前言

本文假设读者已经有了Spring和SpringBoot的使用基础。全文一万多字，深入探讨了源码的设计模式、模块之间的关系以及容易混淆的细节。
通过剖析自动装配机制的前因后果，由浅入深的看看SpringBoot主要做了些什么事。【期间还发现了一个让人忽视的Maven特性】
都是干货，无关紧要以及说了也让人记不住的繁琐过程基本都被省略了。如果觉得文章太长，可以只看总结。如果觉得总结的还有点意思，再往前看。

一. 基础概念

概念很重要，但也很抽象空洞，在深入细节之后，再回过头看，会有新的理解。

1-1. Spring

• 是什么：一个IOC（控制反转）容器框架。
• 什么原理：通过依赖注入（DI，开发人员使用控制反转的方式），切面编程（AOP）实现了模块之间的解耦，模块的复用。让开发人员不再关心模块的创建（其实是不需要关心模块从生成到销毁的整个生命周期），而只需要专注于使用。
• 目的：简化企业级java项目开发。

1-2. SpringBoot

• 是什么：一个开箱即用的Spring集成框架（或者说脚手架。所谓脚手架，指一种支持快速搭建项目的的工具或框架。这里的意思就是说，除去Spring和其他集成的框架，SpringBoot就只是一个搭建项目的辅助工具。这里的开箱即用除了有“什么都不缺”，还有一层意思是“不需要写main方法，这个东西可以拿来直接跑”。Boot即“引导启动”，指的就是这层意思）。
• 什么原理：通过自动装配，约定大于配置原则实现（体现在两方面：1. 命名。2. 一些默认配置）。启动比较简单，就是加个main方法入口，实现可独立运行。
• 目的：在Spring的基础上，进一步简化配置，开箱即用。（Spring是用配置简化开发，SpringBoot想把配置也简化掉）

二. 自动装配概览

2-1. 效果（目的）

• 在项目pom.xml文件里添加相应的starter依赖，代码里就直接可以用各种组建（已经被注入Spring容器）。
• 所有组件的配置信息都可以在SpringBoot的配置文件application.yml里统一管理。

2-2. 猜想

• 引入组件jar包：Maven可以轻松实现这一步骤。只需要在starter中的pom文件中添加依赖，就可以满足组件所需要的jar包。
• 自动注入：在starter里写一个配置类（@Configuration + @Bean），然后让Spring扫描到starter的包路径。配置类里把需要的Bean都创建出来。
• 统一读配置：通常情况下，创建出组件对象之后，把各种配置参数set进对象就可以了（或者在new的时候就把参数传入构造器）。所以这部分代码同样写在配置类里就可以。按照Spring的配置规则，去classpath下的application.yml文件里读配置。

2-3. SpringBoot的实现方案

• 读配置文件spring.factories。然后通过反射实例化xxxAutoConfigure（配置类），并将其注入到Spring容器。其实就是SpringBoot实现的SPI机制。
• 其他和我们猜想的基本一致。
• 有两点和我们猜想的不太一样：
  • 配置类以及读配置的代码都没写在starter包里（都写在了spring-boot-autoconfigure包里）。
  • starter包里没有pom文件。
• 也就是说：starter里什么都没有（只有一个MANIFEST.MF：jar包信息文件）。
  
  这是spring-boot-starter-data-redis包里的情况。

2-4. 对比及分析

2-4-1. starter里为什么没有pom文件

经过对比之后，其实最让人困惑的就是这个问题。

加载类、实例化对象和注入容器这些操作是由classloader和Spring来完成的，那么没有POM文件的情况下，依赖的jar包从何而来呢？
SpringBoot当然不会无论是否需要，统统将其依赖进来。我们通过实验，也可以明显发现：加入starter，重新构建，starter依赖的包就能加进来，否则就会被删掉。

经过网上查（没查到）/和人交流/问chatgpt/做实验，得出一个结论：

是因为jar包外的xxx.pom文件（如spring-boot-starter-data-redis-2.2.6.RELEASE.pom），starter才能依赖的其他包。

chatgpt给出解释是：Maven首先看jar包内的pom.xml，如果jar包内没有，则使用和jar包同名的xxx.pom文件。【虽然不能确认是否正确，但确实可以解释现象】

