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SpringApplication初始化阶段[通俗易懂]

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SpringApplication初始化阶段[通俗易懂]在SpringFramework时代，Spring应用上下文通常由容器启动，如ContextLoaderListener或WebApplicationInitializer的实现类由Servlet容器装载并驱动。到了SpringBoot时代，Spring应用上下文的启动则通过调用SpringApplication.run(Object,String…)或SpringApplicationBuilder.run(String…)方法并配合@SpringBootApplication或@EnableAu

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在Spring Framework时代，Spring应用上下文通常由容器启动，如ContextLoaderListener或WebApplicationInitializer的实现类由Servlet容器装载并驱动。到了Spring Boot时代，Spring应用上下文的启动则通过调用SpringApplication.run(Object,String …)或SpringApplicationBuilder.run(String …)方法并配合@SpringBootApplication或@EnableAutoConfiguration注解方式完成。

从Spring Boot应用进程来看，整体的生命周期大体上总结如下：

  • SpringApplication初始化阶段
  • SpringApplication运行阶段
  • SpringApplication结束阶段
  • SpringApplication应用退出

SpringApplication初始化阶段属于运行前的准备阶段，大多数Spring Boot应用直接或间接地使用SpringApplication API驱动Spring应用，SpringApplication 允许指定应用类型，Web还是非Web，Banner的输出、配置默认属性的内容等，这些状态变更的操作只要在run()方法之前指定即可。简单而言，SpringApplication 的准备阶段主要由两阶段完成：构造阶段和配置阶段。

1、SpringApplication构造阶段

SpringApplication构造阶段在其构造器中完成，在日常开发中，很少直接与SpringApplication构造器打交道，而是调用其静态方法run(Class,String …)来启动应用，实际上其构造过程就在其中：

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

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

无论使用哪个方法都需要Class类型的primarySource 参数，这个参数有什么意义呢？

1.1、理解SpringApplication主配置类

SpringApplication主配置类的概念和实现是从Spring Boot2.0开始引入的。通常情况下，引导类将作为primarySource参数的内容，这些引导类基本上具备一个特点，不是标注@SpringBootApplication就是标注@EnableAutoConfiguration，由于@SpringBootApplication元标注@EnableAutoConfiguration，因此两者均被底层Spring应用上下文视作@EnableAutoConfiguration处理。当引导类作为primarySource参数时，Spring应用上下文将其视为Configuration Class处理。

主配置类属性primarySource除初始化构造器参数外，还能通过SpringApplication.addPrimarySources()方法追加修改：

	private Set<Class<?>> primarySources;
	
	public void addPrimarySources(Collection<Class<?>> additionalPrimarySources) { 
   
		this.primarySources.addAll(additionalPrimarySources);
	}

1.2、SpringApplication的构造过程

已知SpringApplication.run()方法的执行会伴随SpringApplication对象的构造，其调用的构造器为：

	public SpringApplication(Class<?>... primarySources) { 
   
		this(null, primarySources);
	}

	@SuppressWarnings({ 
    "unchecked", "rawtypes" })
	public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) { 
   
		this.resourceLoader = resourceLoader;
		Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
		this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
		this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();
		setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationContextInitializer.class));
		setListeners((Collection) getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
		this.mainApplicationClass = deduceMainApplicationClass();
	}

根据调用链路，实际执行的构造器为SpringApplication(ResourceLoader, Class<?>)，其中主配置类primarySources被SpringApplication对象primarySources属性存储，随后依次调用deduceFromClasspath()、setInitializers()、setListeners()和deduceMainApplicationClass()方法。按照方法名的语义，他们分别为：推断Web应用类型、加载Spring应用上下文初始化器、加载Spring应用事件监听器和推断应用引导类。

1.3、推断Web应用类型

推断Web应用类型属于当前Spring Boot应用Web类型的初始化过程，因为该类型可在SpringApplication构造后及run方法之前，再通setWebApplicationType(WebApplicationType)方法调整。在推断Web应用类型的过程中，由于当前Spring应用上下文尚未准备，所以实现采用的是检查当前ClassLoader下基准Class的存在性判断：

public enum WebApplicationType { 
   
	NONE,
	SERVLET,
	REACTIVE;
	private static final String[] SERVLET_INDICATOR_CLASSES = { 
    "javax.servlet.Servlet",
			"org.springframework.web.context.ConfigurableWebApplicationContext" };
	private static final String WEBMVC_INDICATOR_CLASS = "org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet";
	
	private static final String WEBFLUX_INDICATOR_CLASS = "org.springframework.web.reactive.DispatcherHandler";

	private static final String JERSEY_INDICATOR_CLASS = "org.glassfish.jersey.servlet.ServletContainer";

	static WebApplicationType deduceFromClasspath() { 
   
		if (ClassUtils.isPresent(WEBFLUX_INDICATOR_CLASS, null) && !ClassUtils.isPresent(WEBMVC_INDICATOR_CLASS, null)
				&& !ClassUtils.isPresent(JERSEY_INDICATOR_CLASS, null)) { 
   
			return WebApplicationType.REACTIVE;
		}
		for (String className : SERVLET_INDICATOR_CLASSES) { 
   
			if (!ClassUtils.isPresent(className, null)) { 
   
				return WebApplicationType.NONE;
			}
		}
		return WebApplicationType.SERVLET;
	}
}

