Spring中Bean的加载与SpringBoot的初始化流程详解

目录

• 前言
• 第一章 Spring中Bean的一些简单概念
• 1.1 SpingIOC简介
• 1.2 BeanFactory
• 1.2.1 BeanDefinition
• 1.2.2 BeanDefinitionRegistry
• 1.2.3 BeanFactory结构图
• 1.3 ApplicationContext
• 第二章 SpringBoot的初始化流程
• 2.1 准备阶段
• 2.2 运行阶段
• 2.2.1 监听器分析
• 2.2.2 refreshContext
• 2.3 总结

前言

一直对它们之间的关系感到好奇，SpringBoot既然是Spring的封装，那么SpringBoot在初始化时应该也会有Bean的加载，那么是在何时进行加载的呢？

第一章 Spring中Bean的一些简单概念

1.1 SpingIOC简介

Spring启动时去读取应用程序提供的Bean配置信息，并在Spring容器中生成相应的Bean定义注册表，然后根据注册表去实例化Bean，装配好Bean之间的依赖关系，为上层提供准备就绪的运行环境.

Spring提供一个配置文件描述Bean与Bean之间的依赖关系，利用Java语言的反射功能实例化Bean，并建立Bean之间的依赖关系.

1.2 BeanFactory

BeanFactory是接口，提供了IOC容器最基本的形式，给具体的IOC容器的实现提供了规范。

1.2.1 BeanDefinition

主要用来描述Bean的定义,Spring在启动时会将Xml或者注解里Bean的定义解析成Spring内部的BeanDefinition.

beanClass保存bean的class属性，scop保存bean是否单例，abstractFlag保存该bean是否抽象，lazyInit保存是否延迟初始化，autowireMode保存是否自动装配，等等等

public abstract class AbstractBeanDefinition extends BeanMetadataAttributeAccessor
        implements BeanDefinition, Cloneable {
    private volatile Object beanClass;
    private String scope = SCOPE_DEFAULT;
    private boolean abstractFlag = false;
    private boolean lazyInit = false;
    private int autowireMode = AUTOWIRE_NO;
    private int dependencyCheck = DEPENDENCY_CHECK_NONE;
    private String[] dependsOn;
    private ConstructorArgumentValues constructorArgumentValues;
    private MutablePropertyValues propertyValues;
    private String factoryBeanName;
    private String factoryMethodName;
    private String initMethodName;
    private String destroyMethodName;
}

1.2.2 BeanDefinitionRegistry

registerBeanDefinition方法主要是将BeanDefinition注册到BeanFactory接口的实现类DefaultListableBeanFacory中的beanDefinitionMap中。

private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(256);

1.2.3 BeanFactory结构图

ListableBeanFactory该接口定义了访问容器中Bean的若干方法,如查看Bean的个数,获取某一类型Bean的配置名,查看容器中是否包括某一Bean等方法.

HierarchicalBeanFactory是父子级联的IOC容器接口,子容器可以通过接口方法访问父容器,通过HierarchicalBeanFactory接口SpringIOC可以建立父子层级关联的IOC层级体系,子容器可以访问父容器的Bean,父容器不能访问子容器的Bean,比如展现层的Bean位于子容器中而业务层和持久层的Bean位于父容器的Bean.

• ConfigurableBeanFactory:增强了IOC接口的可定制性,定义了设置类装载器,属性遍历器,以及属性初始化后置处理器等方法.
• AutowireCapableBeanFactory:定义了将容器中的Bean按某种规则,按名字匹配,按类型匹配等.
• SingletonBeanRegistry:允许在运行期间向容器注册SingletonBean实例的方法.

通过这些接口也证明了BeanFactory的体系也确实提供了IOC的基础及依赖注入和Bean的装载等功能.

1.3 ApplicationContext

由于BeanFactory的功能还不够强大,于是Spring在BeanFactory的基础上还设计了一个更为高级的接口即ApplicationContext,它是BeanFactory的子接口之一.在我们使用SpringIOC容器时,大部分都是context的实现类。

我理解着就是BeanFactory只提供IOC，ApplicationContext还提供很多别的功能。

第二章 SpringBoot的初始化流程

@SpringBootApplication
public class RepApplication {
	public static void main(String[] args) {
        //要理解的SpringApplication
	SpringApplication.run(RepApplication.class, args);
	}
}

