Spring Boot 启动原理的核心机制

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​：

1. ​准备阶段​：设置容器 ID、初始化属性源。
2. ​解析配置类​：通过 ConfigurationClassPostProcessor 处理 @ComponentScan、@Import 等注解。
3. ​**执行 BeanFactoryPostProcessor**​：例如处理 @ConfigurationProperties 或自定义配置。
4. ​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。
5. ​初始化单例 Bean​：触发 @PostConstruct 方法和 InitializingBean 接口。
6. ​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​：

1. ApplicationRunner 的 run() 方法。
2. 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 {
    @Bean
    public DispatcherServlet dispatcherServlet() {
        return new DispatcherServlet();
    }
}

四、嵌入式 Web 服务器启动

​流程​：

1. ​检测依赖​：如 spring-boot-starter-web 包含 Tomcat。
2. ​创建 WebServer​：在容器刷新阶段调用 ServletWebServerApplicationContext#onRefresh()。
3. ​初始化 Servlet 容器​：加载 DispatServlet 并注册到 ServletContext。
4. ​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

八、总结

• ​核心理念​：约定优于配置，通过自动化和条件化加载降低开发复杂度。
• ​启动优化​：分析 SpringApplication 的初始化阶段和容器刷新过程可针对性优化启动时间。
• ​扩展能力​：通过自定义 Starter 和监听器灵活扩展框架功能。