springboot 启动流程（三）：准备IOC容器

注：本系列源码分析基于springboot 2.2.2.RELEASE，对应的spring版本为5.2.2.RELEASE，源码的gitee仓库仓库地址：gitee.com/funcy/sprin….

上一篇文章总结springboot启动流程如下：

接上文，我们继续分析接下来的步骤。

3.8 创建ioc容器

创建ioc容器的代码如下：

ConfigurableApplicationContext context = null;
....
// 创建applicationContext
context = createApplicationContext();

我们进入SpringApplication#createApplicationContext方法：

/** 默认的 ApplicationContext */
public static final String DEFAULT_CONTEXT_CLASS = "org.springframework.context."
        + "annotation.AnnotationConfigApplicationContext";

/** servlet 应用的的 ApplicationContext */
public static final String DEFAULT_SERVLET_WEB_CONTEXT_CLASS = "org.springframework.boot."
        + "web.servlet.context.AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext";

/** Reactive 应用的 ApplicationContext */
public static final String DEFAULT_REACTIVE_WEB_CONTEXT_CLASS = "org.springframework."
        + "boot.web.reactive.context.AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext";


protected ConfigurableApplicationContext createApplicationContext() {
    Class<?> contextClass = this.applicationContextClass;
    if (contextClass == null) {
        try {
            // 根据应用类型来创建不同的容器
            switch (this.webApplicationType) {
            case SERVLET:
                // 使用的是 AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext
                contextClass = Class.forName(DEFAULT_SERVLET_WEB_CONTEXT_CLASS);
                break;
            case REACTIVE:
                contextClass = Class.forName(DEFAULT_REACTIVE_WEB_CONTEXT_CLASS);
                break;
            default:
                // 默认使用的是 AnnotationConfigApplicationContext
                contextClass = Class.forName(DEFAULT_CONTEXT_CLASS);
            }
        }
        catch (ClassNotFoundException ex) {
            throw new IllegalStateException(...);
        }
    }
    // 使用反射进行实例化
    return (ConfigurableApplicationContext) BeanUtils.instantiateClass(contextClass);
}

这个方法主要就是根据应用类型来创建不同 ApplicationContext，使用反射的方法进行实例化，各应用类型对应的ApplicationContext如下：

1. servlet 应用：AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext
2. reactive 应用：AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext
3. 以上都不是：AnnotationConfigApplicationContext

当前应用的类型是servlet，因此创建的ApplicationContext是AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext，来看看它的构造方法：

public class AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext 
        extends ServletWebServerApplicationContext implements AnnotationConfigRegistry {

    // 用来处理 BeanDefinition 的注册
    private final AnnotatedBeanDefinitionReader reader;

    // 用来处理包的扫描
    private final ClassPathBeanDefinitionScanner scanner;

    ...

    public AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext() {
        this.reader = new AnnotatedBeanDefinitionReader(this);
        this.scanner = new ClassPathBeanDefinitionScanner(this);
    }

    ...
}

AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext的构造方法还是比较简单的，只是设置了两个属性，就不多说了。不过，我们也要把目光放远一点，看看其父类的构造方法，最终在GenericApplicationContext的构造方法中找到这么一句：

public GenericApplicationContext() {
    this.beanFactory = new DefaultListableBeanFactory();
}

这行代码创建了DefaultListableBeanFactory并将其赋值给了beanFactory，这表明我们在ApplicationContext使用的beanFactory就是DefaultListableBeanFactory。

3.9 准备ioc容器

创建完ioc容器后，接着就是对容器进行一些准备操作，代码如下：

public class SpringApplication {

    ...

    private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context, 
            ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners, 
            ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) {
        // 将创建好的应用环境设置到IOC容器中
        context.setEnvironment(environment);
        // 设置容器的一些参数
        postProcessApplicationContext(context);
        // 应用Initializer进行初始化操作
        applyInitializers(context);
        //  监听器：SpringApplicationRunListeners的contextPrepared方法
        // （在创建和准备ApplicationContext之后，但在加载之前）
        listeners.contextPrepared(context);
        // 打印个日志
        if (this.logStartupInfo) {
            logStartupInfo(context.getParent() == null);
            logStartupProfileInfo(context);
        }
        // 获取beanFactory
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = context.getBeanFactory();
        // 将运行参数作为bean注册到beanFactory中
        beanFactory.registerSingleton("springApplicationArguments", applicationArguments);
        // 将 banner 作为bean注册到beanFactory中
        if (printedBanner != null) {
            beanFactory.registerSingleton("springBootBanner", printedBanner);
        }
        if (beanFactory instanceof DefaultListableBeanFactory) {
            // 是否允许bean的信息被覆盖
            ((DefaultListableBeanFactory) beanFactory)
                    .setAllowBeanDefinitionOverriding(this.allowBeanDefinitionOverriding);
        }
        // 处理懒加载
        if (this.lazyInitialization) {
            context.addBeanFactoryPostProcessor(
                    new LazyInitializationBeanFactoryPostProcessor());
        }
        // 获取所有资源
        Set<Object> sources = getAllSources();
        Assert.notEmpty(sources, "Sources must not be empty");
        // 加载 class
        load(context, sources.toArray(new Object[0]));
        // 发布事件
        listeners.contextLoaded(context);
    }
}

准备工作的步骤还是很清晰的，重要内容都已在代码中进行了注释，这里对一些操作我们稍微展开下。

1. 设置Environment

该操作的代码为

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context, 
        ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners, 
        ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) {
    // 将创建好的应用环境设置到IOC容器中
    context.setEnvironment(environment);
    ...
}

这个environment就是前面创建的environment，ioc容器也是使用这个，我们来看看设置操作：

public class AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext extends ... {

    ...