SpringApplication的run分为两个阶段，即new SpringApplication()时的执行构造函数的准备阶段，和run时的运行阶段。

public static ConfigurableApplicationContext run(Class<?>[] primarySources,
			String[] args) {
		return new SpringApplication(primarySources).run(args);
	}

2.1 准备阶段

在准备阶段会

配置SpringBean的来源

推断web应用类型

加载应用上下文初始器

加载应用事件监听器

public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
		this.resourceLoader = resourceLoader;
		Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
		this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
        //推断web应用类型
		this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();
        //加载应用上下文初始化器
		setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(
				ApplicationContextInitializer.class));
        //加载应用事件监听器
		setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
		this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
	}

2.2 运行阶段

• 加载：SpringApplication获得监听器
• 运行：SpringApplication运行监听器
• 监听：SpringBoot事件、Spring事件
• 创建：应用上下文、Enviroment、其它（不重要），应用上下文创建后会被应用上下文初始化器初始化，Enviroment是抽象的环境对象。
• 失败：故障分析报告。
• 回调：CommandLineRunner、ApplicationRunner

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
		StopWatch stopWatch = new StopWatch();
		stopWatch.start();
		ConfigurableApplicationContext context = null;
		Collection<SpringBootExceptionReporter> exceptionReporters = new ArrayList<>();
		configureHeadlessProperty();
        //获得监听器
		SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
        //运行监听器
		listeners.starting();
		try {
            //应用上下文
			ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(
					args);
            //环境
			ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,
					applicationArguments);
			configureIgnoreBeanInfo(environment);
			Banner printedBanner = printBanner(environment);
            //依据不同的配置加载不同的ApplicationContext
			context = createApplicationContext();
			exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(
					SpringBootExceptionReporter.class,
					new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);
			prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,
					printedBanner);
			refreshContext(context);
			afterRefresh(context, applicationArguments);
			stopWatch.stop();
			if (this.logStartupInfo) {
				new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)
						.logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
			}
			listeners.started(context);
			callRunners(context, applicationArguments);
		}
		catch (Throwable ex) {
			handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
			throw new IllegalStateException(ex);
		}

		try {
			listeners.running(context);
		}
		catch (Throwable ex) {
			handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
			throw new IllegalStateException(ex);
		}
		return context;
	}

2.2.1 监听器分析

这个是看了源码后的个人理解,不保证一定正确,只提供一定的参考。

在准备阶段加载实现了ApplicationListener的监听器。

然后在运行阶段调用了starting()方法。

//获得监听器
SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
//运行监听器
listeners.starting();

下面是listeners的源码，可以看到它的每一个方法，都对应SpringBoot的一个阶段，这表明每到对应的阶段，都要广播对应的事件。

class SpringApplicationRunListeners {
	private final Log log;
	private final List<SpringApplicationRunListener> listeners;
	SpringApplicationRunListeners(Log log,
			Collection<? extends SpringApplicationRunListener> listeners) {
		this.log = log;
		this.listeners = new ArrayList<>(listeners);
	}

	public void starting() {
		for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) {
			listener.starting();
		}
	}

	public void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment) {
		for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) {
			listener.environmentPrepared(environment);
		}
	}

	public void contextPrepared(ConfigurableApplicationContext context) {
		for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) {
			listener.contextPrepared(context);
		}
	}

	public void contextLoaded(ConfigurableApplicationContext context) {
		for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) {
			listener.contextLoaded(context);
		}
	}

	public void started(ConfigurableApplicationContext context) {
		for (SpringApplicationRunListener listener : this.listeners) {
			listener.started(context);
		}
	}
	//省略...
}

那么问题来了，广播事件后，事件是怎么被监听到的呢？我们打开listener.environmentPrepared(environment)的源码，发现其调用了initialMulticaster进行了事件广播

@Override
	public void environmentPrepared(ConfigurableEnvironment environment) {
		this.initialMulticaster.multicastEvent(new ApplicationEnvironmentPreparedEvent(
				this.application, this.args, environment));
	}

广播的代码如下，看了一下感觉大意就是找到根事件匹配的监听器，然后调用线程池去执行对应的触发函数。

@Override
	public void multicastEvent(final ApplicationEvent event, @Nullable ResolvableType eventType) {
		ResolvableType type = (eventType != null ? eventType : resolveDefaultEventType(event));
		for (final ApplicationListener<?> listener : getApplicationListeners(event, type)) {
			Executor executor = getTaskExecutor();
			if (executor != null) {
				executor.execute(() -> invokeListener(listener, event));
			}
			else {
				invokeListener(listener, event);
			}
		}
	}

