【Spring Boot】夺名连环问（持续更新ing）

Spring的了解与特性

  • 简单介绍：快速开发Spring项目的脚手架。简化Spring应用的初始搭建以及开发过程。

  • 特性

    • 提供了很多内置的Starter结合自动配置，对主流框架的无配置集成、开箱即用。即不需要自己去引入很多依赖。

    • 并且管理了常用的第三方依赖的版本，减少了版本冲突的问题。

    • 简化开发，采用JavaConfig的方式可以使用0xml方式进行开发。

    • 内置Web容器无需依赖外部Web服务器，省略了Web.xml，直接运行就使Web应用。

    • 提供了监控功能，可以监控应用程序的运行状态、内存、线程池、HTTP请求统计等。

Spring与SpringBoot的关系

  • 两者都是Spring生态的产品

  • 前者是容器框架，后者是一个快速开发Spring的脚手架（真正意义上不算新的框架）

核心注解

  • @SpringBootApplication

    • @SpringBootConfiguration（标记为配置类的注解）

      • @Configuration

    • @EnableAutoConfiguration：向Spring容器中导入了一个Selector，用来加载ClassPath下SpringFactories中所定义的配置类，将这些自动加载为配置Bean。

    • @Conditional（待补充）

自动配置原理

  • 通过@SpringBootApplication中的@EnableAutoConfiguration

  • @EnableAutoConfiguration引入了@Import

  • 在Spring容器启动时会加载IoC容器解析@Import注解

  • @Import导入了@DeferredImportSeletor注解，会使SpringBoot的自动配置类的顺序在最后，方便扩展的覆盖

  • 读取META-INF/spring.factories文件

  • 过滤出所有的AutoConfigurationClass类型的类

  • 最后通过@Condition排除无效的自动配置类

为什么SpringBoot的jar可以直接运行

  • 部署SpringBoot的插件才能将package后的jar包使用：java -jar packageName运行

    • 也就是在pom.xml中要有<build>中的<plugins>中<plugin>的spring-boot-maven-plugin。如果没有这个插件在运行命令的时候会报没有主清单属性。

  • 使用插件打包后生成的其实是一个Fat jar（也就是jar包中还有jar包），包含了应用依赖的jar包和Spring Boot Loader相关的类。 

  • java - jar会去找jar中的MANIFEST.MF文件，在那里面找到真正的启动类（Main-Class）。

  • Fat jar的启动Main函数是JarLauncher，它负责创建一个LaunchedURLClassLoader加载boot-lib下面的jar，并以一个新的线程启动应用Main函数（其实就是找到MANIFEST中的Start-Class）。

  • 当然，为了去验证此说法，就需要引入依赖从而去看JarLauncher中的源码，引入此依赖后再package就可以查看源码了。

    <dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-loader</artifactId>
</dependency>

启动原理

  • 运行主启动类的main方法，会初始化SpringApplication，从spring.factories读取listener ApplicationContextInitializer。此primarySources就是当前SpringBoot项目的class文件。

  • 在初始化SpringApplication中对一些属性的初始化，比如开启日志记录、关闭懒加载等等。不同版本的Boot在初始化的时候不一样，主要是最下面的七行。以下讲解最下面五行的作用。就不根据源码展示了。