WebApplicationType.deduceFromClasspath()利用ClassUtils.isPresent(String,ClassLoader)方法依次判断DispatcherHandler、DispatcherServlet、ServletContainer、Servlet、ConfigurableWebApplicationContext的存在性组合情况，从而推断Web应用类型：

  • 当DispatcherHandler存在，并且DispatcherServlet和ServletContainer不存在时，换言之，Spring Boot仅依赖WebFlux存在时，此时的Web应用类型为REACTIVE。
  • 当Servlet和ConfigurableWebApplicationContext均不存在时，当前应用为非Web应用，即NONE。
  • 其余情况为SERVLET。

当WebApplicationType.deduceFromClasspath()执行完毕，SpringApplication的构造进入加载Spring应用上下文初始化器的过程。

1.4、加载Spring应用上下文初始化器(ApplicationContextInitializer)

	private <T> Collection<T> getSpringFactoriesInstances(Class<T> type) { 
   
		return getSpringFactoriesInstances(type, new Class<?>[] { 
   });
	}

	private <T> Collection<T> getSpringFactoriesInstances(Class<T> type, Class<?>[] parameterTypes, Object... args) { 
   
		ClassLoader classLoader = getClassLoader();
		// Use names and ensure unique to protect against duplicates
		Set<String> names = new LinkedHashSet<>(SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(type, classLoader));
		List<T> instances = createSpringFactoriesInstances(type, parameterTypes, classLoader, args, names);
		AnnotationAwareOrderComparator.sort(instances);
		return instances;
	}

此处同样运用了Spring工厂加载机制方法SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(type, classLoader)。结合本例的场景，该方法将返回所有META-INF/spring.factory资源中配置的ApplicationContextInitializer实现类名单：

# Application Context Initializers
org.springframework.context.ApplicationContextInitializer=\
org.springframework.boot.context.ConfigurationWarningsApplicationContextInitializer,\
org.springframework.boot.context.ContextIdApplicationContextInitializer,\
org.springframework.boot.context.config.DelegatingApplicationContextInitializer,\
org.springframework.boot.rsocket.context.RSocketPortInfoApplicationContextInitializer,\
org.springframework.boot.web.context.ServerPortInfoApplicationContextInitializer

当getSpringFactoriesInstances方法获取实现类名单后，调用createSpringFactoriesInstances方法初始化这些实现类：

	private <T> List<T> createSpringFactoriesInstances(Class<T> type, Class<?>[] parameterTypes,
			ClassLoader classLoader, Object[] args, Set<String> names) { 
   
		List<T> instances = new ArrayList<>(names.size());
		for (String name : names) { 
   
			try { 
   
				Class<?> instanceClass = ClassUtils.forName(name, classLoader);
				Assert.isAssignable(type, instanceClass);
				Constructor<?> constructor = instanceClass.getDeclaredConstructor(parameterTypes);
				T instance = (T) BeanUtils.instantiateClass(constructor, args);
				instances.add(instance);
			}
			catch (Throwable ex) { 
   
				throw new IllegalArgumentException("Cannot instantiate " + type + " : " + name, ex);
			}
		}
		return instances;
	}

传递空数组的parameterTyps和args方法参数，则ApplicationContextInitializer实现类必须存在默认构造器。挑选ContextIdApplicationContextInitializer进行检验：

public class ContextIdApplicationContextInitializer
		implements ApplicationContextInitializer<ConfigurableApplicationContext>, Ordered { 
   

	private int order = Ordered.LOWEST_PRECEDENCE - 10;

	public void setOrder(int order) { 
   
		this.order = order;
	}

	@Override
	public int getOrder() { 
   
		return this.order;
	}

	@Override
	public void initialize(ConfigurableApplicationContext applicationContext) { 
   
		ContextId contextId = getContextId(applicationContext);
		applicationContext.setId(contextId.getId());
		applicationContext.getBeanFactory().registerSingleton(ContextId.class.getName(), contextId);
	}

	private ContextId getContextId(ConfigurableApplicationContext applicationContext) { 
   
		ApplicationContext parent = applicationContext.getParent();
		if (parent != null && parent.containsBean(ContextId.class.getName())) { 
   
			return parent.getBean(ContextId.class).createChildId();
		}
		return new ContextId(getApplicationId(applicationContext.getEnvironment()));
	}

	private String getApplicationId(ConfigurableEnvironment environment) { 
   
		String name = environment.getProperty("spring.application.name");
		return StringUtils.hasText(name) ? name : "application";
	}

	static class ContextId { 
   
		private final AtomicLong children = new AtomicLong(0);
		private final String id;
		ContextId(String id) { 
   
			this.id = id;
		}
		ContextId createChildId() { 
   
			return new ContextId(this.id + "-" + this.children.incrementAndGet());
		}
		String getId() { 
   
			return this.id;
		}
	}
}

当SpringApplication构建器执行该方法后，加载Spring应用事件监听器的动作立即执行。

1.5、加载Spring应用事件监听器(ApplicationContextInitializer)