2.2.2 refreshContext

再往下最核心的是refreshContext方法，一直点进去可以看到如下：

• prepareRefresh:完成配置之类的解析，设置Spring的状态，初始化属性源信息，验证环境信息中必须存在的属性.
• ConfigurableListableBeanFactory：是用来获取beanFactory的实例的（第一张也写过BeanFactory负责bean的加载与获取）。
• PrepareBeanFactory:对beanFactory进行相关的设置，为后续的使用做准备，包括设置classLoader用来加载Bean，设置表达式解析器等等.
• postProcessBeanFactory:是用于在BeanFactory设置之后进行后续的BeanFactory的操作.
• invokeBeanFactoryPostProcessors:点进去发现调用了如下方法，点进去之后发现逻辑相当复杂，主要调用工厂后处理器，调用Bean标签，扫描Bean文件，并解析成一个个的Bean，这时候这些Bean是被加载进了Spirng容器当中，这里涉及了各种类，我们在这里主要说一下ConfigurationClassParser，主要是解析Bean的类.该方法会对带有@configuration，@import，@bean，以及@SpringBootApplication等标签的Bean进行解析，
• registerBeanPostProcessors:会从Spring容器中找出实现BeanPostProcessors接口的Bean，并设置到BeanFactory的属性之中，之后Bean实例化时会调用BeanProcessor，也就是Bean的后置处理器.会和AOP比较相关.
• initMessageSource:初始化消息源（这个自己推断的）
• initApplicationEventMuticaster:初始化事件广播器
• onRefresh:是一个模板方法，不同的Spring容器会重写它做不同的事情.比如web程序的容器，会调用create..方法去创建内置的servlet容器.
• registerListeners:注册事件监听器
• finishBeanFactoryInitialization:会实例化BeanFactory中已被注册但未被实例化的所有实例，懒加载是不需要被实例化的.前面的invokeBeanFactoryPostProcessors方法中根据各种注解解析出来的Bean在这个时候都会被初始化，同时初始化过程中的各种PostProcessor就会开始起作用了.
• finishRefresh:会做初始化生命周期处理器相关的事情.

@Override
	public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
		synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
			// Prepare this context for refreshing.
			prepareRefresh();

			// Tell the subclass to refresh the internal bean factory.
			ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

			// Prepare the bean factory for use in this context.
			prepareBeanFactory(beanFactory);

			try {
				// Allows post-processing of the bean factory in context subclasses.
				postProcessBeanFactory(beanFactory);

				// Invoke factory processors registered as beans in the context.
				invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

				// Register bean processors that intercept bean creation.
				registerBeanPostProcessors(beanFactory);

				// Initialize message source for this context.
				initMessageSource();

				// Initialize event multicaster for this context.
				initApplicationEventMulticaster();

				// Initialize other special beans in specific context subclasses.
				onRefresh();

				// Check for listener beans and register them.
				registerListeners();

				// Instantiate all remaining (non-lazy-init) singletons.
				finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

				// Last step: publish corresponding event.
				finishRefresh();
			}

			catch (BeansException ex) {
				if (logger.isWarnEnabled()) {
					logger.warn("Exception encountered during context initialization - " +
							"cancelling refresh attempt: " + ex);
				}

				// Destroy already created singletons to avoid dangling resources.
				destroyBeans();

				// Reset 'active' flag.
				cancelRefresh(ex);

				// Propagate exception to caller.
				throw ex;
			}

			finally {
				// Reset common introspection caches in Spring's core, since we
				// might not ever need metadata for singleton beans anymore...
				resetCommonCaches();
			}
		}
	}

当上面的代码执行完毕后，返回上层代码，后面是注册钩子,这钩子是希望开发者能结合自己的实际需求扩展出一些在Spring容器关闭时的行为.

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

继续返回上层代码，可以看到afterRefresh方法它的方法体是空的, 也就说明Spring框架考虑了扩展性,留了很多的口子,让大家在框架层面继承很多的模块并去做自定义的实现

protected void afterRefresh(ConfigurableApplicationContext context,
			ApplicationArguments args) {
	}

2.3 总结

总的来说，SpringBoot加载的Bean的时机为，点进一开始的run方法，层层递进后，由

refreshContext(context);

进行了bean的加载，更详细的话，那就层层递进点进去，是在如下方法进行了bean的加载。

invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持我们。