三分钟了解 SpringBoot 的启动流程

一、前言

背景：最近有位开发同学说面试被问到Spring Boot 的启动流程，以及被问到Spring Boot 的嵌入式Web容器是什么时候加载的。如何加载的。是怎么无缝切换的。

这些问题，其实回答起来也是比较复杂的。我们今天就从 SpringApplication.run(EasyPaasAdminApplication.class, args);入口，逐渐向下看下执行流程。来试着回答一下前面这两个问题。

后面关于SpringBoot 的web容器可以无缝随意切换为jetty,undertow…这个问题的回答涉及到Spring Boot是如何设计WebServer的。我们后续专门讲解一下。

二、执行逻辑梳理

一般我们SpringBoot 应用的启动入口都是如下这种固定的写法，
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也可以是这样

 public static void main(String[] args) {SpringApplication application = new SpringApplication(MyApplication.class);// ... customize application settings hereapplication.run(args)}

跟过来就到这，可以看到注释运行Spring应用程序，创建并刷新一个新的ApplicationContext。
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跟代码到这儿其实我们对于SpringBoot 的基本启动流程已经知道了。但是要解答什么时候启动的Tomcat 还需要继续分析。
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到这儿我们就可以继续下去，发现Spring Boot 启动WebServer。此处的WebServer我就不展开了，可以点击去就三个方法start ，stop，getPort。可以看出来Spring 在设计接口的时候还是很严谨和精简。

我们的核心脉络是梳理SpringBoot 启动过程，并且回答Tomcat 是如何被启动的。
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我们可以看到WebServer 的实现目前内置的有5种。其实Spring Boot 还有一个特性叫做 自动装配。

这就是为什么5个实现，我们最后启动的是Tomcat。此处也不做展开。后面我专门搞一个解析SpringBoot 自动装配的文章。
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我们看一下内部start 的TomcatWebServer的内部实现。了解过Tomcat 源码的同学看到这儿就基本明白了。
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好源码跟进过程我们到此结束，我们整理和总结一下。

通过扫一遍源码我们大概可以总结出来如下三个阶段：

  • 准备阶段 ：Spring Boot 会加载应用程序的初始设置，并创建 Spring Boot 上下文。这个阶段的核心源码是SpringApplication 类的 run() 方法，它会调用 Spring Boot 的各个初始化器进行初始化和准备工作。
  • 应用上下文创建阶段 : Spring Boot 会创建应用程序的上下文，包括各种配置信息、Bean 的加载和初始化等。这个阶段的核心源码是Spring Boot 自动配置机制，通过扫描 classpath 中的配置文件，自动加载和配置各种组件和 Bean。
  • 刷新上下文阶段 ：Spring Boot 会执行各种启动任务，包括创建 Web服务器、加载应用程序的配置、初始化各种组件等。这个阶段的核心源码是 Spring Boot的刷新机制，它会调用各种初始化器和监听器，执行各种启动任务。其中启动Tomcat 就是在这个环节进行。

三、核心源码解析

1、准备阶段

在准备阶段中，Spring Boot 会加载应用程序的初始设置，并创建 Spring Boot 上下文。这个阶段的核心源码是 SpringApplication 类的 run() 方法，它会调用 Spring Boot 的各个初始化器进行初始化和准备工作。

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {// 启动计时器StopWatch stopWatch = new StopWatch();stopWatch.start();// 定义应用程序上下文和异常报告器列表ConfigurableApplicationContext context = null;Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();// 配置 Headless 属性configureHeadlessProperty();// 获取 Spring Boot 启动监听器SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);// 执行启动监听器的 starting 方法listeners.starting();try {// 解析命令行参数ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);// 准备应用程序环境ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);// 配置忽略 BeanInfoconfigureIgnoreBeanInfo(environment);// 打印 BannerBanner printedBanner = printBanner(environment);// 创建应用程序上下文context = createApplicationContext();// 获取异常报告器,关于异常报告，我下次专门讲一下SpringBoot 的异常收集器。exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class, new Class[]{ConfigurableApplicationContext.class}, context);// 准备应用程序上下文prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);// 刷新应用程序上下文refreshContext(context);// 刷新后操作afterRefresh(context, applicationArguments);// 停止计时器stopWatch.stop();// 记录启动日志if (this.logStartupInfo) {new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass).logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);}// 执行启动监听器的 started 方法listeners.started(context);// 执行 RunnercallRunners(context, applicationArguments);} catch (Throwable ex) {// 处理启动失败handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);throw new IllegalStateException(ex);}try {// 执行启动监听器的 running 方法listeners.running(context);} catch (Throwable ex) {// 处理启动失败handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);throw new IllegalStateException(ex);}// 返回应用程序上下文return context;}

