今天來扒一扒Spring在啟動過程中核心的12個步驟

(資料圖片)

之所以來寫這篇文章，主要是來填坑的

之前在三萬字盤點Spring 9大核心基礎功能這篇文章的末尾中給自己挖了一個坑，提了一嘴有機會要寫這么一篇文章

但是由于Spring啟動過程并不復雜，所以后面就沒寫了

不過，好巧不巧，剛剛好有兄弟來催更了，那么此時這個機會就來了，這篇文章也就有了

前言

Spring啟動時候整個入口是這么一個方法

AbstractApplicationContext#refresh

總共有12個方法，也就是啟動時的核心步驟

AbstractApplicationContext有眾多實現，這里我選擇SpringBoot Web應用默認的實現來講

AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext

AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext類圖

對應的SpringBoot版本為 2.2.5.RELEASE

高版本refresh方法會多一些日志相關的代碼，這里為了方便講解，就使用這個版本

所以后面本文提到的所有子類的方法實現、重寫都是指AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext及其父類

本文主要是講一些啟動的步驟，具體的很多技術實現細節、技術點這里就不過多贅述

如果有疑問的，可以查看三萬字盤點Spring 9大核心基礎功能這篇文章或者公眾號菜單欄中關于Spring的文章，基本上都能找到答案

prepareRefresh

prepareRefresh整個刷新的一個步驟，這個步驟是做啟動的一個準備操作

ApplicationContext剛創建出來，什么也沒有，所以需要做一些準備

首先是做一些狀態位的變更，表明開始啟動了或者刷新了

后面一行

initPropertySources

initPropertySources是一個模板方法，本身是一個空實現，是給子類用的

我們的這個子類就重寫了initPropertySources方法

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會將Servlet相關的配置加入到Environment中，這樣我們就能從Environment中獲取到Servlet相關的配置了

再后面一行

getEnvironment().validateRequiredProperties()

這行代碼就是校驗一些必要的配置屬性，我們可以通過ConfigurableEnvironment來設置哪些屬性是必要的，默認是沒有必要的

所以prepareRefresh就是做了一些前置操作，準備好一些屬性配置相關的東西，后面的其它環節，比如說生成Bean時可能需要用到這些配置

obtainFreshBeanFactory

這一步驟是刷新BeanFactory并且獲取BeanFactory

refreshBeanFactory() 和 getBeanFactory() 都是抽象方法，由子類來實現的

而子類的實現其實很簡單，就是給beanFactory設置一個id和返回beanFactory

beanFactory就是下面這個玩意

并且創建對象的ApplicationContext對象的時候就創建了，類型為

DefaultListableBeanFactory

所以從這就可以看出來，雖然說BeanFactory是一個接口，有非常多的實現

但是實際情況下，真正使用的就是DefaultListableBeanFactory

并且DefaultListableBeanFactory其實算是BeanFactory唯一真正的實現

除此之外，還可以得出一個結論，ApplicationContext中有一個BeanFactory（DefaultListableBeanFactory）

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prepareBeanFactory

上一步驟獲取到了BeanFactory，但是這個BeanFactory僅僅就是剛剛new出來的，什么也沒有

所以當前步驟就是對BeanFactory做一些配置工作

前三行代碼

先給BeanFactory設置了一個ClassLoader，因為BeanFactory是用來創建Bean，需要加載Bean class對象

然后設置了一個BeanExpressionResolver，這個是用來解析SpEL表達式的

然后添加了一個PropertyEditorRegistrar，也就是

ResourceEditorRegistrar

這個的作用就是為BeanFactory添加一堆跟資源相關的PropertyEditor

ResourceEditorRegistrar核心實現方法

PropertyEditor之前說過，就是進行類型轉換的，將一個字符串轉成對應的類型

接下來這幾行

這里主要是添加了一個BeanPostProcessor，也就是

ApplicationContextAwareProcessor

BeanPostProcessor我們都知道會在Bean的生命周期階段進行回調，是Bean的生命周期一個核心的環節

ApplicationContextAwareProcessor這個是用來處理Bean生命周期中的Aware回調有關

當你的Bean實現這些接口的時候，在創建的時候Spring會回調這些接口，傳入對應的對象

而后面的這行代碼

beanFactory.ignoreDependencyInterface(EnvironmentAware.class);

