、详细流程解析

1. 启动入口：`main()` 方法

触发点：执行 SpringApplication.run(Application.class, args)。

@SpringBootApplication
public class MyApplication {public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(MyApplication.class, args);}
}

作用：初始化 Spring 容器并启动应用。
关键类：SpringApplication。

2. `SpringApplication` 的初始化

核心步骤：

推断应用类型：根据类路径决定是 Web 应用（Servlet、Reactive）还是普通应用。
**加载 SpringApplicationInitializer**：通过 SpringFactoriesLoader 加载所有 META-INF/spring.factories 中注册的初始化器。
**加载 ApplicationListener**：加载事件监听器（如 ConfigFileApplicationListener 读取配置文件）。
推断主配置类：通过 main() 方法的启动类作为主配置源。

3. 环境准备（Environment）

关键操作：

合并配置源：加载默认配置、命令行参数、application.properties/application.yml。
配置 Profiles：激活指定的环境配置（如 dev, prod）。
**触发 ApplicationEnvironmentPreparedEvent**：通知所有环境准备好的监听器。

代码示例：

// SpringApplication.java
ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);

4. 创建 ApplicationContext

根据应用类型创建容器：

Web 应用（Servlet）：创建 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext。
Web 应用（Reactive）：创建 AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext。
非 Web 应用：创建 AnnotationConfigApplicationContext。

关键过程：

通过反射实例化容器。
注册启动类（主配置类）到容器。

5. 容器刷新（核心阶段）

调用 AbstractApplicationContext#refresh() 方法：

准备阶段：设置容器 ID、初始化属性源。
解析配置类：通过 ConfigurationClassPostProcessor 处理 @ComponentScan、@Import 等注解。
**执行 BeanFactoryPostProcessor**：例如处理 @ConfigurationProperties 或自定义配置。
注册并实例化 Bean：
- Spring Boot 自动配置：加载所有 META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports 中的自动配置类（如 DataSourceAutoConfiguration）。
- 使用 @Conditional 系列注解（如 @ConditionalOnClass）决定是否创建 Bean。
初始化单例 Bean：触发 @PostConstruct 方法和 InitializingBean 接口。
启动嵌入式服务器：如果是 Web 应用，触发 ServletWebServerApplicationContext#onRefresh() 以启动 Tomcat/Jetty 等服务器。

代码示例：

// SpringApplication.java
refreshContext(context); // 触发 refresh()

6. 执行 Runner 接口

执行顺序：

ApplicationRunner 的 run() 方法。
CommandLineRunner 的 run() 方法。

用途：用于在应用启动后执行自定义逻辑（如初始化缓存、连接外部服务）。

7. 启动完成

触发事件：ApplicationReadyEvent，标志应用已就绪。

三、自动配置（Auto-configuration）原理

1. 触发条件

依赖触发：项目的类路径中是否存在特定类（如 DataSource.class）。
配置触发：application.properties 中的属性是否匹配。

2. 实现机制

**@EnableAutoConfiguration 注解**：开启自动配置。
**spring.factories 文件**：在 spring-boot-autoconfigure.jar 中定义所有自动配置类。

条件化注解：

@ConditionalOnClass({ DataSource.class, EmbeddedDatabaseType.class })
@ConditionalOnMissingBean(DataSource.class)
public class DataSourceAutoConfiguration { /* ... */ }

3. 自动配置类示例

@Configuration
@ConditionalOnWebApplication(type = Type.SERVLET) // 条件判断
@ConditionalOnClass(DispatcherServlet.class)
@AutoConfigureOrder(Ordered.HIGHEST_PRECEDENCE)
public class DispatcherServletAutoConfiguration {@Beanpublic DispatcherServlet dispatcherServlet() {return new DispatcherServlet();}
}

四、嵌入式 Web 服务器启动

流程：

检测依赖：如 spring-boot-starter-web 包含 Tomcat。
创建 WebServer：在容器刷新阶段调用 ServletWebServerApplicationContext#onRefresh()。
初始化 Servlet 容器：加载 DispatServlet 并注册到 ServletContext。
监听端口：默认启动在 8080 端口。

关键类：

TomcatServletWebServerFactory（Tomcat 实现）。
NettyReactiveWebServerFactory（Netty 实现）。

五、核心流程图解

+----------------+       +--------------------+       +-------------------+
| main()方法启动  | -->   | SpringApplication  | -->   | 加载配置 & 环境准备 |
+----------------+       +--------------------+       +-------------------+|                            |v                            v+----------------------+       +--------------------+| 创建 ApplicationContext | --> | refresh() 容器刷新  |+----------------------+       +--------------------+|                            |v                            v+----------------------+       +--------------------+| 执行 Runner 接口逻辑  | <-- | 启动嵌入式 Web 服务器  |+----------------------+       +--------------------+

六、调试与扩展

1. 调试启动流程

添加启动参数：--debug 参数打印自动配置的条件评估报告。
监控事件：实现 ApplicationListener 监听不同阶段事件（如 ApplicationStartingEvent）。

2. 自定义扩展

自定义 Starter：
1. 创建 META-INF/spring.factories 文件。
2. 定义自动配置类（使用 @Conditional 注解）。

覆盖默认配置：

@Bean
@ConditionalOnMissingBean // 覆盖默认 Bean
public DataSource myDataSource() { return new CustomDataSource(); }

七、常见问题

问题	解决方案
Bean 冲突导致启动失败	使用 `@Primary` 注解指定主 Bean，或在配置类中使用 `@ConditionalOnMissingBean`
端口被占用	修改 `server.port` 属性或在命令行指定 `--server.port=8081`
自动配置未生效	检查类路径是否存在触发自动配置的依赖，并确保没有手动排除自动配置类