    @Override
    public void setEnvironment(ConfigurableEnvironment environment) {
        // 调用父类的方法进行设置
        super.setEnvironment(environment);
        // 也将environment设置到这两个属性中
        this.reader.setEnvironment(environment);
        this.scanner.setEnvironment(environment);
    }

    ....
}

2. 处理ioc的部分属性

我们来看看postProcessApplicationContext(context);所做的工作：

public class SpringApplication {

    ...

    protected void postProcessApplicationContext(ConfigurableApplicationContext context) {
        // 设置 beanNameGenerator，用来生成 bean 的名称，这里传入的是null
        if (this.beanNameGenerator != null) {
            context.getBeanFactory().registerSingleton(
                    AnnotationConfigUtils.CONFIGURATION_BEAN_NAME_GENERATOR,
                    this.beanNameGenerator);
        }
        // 设置 resourceLoader的相关参数，由于为null，if里的代码不会执行
        if (this.resourceLoader != null) {
            if (context instanceof GenericApplicationContext) {
                ((GenericApplicationContext) context).setResourceLoader(this.resourceLoader);
            }
            if (context instanceof DefaultResourceLoader) {
                ((DefaultResourceLoader) context).setClassLoader(
                        this.resourceLoader.getClassLoader());
            }
        }
        // 这里会执行
        if (this.addConversionService) {
            // 设置类型转换器，如把String转Number等
            context.getBeanFactory().setConversionService(
                    ApplicationConversionService.getSharedInstance());
        }
    }

    ...

}

这部分就是设置ApplicationContext的几个属性，在我们的demo中，beanNameGenerator与resourceLoader都是null，因此这两块都不会运行，能运行的就只有这块代码：

 context.getBeanFactory().setConversionService(
        ApplicationConversionService.getSharedInstance());

ConversionService在前面也提到过，它主要是用来进行参数类型转换的。

3. 应用初始化器：applyInitializers(context)

SpringApplication#applyInitializers方法如下：

public class SpringApplication {

    ...

    @SuppressWarnings({ "rawtypes", "unchecked" })
    protected void applyInitializers(ConfigurableApplicationContext context) {
        // getInitializers()：获取所有的初始化器
        for (ApplicationContextInitializer initializer : getInitializers()) {
            Class<?> requiredType = GenericTypeResolver.resolveTypeArgument(initializer.getClass(),
                    ApplicationContextInitializer.class);
            Assert.isInstanceOf(requiredType, context, "Unable to call initializer.");
            // 逐一调用initializer的initialize(...)方法
            initializer.initialize(context);
        }
    }

}

这块操作还是很清晰的，就是获取所有的Initializer，然后遍历，逐个调用其initialize(...)方法。

这里还需要提下，getInitializers()是怎么获取Initializer的呢？相关代码如下：

public class SpringApplication {

    private List<ApplicationContextInitializer<?>> initializers;

    ...

    // 在构造方法中设置的 initializers
    public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
        ...

        // 设置初始化器，getSpringFactoriesInstances：从 META-INF/spring.factories 中获取配置
        setInitializers((Collection) getSpringFactoriesInstances(
                ApplicationContextInitializer.class));

        ...
    }

    // 获取 Initializer 的操作，从属性中获取
    public Set<ApplicationContextInitializer<?>> getInitializers() {
        return asUnmodifiableOrderedSet(this.initializers);
    }

    ...

看了代码就明白了，在前面分析SpringApplication的构造方法时，我们提到springboot会从META-INF/spring.factories获取配置的Initializer，将其设置到initializers属性，而这里就是使用Initializer的地方了。

4. 获取所有资源

代码如下：

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context, 
        ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners, 
        ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) {
    ...
    // 获取所有资源
    Set<Object> sources = getAllSources();
    ...
}

进入getAllSources()方法：

// 将 primarySources 放入set中，然后将set转化为不可变的set，返回
public Set<Object> getAllSources() {
    Set<Object> allSources = new LinkedHashSet<>();
    if (!CollectionUtils.isEmpty(this.primarySources)) {
        allSources.addAll(this.primarySources);
    }
    // sources 为空，if不执行
    if (!CollectionUtils.isEmpty(this.sources)) {
        allSources.addAll(this.sources);
    }
    return Collections.unmodifiableSet(allSources);
}