与加载ApplicationContextInitializer逻辑相同。

1.6、推断应用引导类

推断应用引导类是SpringApplication构造过程的末尾动作，其执行方法为deduceMainApplicationClass()：

	private Class<?> deduceMainApplicationClass() { 
   
		try { 
   
			StackTraceElement[] stackTrace = new RuntimeException().getStackTrace();
			for (StackTraceElement stackTraceElement : stackTrace) { 
   
				if ("main".equals(stackTraceElement.getMethodName())) { 
   
					return Class.forName(stackTraceElement.getClassName());
				}
			}
		}
		catch (ClassNotFoundException ex) { 
   
			// Swallow and continue
		}
		return null;
	}

该方法根据当前线程执行栈来判断其栈中哪个类包含main方法。尽管这个方法的实现并不严谨，不过可覆盖绝大多数以Java的标准main方法引导的情况。
至此在SpringApplication构造的过程中，SpringApplication属性primarySources、webApplicationType、initializers、listeners和mainApplicationClass均得到了初始化，下面讨论他们在不同阶段所扮演的角色。

2、SpringApplication配置阶段

配置阶段位于构造阶段和运行阶段之间，该阶段是可选的，主要用于调整或补充构造阶段的状态、左右运行时行为，以SpringApplication setter方法为代表，用于调整SpringApplication的行为，补充行为则以add*方法为主，或许通过setter方法配置SpringApplication 过于繁琐，因此Spring Boot引入SpringApplicationBuilder以提升API的便利性，多数情况下无须调整SpringApplication的默认状态。

2.1、自定义SpringApplication

自定义SpringApplication一共有三种方式：

  • 调整SpringApplication设置
  • 增加SpringApplication配置源
  • 调整Spring Boot外部化配置

2.2、调整SpringApplication设置

几乎所有SpringApplication调整应用行为的方法都与SpringApplicationBuilder方法一一对应：

2.3、增加SpringApplication配置源

SpringApplication构造参数primarySources是从Spring Boot2.0开始引入的，作为主配置类，还有一个sources属性充当配置源的角色，分别来自@Configuration Class、XML配置文件和package。

	public void setSources(Set<String> sources) { 
   
		Assert.notNull(sources, "Sources must not be null");
		this.sources = new LinkedHashSet<>(sources);
	}
	public Set<Object> getAllSources() { 
   
		Set<Object> allSources = new LinkedHashSet<>();
		if (!CollectionUtils.isEmpty(this.primarySources)) { 
   
			allSources.addAll(this.primarySources);
		}
		if (!CollectionUtils.isEmpty(this.sources)) { 
   
			allSources.addAll(this.sources);
		}
		return Collections.unmodifiableSet(allSources);
	}

2.4、调整Spring Boot外部化配置

Spring Boot允许将配置外部化，以便在不同的环境中使用相同的应用程序代码。可以使用各种外部配置源，包括Java属性文件、YAML文件、环境变量和命令行参数。

属性值可以通过@Value注释直接注入到bean中，通过Spring的环境抽象访问，或者通过@ConfigurationProperties绑定到结构化对象。

Spring Boot使用了一个非常特殊的PropertySource排序，它被设计成允许合理地重写值。属性按以下顺序考虑（来自较低项的值将覆盖较早项的值）：

  1. 默认属性（通过设置SpringApplication.setDefaultProperties指定）。
  2. @Configuration类上的@PropertySource注解。请注意，在刷新应用程序上下文之前，不会将此类属性源添加到环境中。现在配置某些属性（如logging.和spring.main.）为时已晚，这些属性将在刷新开始前读取。
  3. 配置数据（如application.properties文件）
  4. 一个RandomValuePropertySource，它只在random.*中具有属性。
  5. 操作系统环境变量。
  6. Java系统属性（System.getProperties()）。
  7. 来自的JNDI属性java:comp/env.
  8. ServletContext初始化参数。
  9. ServletConfig初始化参数。
  10. SPRING_APPLICATION_JSON属性（嵌入在环境变量或系统属性中的内联JSON）。
  11. 命令行参数。
  12. 属性属性。可在@SpringBootTest和测试注解上获得，用于测试应用程序的特定部分。
  13. 测试类上的@TestPropertySource注解。
  14. Devtools处于活动状态时，$HOME/.config/spring 引导目录中的Devtools全局设置属性。

配置数据文件按以下顺序考虑：

  1. 打包在jar中的应用程序属性（application.properties和YAML变体）。
  2. 打包在jar中的特定profile配置文件的应用程序属性（application-{profile}.properties和YAML变体）。
  3. 打包jar之外的应用程序属性（application.properties和YAML变体）。
  4. 在打包的jar之外配置特定于应用程序的属性（application-{profile}.properties和YAML变体）。

建议对整个应用程序使用一种格式。如果在同一位置有同时具有.properties和.yml格式的配置文件，则优先使用.properties。

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