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Spring Boot

一、简介
二、核心设计
三、启动原理
四、结语

简介

Spring Boot是Spring家族2014年推出的一款开发框架,也是市场份额最大的Spring框架产品。Spring Boot主要基于Spring Framework/Spring MVC,大部分核心都依赖了Spring Framework/Spring MVC库。

Spring Boot官网是https://spring.io/projects/spring-boot,源码托管在https://github.com/spring-projects/spring-boot,目前已发展到2.x版本。

核心设计

Spring Boot官网中feature一栏,罗列了Spring Boot的核心设计,大部分是对Spring Framework/Spring MVC的封装和改进,通过简化配置和依赖,提供开箱即用的开发体验。

  • 可创建独立的Spring应用:Spring Boot应用本质上就是Spring应用,最终就是一堆Spring Bean托管在IoC容器中,这个特性没什么可说的,是最低标准
  • 内嵌web容器:支持内嵌Tomcat(默认)、Jetty、Undertow,具体讲就是可以将应用打包成一个jar包直接运行,不需要独立安装web容器部署war包再运行
  • 提供starter简化依赖:原来开发者使用Spring Framework开发一个功能,要在maven或gradle中加很多依赖,而Spring Boot将常用的依赖集合整合成一个个独立依赖,一般以spring-boot-starter-{name}命名,这样能极大简化依赖配置和开发者工作量,比如spring-boot-starter-web整合了Spring web依赖库和web容器依赖库,开发者只要依赖一个spring-boot-starter-web就能开发web应用。Spring Boot为不同常用功能都提供了对应的starter依赖库,比如web、jdbc、log等。另外,如果一个应用依赖多个starter库,但这些库不同版本可能无法兼容,那开发者可以依赖一个spring-boot-starter-parent,只需为这个parent库指定版本,它可以将其他starter库自动配置至相互兼容的版本,这样开发者就无需自己指定其他starter库版本了。开发者还可以自定义自己的starter库,非官方starter一般建议命名为{name}-spring-boot-starter,Spring Boot在启动时会解析starter包中META-INF/spring.factories文件,将文件里配置的AutoConfigure类自动加载成Bean注入容器
  • 尽可能自动配置Spring和第三方库:利用starter和各类技术(部分详见下面的启动原理),推测容器应需bean并完成自动配置
  • 提供诸多辅助功能,包括度量、健康监测、外部配置,这些对工业级生产环境应用至关重要
  • 无XML配置:XML配置出了名的难维护已经被开发者吐槽多年,Spring借Spring Boot之手,终于可以做到零XML配置。熟悉Spring MVC的开发者都知道,使用Spring MVC要配置几个XML,比如web.xml、springmvc.xml等,但实际上现在Spring MVC已经支持无XML启动,通过继承WebApplicationInitializer,完成DispatcherServlet的指定和初始化等一些原本在XML配置里指定的行为,例子详见Spring MVC官网。无论如何,Spring Boot较之前辈们倡导约定大于配置原则,不光可以无XML配置,甚至可以不需要任何配置,一切配置项都有默认的约定值,但在实际应用中,我们一般都需要为少量配置项指定值,比如端口号、数据库信息等,这些配置可以放在application.properties里。虽然XML格式表现力更好,但properties的kv格式更简单更友好

启动原理

Spring应用的运行期阶段,主要就是运用IoC容器里各种bean,而在启动阶段却有不少学问,所以本文重点讨论Spring Boot的启动原理。下面代码片段是使用Spring Boot的典型入口程序,通过这段代码来看Spring Boot启动过程,一共两步,分别是SpringApplication实例化和run()执行。

// @SpringBootApplication是一个复合注解,由多个注解组成,主要有@Configuration、@EnableAutoConfiguration、@ComponentScan
@SpringBootApplication
public class HelloWorld {
	public static void main(String[] args) {
    	SpringApplication.run(HelloWorld.class, args);
	}
}

SpringApplication实例化原理如下:

  • 推测应用类型:在classpath寻找特征类,决定本次应用的类型,是Web应用(SERVLET)、响应式Web应用(REACTIVE)、还是默认非Web应用(default)
  • 加载初始化器和监听器:借助SpringFactoriesLoader,查找、实例化(Class.forName)、排序所有初始化器ApplicationContextInitializer和监听器ApplicationListener

初始化器和监听器实际都是Spring Framework相关接口,这里用在了Spring Boot启动阶段。为了在Spring Boot启动时完成自动加载,初始化器和监听器的所有实现类都要配置在classpath下的META-INF/spring.factories里,不仅如此,配置在该文件里的所有类,都可以在Spring Boot启动时完成自动加载和执行,这是因为在Spring Boot启动时,会在各个环节调用SpringFactoriesLoader去读取该文件加载和执行相关类,同时会将读取结果缓存到cache里,避免重复读取文件。开发者也可以自己实现相关接口并配置到spring.factories里,在Spring Boot启动时实现定制化的操作,所以严格意义上来说,能配置到spring.factories里的类都可以看作Spring Boot的扩展点

  • 推断主类:找到main()所在类,并赋值到属性mainApplicationClass

run()的工作原理如下:

  • 启动时间监控:初始化StopWatch,可用于监控启动阶段每个任务的总耗时
  • 启动事件监听:事件监听器SpringApplicationRunListener主要用于run()后面各个子环节中产生各类事件,将事件广播给对应的监听器处理。监听器在SpringApplication实例化时已完成加载和实例化

SpringApplicationRunListener也配置在META-INF/spring.factories中,也是Spring Boot的一个扩展点

  • 设置环境变量,包括application.properties等配置
  • 创建IoC容器:根据SpringApplication实例化时的应用类型推测,决定创建什么类型的ApplicationContext容器。ApplicationContext容器的介绍详见Spring Framework
  • 创建错误分析器,用于处理启动过程中发生的异常
  • 执行初始化器:执行所有初始化器的initialize()。初始化器在SpringApplication实例化时已完成加载和实例化
  • 初始化IoC容器:实际会执行到Spring Framework中的refresh(),完成IoC容器初始化和bean初始化,详见Spring Framework。除此之外,此环节还完成了以下工作:
    • 完成内嵌web容器的端口设置和初始化工作,默认是Tomcat,还可以支持Jetty和Undertow
    • 充分利用@SpringBootApplication注解,将许多关键Spring bean自动注册到IoC容器。@SpringBootApplication是Spring Boot最重要的注解,是一个复合注解,主要集成了@Configuration@ComponentScan@EnableAutoConfiguration三个运行期注解,前两个是Spring Framework的注解,后一个是Spring Boot的注解。@Configuration将所修饰的类变成配置类,配置类里可以指定任意类为Spring bean并注册到IoC容器。@ComponentScan扫描指定路径并找出所有Spring bean,实例化注册到IoC容器中。@EnableAutoConfiguration借助SpringFactoriesLoader,从spring.factories中找到所有key为org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration的类,通过反射实例化成bean注册到IoC容器中
  • 执行CommandLineRunner:这是Spring Boot一个扩展点,如果开发者想在启动快结束时做点什么,可以通过实现CommandLineRunner接口来实现。开发者可以实现多个CommandLineRunner,并能指定相应的Order来进行排序执行
  • 关闭事件监听
  • 关闭时间监控

结语

Spring Boot比Spring Framework/Spring MVC进一步提高了开发效率,而且非常适合微服务开发。但Spring Boot只能开发单个微服务,而现实中应用大多由多个微服务组成,服务间需要大量的相互关联,Spring Boot对此无能为力。于是,Spring Cloud应运而生。