意思是說，如果你的Bean想注入一個EnvironmentAware對象

@Resourceprivate EnvironmentAware environmentAware;

這是不允許的

因為很簡單，注入一個EnvironmentAware對象，沒有實際的意義

后面的其它幾行代碼也都是這個意思

再接下來這幾行

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這跟上面的ignoreDependencyInterface作用相反

他是來設置依賴注入時Bean的類型所對應的對象

比如說這行代碼

beanFactory.registerResolvableDependency(BeanFactory.class, beanFactory);

這行代碼的意思就是當你需要注入一個Bean類型為BeanFactory.class類型的時候

@Resourceprivate BeanFactory beanFactory;

那么實際注入的就是方法第二個參數beanFactory，也就是上面獲取的DefaultListableBeanFactory對象

同理，注入ResourceLoader、ApplicationEventPublisher、ApplicationContext時，其實注入的對象都是this，也就是當前的ApplicationContext對象

再再接下來這幾行

最開始又添加了一個BeanPostProcessor

ApplicationListenerDetector

這個BeanPostProcessor是跟ApplicationListener有關

他是將單例的ApplicationListener給添加到ApplicationContext中

再后面就是往BeanFactory里面添加一些跟配置屬性相關的單例對象，如果有哪里用到，就可以從BeanFactory中獲取到了

prepareBeanFactory就完了

正如方法名字的含義一樣，就是對BeanFactory做一些配置相關的東西

比如添加一些BeanPostProcessor，注冊一些PropertyEditor

為Bean的生成做準備操作

最后畫張圖來總結一下這個方法的作用

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此時BeanFactory狀態就是這樣的

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postProcessBeanFactory

這個方法是一個模板方法

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本身是空實現，是交給子類來擴展，子類可以根據不同的特性再對BeanFactory進行一些準備工作

比如我們用的這個Web實現就重寫了這個方法，對BeanFactory設置一些Web相關的配置

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AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext#postProcessBeanFactory

首先調用父類ServletWebServerApplicationContext的postProcessBeanFactory

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ServletWebServerApplicationContext#postProcessBeanFactory

前兩行代碼跟之前說的一樣，也是添加Aware接口的回調對應的BeanPostProcessor，只不過這個Aware是跟Servlet相關的東西

接下來調用registerWebApplicationScopes方法，最終會調到下面這個方法

WebApplicationContextUtils#registerWebApplicationScopes

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這個方法干了兩件事

第一件事就是注冊一下Bean在Web環境下的作用域request、session，八股文中的東西

第二個就是注冊一些依賴注入時Bean類型和對應的對象，這在日常開發中還是有用的

比如可以直接注入一個ServletRequest

@Resourceprivate ServletRequest servletRequest;

所以，父類的實現主要還是對BeanFactory進行一些配置，只不過配置的主要是跟Web環境相關的東西

現在來看看AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext自身的實現

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核心代碼就是這兩行

this.scanner.scan(this.basePackages);this.reader.register(ClassUtils.toClassArray(this.annotatedClasses));

scanner和reader就是下面這兩個玩意

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也就是說，如果這些配置都不是空的話，那么此時就會掃描對應的包的下Bean，生成對應的BeanDenifition，再注冊到DefaultListableBeanFactory

至于為什么會存到DefaultListableBeanFactory中，可以看看之前的文章

此時BeanFactory大概是這么一個狀態

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除此之外，還有一個賊重要的事

AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext這個ApplicationContext創建時會去創建AnnotatedBeanDefinitionReader

而AnnotatedBeanDefinitionReader的構造方法最終會調用這么一行代碼

AnnotationConfigUtils#registerAnnotationConfigProcessors(BeanDefinitionRegistry registry)

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這個方法非常重要，他會去注冊一些BeanDefinition到BeanFactory中，這里我稱為Spring內部的Bean