所以我总结xxx.pom文件的作用：

1. 在使用IDEA时，当我们点击依赖包的名称时，IDEA会显示该依赖包对应的pom文件，这个pom文件就是xxx.pom文件。如果把这个文件删除，那么IDEA就无法找到该文件，从而无法显示依赖包的信息【之前一直以为idea打开的是jar包里pom.xml】
   

2. 当jar包内没有pom.xml时，maven以它为依据获取依赖【本次学到的】

猜想：由于存在外部的xxx.pom文件，因此并不需要使用jar包中的pom.xml文件。这样做可以省去解压jar包的步骤，从而使下载更加快速和方便。
那么，Maven是否使用的正是xxx.pom文件，而不是pom.xml文件?
由于缺乏官方的证据和参考资料，我对之前ChatGPT所提供的回答表示怀疑。【如果您能够提供官方的参考资料，请留言分享】

2-4-2. 配置类为什么没写在starter里

为了拓展性。

是的，如果所有组件都是SpringBoot管理，这个设计确实没问题。Spring扫描包的时候，注解@ComponentScan(basePackages = {"com.*"})只要覆盖到starter包里的配置类即可。

但是，Spring的很多“好东西”都会考虑可扩展：我能用，用户也要可以用。
如果用户也想使用这套机制，要引入的组件包路径就不是Spring的包路径了，Spring就可能扫描不到。
所以提供一个配置文件，在其中指定自己配置类路径，这样做能最大程度提高灵活性，让用户也可以轻松使用并扩展自己的组件。

看一下spring的这个配置文件长什么样：

文件采用key-value形式存储。
只在一部分jar包里有这个文件，如spring-boot, spring-boot-autoconfigure等包内。
读的时候会把classpath下所有存在的spring.factories统统读进来。

其中自动装配需要的就是key为org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration
注意右侧的value值，该值通常很长，并用逗号隔开，而且名字一个个都叫“xxxAutoConfiguration”，表示这都是配置类（带注解@Configuration的）。

那文件里其他的key呢？
SpringBoot启动过程中还有很多流程，也会用到这个文件。比如各种Listener。也都是读配置，然后反射加载然后实例化的。

三. 自动装配细节

3-1. 流程图

3-2. 各部分细节

3-2-1. @Import注入AutoConfigurationImportSelector

找到SpringBoot的启动类Application上的注解@SpringBootApplication，点进去。
找到@EnableAutoConfiguration，点进去。
最后就可以看到注解@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)

注解和普通类一样具有继承特性，所以相当于Application也使用了注解@Import，并注入了AutoConfigurationImportSelector。

3-2-2. AutoConfigurationImportSelector

AutoConfigurationImportSelector不是一个普通类，它继承了DeferredImportSelector。

实现了其中的方法selectImports

可以看到selectImports返回了一个String[]，其实返回的就是上图中的A(配置文件spring.factories)里的内容。

那么，这个selectImports方法是被谁调用的呢？就是上图中所示[3]的位置。简单来说，在SpringBoot启动过程中被调用，但这个过程非常复杂。因此，我们需要逐层剖析SpringBoot和Spring的启动过程，直到找到调用该方法的位置。

3-2-3. Spring容器启动并调用selectImports

这部分，我们从一个大家都熟悉的地方开始讲起，比较容易让读者理解。

这里之所以还要讲Spring的启动流程，是因为讲SpringBoot的启动流程，绕不开Spring的启动流程。从某种程度上说，SpringBoot并没有什么独创性的功能，即便是核心的自动装配，也是依赖Spring才得以实现的。

SpringBoot这种非常不独立，以及存在感弱的特点。也就导致很多人用了许久，也说不清楚SpringBoot到底是个什么东西。
比起Spring，它似乎就是多了一个main方法，配置比较方便而已（事实上，这确实就是SpringBoo的全部功能）。

但功能简单并不代表意义平凡。Spring说起来，实现机制那么复杂，但目的无非也是简化开发。

两个核心方法：

• Spring启动核心方法：org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext类里的refresh()。