这个方法很简单，就一个话：将 primarySources 放入set中，然后将set转化为不可变的set，返回。

那这个primarySources是啥呢？这就又要回到SpringApplication的构造方法了：

public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class<?>... primarySources) {
    ...
    // 这里设置了 primarySources
    Assert.notNull(primarySources, "PrimarySources must not be null");
    this.primarySources = new LinkedHashSet<>(Arrays.asList(primarySources));
    ...
}

然后继续往上，最后发现primarySources是我们在main方法中传入的：

@SpringBootApplication
public class Demo01Application {

    public static void main(String[] args) {
        // Demo01Application.class 就是 primarySources
        SpringApplication.run(Demo01Application.class, args);
    }

}

我们传入的Demo01Application.class就是primarySources！

因此，getAllSources()返回了一个set，set中只有一个元素：Demo01Application.class，我们也可以通过调试来验证：

5. 加载资源

这个操作的代码如下：

private void prepareContext(ConfigurableApplicationContext context, 
        ConfigurableEnvironment environment, SpringApplicationRunListeners listeners, 
        ApplicationArguments applicationArguments, Banner printedBanner) {
    ...
    // 加载 class
    load(context, sources.toArray(new Object[0]));
    ...
}

进入SpringApplication#load方法：

public class SpringApplication {
    ...

    protected void load(ApplicationContext context, Object[] sources) {
        // 创建一个BeanDefinition的加载器
        BeanDefinitionLoader loader = createBeanDefinitionLoader(
                getBeanDefinitionRegistry(context), sources);
        // 当前 beanNameGenerator 为 null，不调用
        if (this.beanNameGenerator != null) {
            loader.setBeanNameGenerator(this.beanNameGenerator);
        }
        // 当前 resourceLoader 为 null，不调用
        if (this.resourceLoader != null) {
            loader.setResourceLoader(this.resourceLoader);
        }
        // 当前 environment 为 null，不调用
        // 前面创建的environment并没有赋值到成员变量
        if (this.environment != null) {
            loader.setEnvironment(this.environment);
        }
        loader.load();
    }
    ...
}

这个方法先是创建了一个BeanDefinitionLoader实例，上面获取的source会在BeanDefinitionLoader的构造方法中传入到实例中，然后对该loader进行一系列的属性设置，最后再调用其load()方法。这里需要说明的是，虽然前面创建了environment，但 this.environment 还是为null，原因是前面创建的environment并没有赋值给this.environment。

我们继续，进入BeanDefinitionLoader#load()：

class BeanDefinitionLoader {

    ...

    int load() {
        int count = 0;
        // 这里的 sources 中就只有一个元素：Demo01Application.class
        for (Object source : this.sources) {
            count += load(source);
        }
        return count;
    }

    // 处理加载操作
    private int load(Object source) {
        Assert.notNull(source, "Source must not be null");
        // Class 类型在这里加载
        if (source instanceof Class<?>) {
            // source 为 Demo01Application.class，我们主要关注这个方法
            return load((Class<?>) source);
        }
        if (source instanceof Resource) {
            return load((Resource) source);
        }
        if (source instanceof Package) {
            return load((Package) source);
        }
        if (source instanceof CharSequence) {
            return load((CharSequence) source);
        }
        throw new IllegalArgumentException("Invalid source type " + source.getClass());
    }

    // Class 类型的加载操作
    private int load(Class<?> source) {
        // 处理 grouovy 语言的，不用管
        if (isGroovyPresent() && GroovyBeanDefinitionSource.class.isAssignableFrom(source)) {
            GroovyBeanDefinitionSource loader 
                    = BeanUtils.instantiateClass(source, GroovyBeanDefinitionSource.class);
            load(loader);
        }
        // 是否有 @Component 注解
        if (isComponent(source)) {
            // 在这里生成 BeanDefinition 对象，并注册到spring中
            this.annotatedReader.register(source);
            return 1;
        }
        return 0;
    }
    ...

在创建BeanDefinitionLoader实例时，通过其构造方法将sources传入了BeanDefinitionLoader的实例中，sources中就只有一个元素：Demo01Application.class，因此我们只需关注Class类型资源的加载就可以了，最终到了BeanDefinitionLoader#load(java.lang.Class<?>)方法，该方法所做的操作为：判断传入的Class是否有@Component，如果有就将其注册到ioc容器中。

那么Demo01Application.class是否有@Component注解呢？有的，不过隐藏得比较深，其注解层级如下：

@SpringBootApplication
public class Demo01Application {
    ...
}

进入@SpringBootApplication：

...
@SpringBootConfiguration
...
public @interface SpringBootApplication {
    ...
}

继续进入@SpringBootApplication：

...
@Configuration
public @interface SpringBootConfiguration {
    ...
}

继续进入@Configuration：

...
@Component
public @interface Configuration {
    ...
}

经过重重波折，最终在@Configuration注解上找到了@Component.

关于this.annotatedReader.register(source)注册的具体操作，这块在spring分析中，已经分析过了，这里就不再分析了。

限于篇幅，本文就到这里了，下篇继续分析剩下的流程。

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