SpringBoot启动原理

静儿

发布于 2020-11-13 10:49:51

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发布于 2020-11-13 10:49:51

背景

1> 大家都知道SpringBoot是通过main函数启动的，这里面跟踪代码到处都没有找到while(true)，为什么启动后可以一直跑？

2> SpringBoot默认使用tomcat作为web容器。大家也可以通过在pom文件中exclusion掉tomcat，denpendency jetty 的方法来使用jetty。那SpringBoot是怎么做到在不同web容器之间切换的呢？

3> 传统的web容器比如jetty本质上是直接通过java start.jar 来启动，之后来加载spring上下文的，SpringBoot通过main函数是怎么来启动web容器的呢？

本文就这三个问题展开论述。

问题1分析

问题1很简单，启动后一直跑是因为启动了线程池。原理就是有非deamon的线程在跑。Java虚拟机规范定义要等所有用户线程都运行完才会退出。

所以这个原理就和下面启动线程池一样

程序员修炼之道教我们：不要假定，要证明。虽然jetty使用线程池是常识，我们也来跟踪下源码，看看线程池是在哪里初始化的：

org.springframework.boot.web.embedded.jetty.JettyServletWebServerFactory类里，创建Server的使用使用线程池作为初始化参数。然后创建了socket连接来监听端口。（对于socket连接有之前没接触过的，可以自己查一下。建议动手实践。《Java异常处理总结》这篇文章里有不错的简单小例子可以实操下。）

到这里，大家应该都明白了为什么启动后一直不停。但是又有疑问了：JettyServletWebServerFactory是个什么东东？

问题2分析

关于问题2，我们写个最简单的类来debug一下：

进入SpringAppication.run的源码可以看到，里面创建了一个context，默认是AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext。一初始化，在Bean定义里就加载了spring开天辟地的5个Bean。

继续向下执行走到AbstractApplicationContext的refresh方法，执行到onRefresh时，你进入方法里发现实际上执行的是

ServletWebServerApplicationContext的onFresh

这里面实际只做了一件事：创建web服务。

进入这个方法，debug到getWebServerFactory

来看一下：

获取的正式JettyServletWebServerFactory。为啥不是TomcatServlet呢？ServletWebServerFactoryAutoConfiguration的源码很好的说明了这个问题。源码的大意是当tomcat依赖存在就用tomcat，不然就按顺序找jetty存不存在，不存在再找Undertow存不存在。找到了就返回这个bean作为Servlet的工厂类。

@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);
            }

        }
    }
}

至此第二个问题也真相大白。

问题3分析

第三个问题是传统的web容器比如jetty本质上是直接通过java start.jar 来启动，之后来加载spring上下文的，SpringBoot通过main函数是怎么来启动web容器。

这个问题在前面问题分析过程中也给了很多线索。我们来回顾下：SpringApplication.run里会创建Spring的应用上下文，默认是AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext。首先会加载Spring开天辟地的5个Bean。然后它初始化各种Bean工厂。

SpringBoot在ServletWebServerApplicationContext中重载了onRefresh方法，除了以前Spring默认的onRefresh方法外还增加了createWebServer方法，在这个方法中对Web容器进行了初始化工作。

<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>

因为选择servlet容器是类似于使用基于条件的注解方式。因为当exclusion掉tomcat后，只有jetty满足条件，所以会加载JettyServletWebServerFactory。

通过getWebServer方法会new一个WebServer对象，new对象的方法会调用initialize方法，在这个方法中会对容器进行初始化并启动。

而容器启动的基本原理就是创建个线程池和网络套接字。用线程去处理套接字读写的内容。

总结

文本用带有少许说明的三个问题开场展开论述，实际是使用了麦肯锡大法中的SCQA架构。

SCQA架构是金字塔模型里面突出的一个论述方法，即“情境（Situation）、冲突（Complication）、问题（Question）、答案（Answer）”。可以帮助我们在陈述事实时条理更为清晰、有效。

SCQA其实只是麦肯锡做了总结。这个方法李清照都在用：

昨夜雨疏风骤，浓睡不消残酒（情境）

试问卷帘人，却道海棠依旧（冲突）

知否，知否（问题）

应是绿肥红瘦（答案）

文章正文看似一步步回答问题，实际上在讲述怎样去看spring源码，了解spring原理的一个过程。即：带着问题去看，debug跟踪源码验证的方法。