  AbstractApplicationContext也是Spring的核心类之一，属于spring-context包。

  启动Spring容器的时候，无论是用xml还是注解，都会走到refresh()方法。

• SpringBoot启动核心方法：org.springframework.boot.SpringApplication类里的run(String… args)。

  SpringApplication是SpringBoot核心类，属于spring-boot包。

  启动springBoot时，执行SpringApplication.run(Application.class, args)，很快就会进入run方法。

先直观的看一下着两个核心方法，左边的是SpringBoot的，右边是Spring的

注意看黄色箭头标注的位置，就是SpringBoot通向Spring核心启动方法的位置。

SpringBoot属于spring的子项目。如果按照java对象的父子关系，子类包含父类来类比。
放在这里，就是SpringBoot内包含了spring。 启动过程也是这样的包含关系。

后面再说源码的时候，我都会以这两块代码为“坐标”来说，这样就不至于出现“搞不清身在何处”的问题了。

右边箭头标注的invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);就是处理selectImports方法的入口。

所以：spring.factories里的AutoConfiguration配置类是Spring容器启动过程中的PostProcessor注入的。

如果要继续深入下去，找具体的调用点，请看后面第四节[invokeBeanFactoryPostProcessors]。
因为PostProcessor代码很复杂，我单独分出一块来讲。这里不再赘述。

3-3. AutoConfiguration

SpringBoot费那么大的劲，通过SPI机制，实例化出来个什么东西呢。
以spring-boot-starter-data-redis（用redis时需要加的starter）为例

这是在spring.factories里，"RedisAutoConfiguration"是value里一员。

为什么默认就在配置里了，我还没想用redis呢。
因为要让一个starter真正用起来，spring.factories的配置和pom.xml里的依赖缺一不可（SpringBoot就等着你在pom.xml里加redis的starter呢）。

当这个配置类被实例化并注入Spring容器之后。其中配置的两个Bean（Redis组件）：RedisTemplate<Object, Object> 和StringRedisTemplate也就被自动注入到了Spring容器。

其中注解@EnableConfigurationProperties是用来将properties或yml配置文件属性转化为Bean对象。括号里的属性写要封装的Bean类型。打开这个类

通过这个@ConfigurationProperties(prefix = "spring.redis")注解，就可以自动从配置文件中读配置并封装到当前对象中。redis的配置规则就是以spring.redis开头。

注意：什么叫配置类？前面展示两个类，哪个是配置类？

在Spring中，前者（注入Bean的）叫配置类。就是使用@Configuration或者@Component、@ComponentScan、@Import、@ImportResource等叫配置类（一般我们习惯只把@Configuration叫配置类）。

而@ConfigurationProperties的类是用来封装配置信息的，却不叫配置类。

四. invokeBeanFactoryPostProcessors

这部分主要是讲Spring的重要组成部分：Bean后置处理器PostProcessor的源码。

4-1. 先拆解一下invokeBeanFactoryPostProcessors的大体结构

这张图只是抽象出了一个非常简单的过程（实际过程比这复杂的多）：

在PostProcessorRegistrationDelegate这个类中

1. 先遍历调用接口BeanDefinitionRegistryPostProcessor的方法。其中本次关注的主角selectImports就是在这部分里完成的。
2. 然后遍历调用BeanFactoryPostProcessor的方法（用户大部分的扩展都是通过继承这个接口，在这个过程中执行的）

看一下这两个接口的注释：

先看第二个接口的，BeanFactoryPostProcessor

注意看标注的位置，核心就是说这个单词：hook。
很常规的扩展手段，通过钩子方法来让用户来插入自己自定义内容。也是PostProcessor功能的核心。

然后看BeanDefinitionRegistryPostProcessor

首先，它继承了前面那个BeanFactoryPostProcessor。
关键单词：SPI。就是说这是SpringBoot实现的SPI机制。通过一个配置文件（spring.factories）来加载其他类。
意思就是说：这个接口也是一个处理Bean的钩子（因为继承了那个钩子），只不过功能相对更加单一。具有通过SPI机制，读配置批量加注入Bean的功能。