    • 将启动类primarySources放入到名为primartSrouces的LinkedHashSet集合中

    • 推算当前Web应用类型webApplicationType

    • 读取ApplicationContextInitializer初始化器

    • 读取ApplicationListener监听器

    • 将Main方法所在的类放入mainApplicationClass中

  • 接下来就是运行run()方法了。代码太多就不展示了。主要是做了以下的操作：

    • 从上面读取的ApplicationListener监听器去读取SpringApplicationRunListener监听器运行器

    • 发布ApplicationStartingEvent事件

    • 封装命令行参数ApplicationArguments

    • 读取环境配置信息

      • 根据webApplicationType创建环境变量对象

      • 配置环境变量

      • 将现有环境信息设置为@ConfigurationProperties的数据源 并且放在第一位

      • 发布ApplicationEnvironmentPreparedEvent事件

      • 将spring.main的配置绑定到SpringApplication属性上

      • 将现有的环境信息设置为@ConfigurationProperties的数据源 更新放在第一位

    • 设置忽略bean.spring.beaninfo.ignore

    • 打印Banner

    • 实例化Spring上下文 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext

    • 初始化失败分析器

    • 准备上下文：将启动类作为配置类进行读取 -> 将配置注册为BeanDefinition

      • 将当前环境信息设置到context

      • 调用ApplicationContextInitializer

      • 发布ApplicationContextInitializerdEvent事件

      • 打印启动信息和profile.active（测试/生产/开发）信息

      • 将applicationArguments、printedBanner注册为Bean

      • 设置不允许同名Bean

      • 设置是否懒加载Bean

      • 读取启动类为BeanDefinition

      • 将SpringBoot的监听器添加到context发布 ApplicationPreparedEvent事件

    • 加载IoC容器(refresh()方法)其中的十二个步骤。具体干了什么可以去看我另外几篇源码解读的博文。主要两个方法

      • invokeBeanFactoryPostProcessor() -> 解析@Import 加载所有的自动配置类

      • onRefresh() 创建内置的Servlet容器

    • 待扩展（刷新后的处理）

    • 发布ApplicationStartedEvent事件
    • 发布ApplicationReadyEvent事件

    • 如果启动异常会发送ApplicationFailedEvent事件

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {StopWatch stopWatch = new StopWatch();stopWatch.start();ConfigurableApplicationContext context = null;Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList();this.configureHeadlessProperty();// 从上面读取的ApplicationListener监听器去读取SpringApplicationRunListener监听器运行器SpringApplicationRunListeners listeners = this.getRunListeners(args);// 发布ApplicationStartingEvent事件listeners.starting();
​Collection exceptionReporters;try {// 封装命令行参数ApplicationArgumentsApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(args);// 读取环境配置信息ConfigurableEnvironment environment = this.prepareEnvironment(listeners, applicationArguments);// 设置忽略bean.spring.beaninfo.ignore       this.configureIgnoreBeanInfo(environment);// 打印BannerBanner printedBanner = this.printBanner(environment);// 实例化Spring上下文 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContextcontext = this.createApplicationContext();// 初始化失败分析器exceptionReporters = this.getSpringFactoriesInstances(SpringBootExceptionReporter.class, new Class[]{ConfigurableApplicationContext.class}, context);// 准备上下文：将启动类作为配置类进行读取 -> 将配置注册为BeanDefinitionthis.prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments, printedBanner);// 加载IoC容器this.refreshContext(context);// 待扩展（刷新后的处理）this.afterRefresh(context, applicationArguments);stopWatch.stop();if (this.logStartupInfo) {(new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)).logStarted(this.getApplicationLog(), stopWatch);}
​// 发布ApplicationStartedEvent事件listeners.started(context);this.callRunners(context, applicationArguments);} catch (Throwable var10) {this.handleRunFailure(context, var10, exceptionReporters, listeners);throw new IllegalStateException(var10);}
​try {// 发布ApplicationReadyEvent事件listeners.running(context);return context;} catch (Throwable var9) {this.handleRunFailure(context, var9, exceptionReporters, (SpringApplicationRunListeners)null);throw new IllegalStateException(var9);}
}

内置Tomcat启动原理 

  • 当依赖spring-boot-starter-web依赖时会在SpringBoot中添加：ServletWebServerFactoryAutoConfiguration（servlet容器自动配置类）

  • 该自动配置类通过@Import导入了可用的（通过@ConditionalOnClass判断决定使用哪一个）的Web容器工厂（默认Tomcat）

  • 在内嵌的Tomcat类中配置了一个TomcatServletWebServerFactory的Bean（Web容器工厂）

  • 它会在SpringBoot启动时加载IoC容器、在onRefrush()方法中创建内嵌的Tomcat并启动

外部Tomcat启动原理

  • SpringBoot启动后会加载SpringServletContainerInitializer类，此类会去加载实现了WebApplicationInitializer接口的类，而其中SpringBootServletInitializer这个类就实现了这个接口，而需要继承这个类去传入当前应用的启动类。

WebApplicationContext rootAppContext = this.createRootApplicationContext(servletContext);

  • 想要使用外部的Tomcat，就需要排除内部的Tomcat。

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId><exclusions><exclusion><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId></exclusion></exclusions>
</dependency>

  • 创建一个配置类去继承SpringBootServletInitializer去重写configure()方法，将当前模块的启动类传入进去 。

public class TomcatConfig extends SpringBootServletInitializer {@Overrideprotected SpringApplicationBuilder configure(SpringApplicationBuilder builder) {return builder.sources(StudySpringApplication.class);}
}