在 run() 方法中，Spring Boot 首先会创建一个 StopWatch 对象，用于记录整个启动过程的耗时。然后，Spring Boot 会调用 getRunListeners(args) 方法获取 Spring Boot 的各个启动监听器，并调用starting() 方法通知这些监听器启动过程已经开始。接着调用 prepareEnvironment(listeners, applicationArguments) 方法创建应用程序的环境变量。

这个方法会根据用户的配置和默认设置创建一个 ConfigurableEnvironment对象，并将其传给后面的 createApplicationContext() 方法。printBanner(environment) 方法打印启动界面的 Banner，调用 refreshContext(context)方法刷新上下文。这个方法会启动上下文，执行各种启动任务，包括创建 Web 服务器、加载应用程序的配置、初始化各种组件等。具体的启动任务会在刷新上下文阶段中进行。

2、应用上下文创建阶段

在应用上下文创建阶段中，Spring Boot 会创建应用程序的上下文，包括各种配置信息、Bean 的加载和初始化等。这个阶段的核心源码是 Spring Boot 自动配置机制，通过扫描 classpath 中的配置文件，自动加载和配置各种组件和 Bean。

protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;if (contextClass == null) {try {switch (this.webApplicationType) {case SERVLET:contextClass = Class.forName(DEFAULT_SERVLET_WEB_CONTEXT_CLASS);break;case REACTIVE:contextClass = Class.forName(DEFAULT_REACTIVE_WEB_CONTEXT_CLASS);break;default:contextClass = Class.forName(DEFAULT_CONTEXT_CLASS);}}catch (ClassNotFoundException ex) {throw new IllegalStateException("Unable to create a default ApplicationContext, " +"please specify an ApplicationContextClass", ex);}}return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);
}

在 createApplicationContext() 方法中，Spring Boot 首先会判断应用程序的类型，如果是 Web 应用程序，则会创建一个 WebApplicationContext；否则，会创建一个普通的 ApplicationContext。调用 BeanUtils.instantiateClass(contextClass) 方法创建应用程序的上下文。这个方法会根据上面的逻辑创建一个相应的 ApplicationContext。调用 load() 方法加载应用程序的配置。

这个方法会扫描 classpath 中的各种配置文件，例如 application.properties、application.yml、META-INF/spring.factories 等，自动配置各种组件和 Bean。调用 postProcessApplicationContext() 方法对应用程序的上下文进行后处理。这个方法会调用各种初始化器和监听器，执行各种初始化任务。

3、刷新上下文阶段

在刷新上下文阶段中，Spring Boot 会执行各种启动任务，包括创建 Web 服务器（刚才我们跟源码的时候也看到了，如上我的截图）、加载应用程序的配置、初始化各种组件等。这个阶段的核心源码是 Spring Boot 的刷新机制，它会调用各种初始化器和监听器，执行各种启动任务。

protected void refreshContext(ConfigurableApplicationContext applicationContext) {refresh(applicationContext);if (this.registerShutdownHook) {try {applicationContext.registerShutdownHook();}catch (AccessControlException ex) {// Not allowed in some environments.}}
}

在 refreshContext() 方法中调用 refresh(applicationContext) 方法刷新上下文。这个方法是 ApplicationContext 接口的核心方法，会启动上下文，执行各种启动任务。调用 registerShutdownHook() 方法注册应用程序的关闭钩子。这个方法会在应用程序关闭时自动执行，清理资源、关闭线程等,所以我们利用此特性在服务关闭的时候清理一些资源。并向外部发送告警通知。

在 refresh(applicationContext) 方法中，Spring Boot 会执行上下文的各种启动任务，包括创建 Web 服务器、加载应用程序的配置、初始化各种组件等。具体的启动任务会调用各种初始化器和监听器，例如：

for (ApplicationContextInitializer<?> initializer : getInitializers()) {initializer.initialize(applicationContext);
}

另外，Spring Boot 还会调用各种监听器，我们不做赘述，例如：

for (ApplicationListener<?> listener : getApplicationListeners()) {if (listener instanceof SmartApplicationListener) {SmartApplicationListener smartListener = (SmartApplicationListener) listener;if (smartListener.supportsEventType(eventType)&& smartListener.supportsSourceType(sourceType)) {invokeListener(smartListener, event);}}else if (supportsEvent(listener, eventType)) {invokeListener(listener, event);}
}

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