4-2. 实际详细过程

过程相对复杂。尤其是最终解析配置类的类ConfigurationClassParser（上图下半部分）。递归调用（为了一层层往下找注解），代码绕来绕去的。【这个图仅供看源码时参考，这也仅仅是一部分关键的节点】

看源码可能产生的疑问

• selectImports被调用的地方藏的那么深，你是怎么找到的？
  对我来说，首先是查资料，知道了关键代码selectImports。然后就是就是搜代码，找selectImports被谁调用的（理解了后面两个问题之后才会知道为什么在哪个位置）。
• selectImports为什么在“处理配置类”的代码里？
  前面我们说“什么叫配置类”。配置类其实包含的内容很广，不仅仅是@Configuration的。@Import也属于配置类的范畴（具体看这篇博客）。
• selector是什么意思？
  Spring的“约定大于配置”，其中一个就是命名上的约定。Spring会有很多“常见的名词”，如Ware，Configure。而Selector表示一种“选择器”，是一种选择或筛选机制。这里就是选择Bean的机制（配置文件里写上全类名）。

五. 特殊组件：Tomcat

其实就是说的Web容器。对于普通组件，就是new一下，set一些参数就能用了。但Web容器还多了一步：启动。而且要包含在SpringBoot的启动过程中。

我们猜想，Tomcat的创建和启动应该是在SpringBoot代码里，毕竟Tomcat太特殊了。
但实际上Tomcat的创建和启动都是在Spring容器创建过程中。

5-1. 创建

在Spring启动的核心方法里，进入onRefresh()里，就能找到创建Tomcat对象的位置。

5-2 启动

很多人认为，前面代码执行完之后就算Tomcat启动了（相关日志也打印出来了），但实际并没有。前面只是创建了Tomcat实例并初始化。

启动代码在这里面

是不是很意外，Tomcat的创建启动不但放在Spring里，而且还拆的那么散。

5-3. 关闭

还有更意外的。Tomcat启动了，我们还有考虑关闭的问题。SpringBoot关闭之后，还要考虑连带着把Tomcat一并关掉。

这个就涉及到JVM关闭前的钩子函数。位置在启动Spring容器之后

addShutdownHook

Runtime.getRuntime().addShutdownHook(进程);
作用：在jvm关闭前，执行这个线程。
问题：强制杀进程，这个进程也会被执行吗？
实验结果：不会。强制执行，这个进程不会被执行。
实验方式：

1. 对照组：启动SpringBoot，然后正常关闭（idea里点关闭按钮），看日志。
2. 实验组：启动SpringBoot，然后找到进程，强制kill掉，看日志。

实验结果：
正常关闭的有这样的日志：
2023-03-13 12:28:06.440 [SpringContextShutdownHook] INFO o.s.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor-Shutting down ExecutorService 'applicationTaskExecutor'
而强制kill的没有（自己写demo也能验证）。

思考：那所谓正常关闭，是怎么关的？
其实就和SpringBoot的启动方法run一样，都在SpringApplication类里，叫exit

5-4. 单独Tomcat和SpringBoot的区别

• 单独启动Tomcat。Tomcat是一个单独的jvm进程。
• SpringBoot里的Tomcat成为了SpringBoot程序的一部分。像new普通组件一样，new出来的，只不过多了一步start。
  可以类比为 你的项目需要对外开放一个webservice接口。那么此时，你的项目就多占用了一个端口。
  但整个SpringBoot项目还是一个完整的jvm进程。
  使用ps -ef | grep java可以看一下，只有SpringBoot进程，并没有多出来一个Tomcat进程。

5-5. 策略模式

思考：Tomcat那么特殊的组件放在Spring里真的合适吗？不会把Spring正常的流程搞的一团糟吗？

现象：有些人可能找不到启动Tomcat的代码在哪里。因为在refresh方法里的finishRefresh()，点进去，发现并不是我上面截图的那个方法。

以上两件事共同引出了：Spring启动过程采用了策略模式。

先说找不到方法的问题。那个方法其实在ServletWebServerApplicationContext类中。如果你是debug，就会自然点进这个方法里。否则就会点进AbstractApplicationContext自己的finishRefresh()。看下面这个继承关系

也就是说，父类调用了子类的重写的finishRefresh()方法（这个说法其实不准确。如果你对这种现象比较困惑，请看我的另一篇博客复杂父子继承相互调用的深入理解）