如何自定义Starter

  • 首先知道什么是Starter：Starter又名启动器。众所周知SpringBoot是简化了企业级Spring框架的开发，采用了约定优于配置的理念，而这个理念的实现就是用Starter组件。其会把对应功能的jar包导入进来使得开发者无需在意版本冲突问题，而只需在乎业务逻辑即可，这是作为引入依赖方面的简化配置。而此处要介绍的Starter就是代替Spring的内部组件，使用自定义的组件去完成启动。步骤如下

    • 新建resources/META-INF/spring.factories。这是因为Spring Boot在启动的时候会去读取ClassPath下的这个文件信息。

    • 在spring.factories中去用伪SPI去扫描我们自定义的Starter启动器组件

读取配置文件的原理以及加载顺序

  • 通过事件监听的方式读取配置文件，而读取配置文件的类则是ConfigFileApplicationListener

读取配置文件的方式

  • 属性上使用注解@Value("${xxx.yyy}")，需要注意三点：

    • 当前类是交给IoC容器管理的Bean，否则@Value注解不生效。

    • 当前属性不能是static或者final修饰。

    • 如果配置文件中没有对应的xxx: yyy的话会报错，但是可以在@Value中给默认值比如@Value("${xxx.yyy:}")，这样默认为""

    • 缺点是一个属性对应一个，如果需要读取多个属性的话，效率低下。

  • 类上使用注解@ConfigurationProperties(prefix = "xxx")去指定配置文件中的前缀去读取多个，然后属性采用同名方式去进行批量匹配。相比于上面那种而言，如果遇到大量的配置信息，则效率会更高。

@ConfigurationProperties(prefix = "xxx")
public class MyYamlConfig {private String yyy;
}

  • 通过Spring的应用上下文ApplicationContext去获取Environment对象。但相较于直接获取Environment对象，这样显得多此一举，除非除了要使用ApplicationContext获取运行时环境还有其它的作用。毕竟ApplicationContext是Spring应用程序中的中央接口，由于继承了多个组件所以有多个核心的功能。

  • Spring Bean类中去注入IoC管理的Environment对象。可以使用@Resource、@Autowired来注入。然后在代码块中通过此对象的getProperty("xxx.yyy")返回String对象进行使用即可。但是如果不用自动装配的方式（也就是非Spring管理的Bean），就需要此配置类去实现EnvironmentAware接口重写setEnvironment()方法去获取Environment对象。

  • 配置类上获取外部properties后缀配置文件的方式，比如需要读取/resources/gok.properties文件。在配置类上使用注解@PropertySources。然后就可以在属性上使用@Value注解去读取。

@Configuraion
@PropertySources({@propertySource(value = "classpath:gok.properties", encoding = "UTF-8")})
public class MyYamlConfig {@Value("${xxx.yyy}")private String name;
}

  • 获取/resources/gok.yml文件。在被@Configuration注解的配置类去配置

@Configuration
public class MyYamlConfig {@Beanpublic static PropertySourcesPlaceholderConfigurer yamlConfigurer() {PropertySourcesPlaceholderConfigurer configurer = new PropertySourcesPlaceholderConfigurer();YamlPropertiesFactoryBean yaml = new yamlPropertiesFactoryBean();yaml.setResources(new ClassPathResource("gok.yml"));configurer.setProperties(Object.requireNonNull(yaml.getObject()));return configurer;}
}

  • 采用Java原生态的方式（InputStream流）去读取文件

public class MyYamlConfig {public void yamlConfigurer() {Properties props = new Properties();try {InputStreamReader reader = new InputStreamReader(this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream("gok.properties"),StandardCharsets.UTF_8);props.load(reader);} catch (IOException e) {}String name = props.getProperty("xxx.yyy");}
}

解决跨域的方式

  • 首先了解什么是跨域：两个URL的协议/域名/IP/端口不同就会产生跨域。跨域是在前端才会发生的问题，因为浏览器有一个同源策略，这是防止不安全的不同域访问，所以会抛出异常（也就是跨域问题）。

  • Jsoup

    • 前端使用Ajax的jsoup方式，同时后端每个接口的参数都接收一个String callback，并且将其放到JSONObject的第一个参数返回。仅支持GET请求，而且存在安全问题。

  • CORS

    • 前端无需多做处理，后端有三种方式可以进行实现

      • 在接口上使用@CrossOrign注解，并且可以带上请求的协议以及域名/IP以及端口，比如"http://localhost:8080"

  • 让配置类(@Configuration)去实现WebMvcConfigurer接口重写addCorsMappings()方法。这个的弊端主要是浏览器会自动添加一些附加的头信息，甚至还会多发送一次附加的请求，第一次就是"options"，第二次才是接口真正调用的请求方法。