再回头看一下SpringBoot的启动核心代码

在这里，也就是把context传入Spring启动流程之前。context的真实类型就已经是子类ServletWebServerApplicationContext。所以进入Spring流程，后面的很多Web相关的个性化代码都是在这个子类里执行的。

这是一个策略模式应用方式：

• 有一个公共抽象父类（抽象策略类），实现一些通用的方法。【如AbstractApplicationContext】
• 一堆子类（具体策略类）去继承。【如ServletWebServerApplicationContext】
• 最后把披着父类外衣的子类传到一个上下文环境类中执行【如SpringApplication】。会让父类表现出某个子类的行为特性。

这样子类的个性化行为就不会影响到公共父类的代码了。

Tomcat启动真的在Spring代码里？

前面看似“自圆其说”了，但其实并不对。
事实上，Tomcat启动的过程不但使用了策略模式，单独另外写了一个子类。而且这个子类实际上属于SpringBoot的代码。这是全类名
org.springframework.boot.web.servlet.context.ServletWebServerApplicationContext

现在是不是就很圆满了：SpringBoot没有动Spring代码。只是在自己的包下重写了一个AbstractApplicationContext的子类。看起来就成功侵入了Spring的流程，把Tomcat启动等一众Web特殊操作给塞进去了。
这才是策略模式的正确打开方式。

六. 总结

6-1. SpringBoot的自动装配

• StringBoot主要就是实现了一个自动装配功能。通过添加starter的方式，让用户快速使用组件。
• 特殊的web组件，如Tomcat。是通过策略模式的方式嵌入在Spring容器启动的过程中。
  一般组件如redis。是通过配置类的方式注入。配置类相关代码写在spring-boot-autoconfigure包里。配置类本身又是通过SPI的机制来加载的。用户也可以用这套机制添加自己的扩展。

6-2. 一般组件自动装配过程

1. SpringBoot通过@Import标签，注入AutoConfigurationImportSelector对象。
2. AutoConfigurationImportSelector类中有个ImportSelector方法，读取spring.factories配置文件。
3. 在Spring启动过程中，PostProcessor阶段调用了其中的ImportSelector接口方法，通过反射实例化了配置文件中的配置类。
4. 配置类创建并注入了starter需要的组件Bean。
5. 创建Bean的过程中，统一去SpringBoot的配置中读取组件自己的配置。

6-3. 一些注意点

• SpringBoot对Spring使用了策略模式。所以SpringBoot并不是简单嵌套了一下Spring。它是确实对Spring动了一些手脚，只不过是无侵入的。
• 别把SpringBoot中的Tomcat当作独立的进程。在SpringBoot里，Tomcat也是一个组件。所有组件都相当于SpringBoot代码的一部分。所以我前文写到“SpringBoot关闭之后，还要考虑连带着把Tomcat一并关掉 ”，其实是不对的。SpringBoot和Tomcat是同一个进程，这里所说的关闭，其实是他们各自的一些资源，比如连接什么。
• 由上面两点，我们再回忆一下没有SpringBoot的时代，看看发生了什么：
  • 过去：本质上，JavaWeb其实是在“完善Tomcat程序”（包括Spring在内的，我们写所有程序都是Tomcat的一部分）。
  • 现在：本质上，包括Tomcat在内的所有组件，以及我们写的代码，都是SpringBoot的一部分。
  • 所以：SpringBoot真的不像我们感觉的那么简单。Spring做到了Java行业事实上的标准。而SpringBoot在开发形式上逆转上位，做到了霸主地位（内在强大了，外在的地位也要跟上嘛）。
• starter包里什么都没有，甚至没有pom文件。用的是Maven仓库中和starter同名的xxx.pom文件做的依赖【也是本文遗留的不太确定的解释】。
• Runtime.getRuntime().addShutdownHook()在使用强制杀进程(kill -9 pid)时不会被调用。具体看这篇博客。

参考

SpringBoot自动装配原理分析二
spring注解之@Import注解的三种使用方式
Spring 使用 @Import 的好处
spring解析配置类
Runtime.getRuntime().addShutdownHook()