    @Override
public void addCorsMappings(CorsRegistry registry) {registry.addMapping("/**") // 添加映射路径.allowedOriginPatterns("*") // 设置放行哪些原始域 SpringBoot2.4.4低版本使用.allowedOrigins.allowedMethods("GET","HEAD","POST","PUT","DELETE","OPTIONS") // 放行哪些请求方式.allowCredentials(true) // 是否发送Cookie.maxAge(3600).allowedHeaders("*"); // 暴露哪些原始请求头部信息
}

  • Nginx

    • 使用反向代理不需要在前后端多做处理，不需要添加代码量。只需要在Nginx的nginx.conf文件的server中进行配置，这里就略微详细说明一下：listen 端口; location /前端路径/ { proxy_pass http://localhost:8080/后端路径 }。  

可以同时处理多少请求？

  • 在yml中的Tomcat中配置（因为这是Spring Boot默认的Web容器）。配置与请求线程相关的配置进行测试。

    server:tomcat:# 最大连接数max-connections: 30# 最大等待数accept-count: 10threads:# 最少线程数min-spare: 10# 最多线程数max: 50

  • 可以使用ApiPost/JMeter进行并发测试。如下所示就是测试结果。我们不难发现：首先执行了30个线程，而后先执行完的10个线程又再一次进来执行了。这说明了1s可以处理40次请求，并且这40次请求中可以一次性处理30次，而最多可以等待10次。即配置中的accept-count（最大等待数） + max-connections（最大连接数）。

  • 在spring-configuration-metadata.json中可以发现最大连接数默认为10000，最大等待数为100。注意：我打开的是SpringBoot2.2.1版本，每个版本可能不一样。

默认的日志框架以及如何切换

  • 默认情况下SpringBoot会采用slf4j(日志接口) + logback(日志框架)完成日志的实现。那么我们从哪里可以得出来呢？看过源码的基本都知道使用LoggerFactory中获取Logger对象从而记录日志的，所以我也创建了此对象来记录日志。

  •  而这个LoggerFactory与Logger都是slf4j的日志接口，其中slf4j内有三种日志框架：logback(默认)、log4j、jul-to-slf4j

  •  那么如何做到切换默认的日志实现框架呢？这里有两种情况：

    • 将logback切换为lof4j2：这样就需要将logback的场景启动器排除，因为slf4j这个日志接口只能运行1个桥接器。并且添加log4j2的场景启动器

      <!-- 如果不是Web应用就在spring-boot-starter中排除依赖 -->
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId><exclusions><!-- 排除logback的场景启动器 --><exclusion><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-logging</artifactId></exclusion></exclusions>
</dependency><!-- Log4j2场景启动器 -->
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-log4j2</artifactId>
</dependency>

    • 将logback切换为log4j。就需要将logback的桥接器排除。

      <!-- 如果不是Web应用就在spring-boot-starter中排除依赖 -->
<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId><exclusions><!-- 排除logback的场景启动器 --><exclusion><groupId>logback-classic</groupId><artifactId>ch.qos.logback</artifactId></exclusion></exclusions>
</dependency><!-- Log4j桥接器 -->
<dependency><groupId>org.slf4j</groupId><artifactId>slf4j-log4j12</artifactId>
</dependency>

如何优化启动速度

  • 延迟初始化Bean

    • 一般在SpringBoot中拥有很多的耗时任务，比如数据库连接、初始化线程池创建等等。我们可以延迟这些操作的初始化，来达到优化启动速度的目的。可以在yml中配置：spring:main:lazy-initialization: true。来将所有的Bean延迟初始化（懒加载机制）。

  • 创建扫描索引(Spring 5.0+)

    • 通过编译时创建一个静态候选列表来提高大型应用程序的启动性能。在项目中使用@Indexed之后，编译打包后的时候会在项目中自动生成META-INF/spring.components文件。当Spring应用上下文执行ComponentScan扫描时，就会用CandidateComponentsIndexLoader读取这个文件并加载，转换为CandidateComponentsIndex对象。

    • 步骤如下：引入依赖、启动类加上注解@Indexed。首次编译运行后会在/target/classes/META-INF中生成文件

      <dependency><groupId>org.springframework</groupId><artifactId>spring-context-indexer</artifactId><optional>true</optional>
</dependency>

  • 减少@ComponentScan即@SpringBootApplication扫描类的范围

  • 关闭SpringBoot的JMX监控，yml中设置：spring:jmx:enabled: false

  • 设置JVM参数 -noverify，不对类进行验证

  • 排除项目中多余的依赖jar

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