這里我說幾個常見和重要的

ConfigurationClassPostProcessor：這個是用來處理配置類的，非常重要，記住這個類，后面有大用AutowiredAnnotationBeanPostProcessor：處理@Autowired、@Value注解CommonAnnotationBeanPostProcessor：處理@Resource、@PostConstruct等注解

所以除了掃描出來的一些Bean對應的BeanDefinition，還有一些Spring內部的Bean會注冊到BeanFactory中

此時BeanFactory的狀態就如下圖所示

不過，在SpringBoot默認情況下，不會指定包和配置類，也就不會掃描文件，生成BeanDefinition

但是內部創建的BeanDefinition依然存在，并且在ApplicationContext創建的時候就注冊到BeanFactory中了

所以總結來說，postProcessBeanFactory這個方法是交給子類對BeanFactory做一些準備操作，并且可能會掃描Bean

invokeBeanFactoryPostProcessors

從這個方法的名字可以看出，是調用BeanFactoryPostProcessor，這個步驟非常重要，而且過程有點繞

前置知識：BeanFactoryPostProcessor及其子接口

BeanFactoryPostProcessor是一個接口，有一個方法，方法參數就是BeanFactory

通過這個方法就可以拿到BeanFactory，然后對BeanFactory做一些自己的調整

比如說，你想關閉循環依賴，你就可以實現這個接口，然后進行調整

他還有一個子接口BeanDefinitionRegistryPostProcessor

這個接口是對BeanDefinitionRegistry進行調整，BeanDefinitionRegistry就是存BeanDefinition的地方，真實的實現就是DefaultListableBeanFactory

所以BeanDefinitionRegistryPostProcessor的作用就是往BeanDefinitionRegistry（DefaultListableBeanFactory）中添加BeanDefinition的

再看invokeBeanFactoryPostProcessors

有了這兩個前置知識之后，我們來看看invokeBeanFactoryPostProcessors方法的實現

這個方法最終會調用下面方法來真正的處理

PostProcessorRegistrationDelegate.invokeBeanFactoryPostProcessors;

這個方法比較長，大致分為兩件事

調用所有的BeanDefinitionRegistryPostProcessor，解析配置類，注冊BeanDefinition到DefaultListableBeanFactory中從BeanFactory中獲取所有的BeanFactoryPostProcessor進行調用，完成對BeanFactory一些其它的擴展調用BeanDefinitionRegistryPostProcessor

首先第一步，先從BeanFactory中獲取到所有的BeanDefinitionRegistryPostProcessor對象，調用它的postProcessBeanDefinitionRegistry方法

還記得上一節在說注冊Spring內部的Bean時特地強調的一個類ConfigurationClassPostProcessor不？

他就實現了BeanDefinitionRegistryPostProcessor接口

所以此時獲取到的就是ConfigurationClassPostProcessor

獲取ConfigurationClassPostProcessor的時候會走Bean的生命周期，也就是會回調前面添加的BeansPostProcessor，但是也沒幾個

之后會調用他的postProcessBeanDefinitionRegistry方法，來處理此時BeanFactory中的配置類

配置類從哪來，前面一直沒提到過

但是看一下ApplicationContext是如何使用的就知道了

比如說，下面這個demo

在創建一個ApplicationContext之后，在注冊一個Bean之后再refresh

此時這個注冊的Bean就是配置類。

如果你不注冊，那是真沒有配置類，此時也就沒什么意義了。

所以，ApplicationContext一定會有一個配置類，不然沒有意義。

在SpringBoot條件下，SpringBoot在啟動時就會將啟動引導類當做配置類給扔到BeanFactory中。

所以ConfigurationClassPostProcessor最開始處理的時候，就是處理啟動引導類

我們可以在ConfigurationClassPostProcessor方法實現上打個斷點驗證一下

在處理之前可以看見，除了幾個spring內部的BeanDefinition之外，還有一個myApplication，就是我的啟動引導類

處理的時候它會解析啟動引導類的注解，進行自動裝配，掃描你寫的代碼的操作，之后生成BeanDefinition

當處理完成之后我們再看看，DefaultListableBeanFactory有了非常多的BeanDefinition了

所以到第一步就完成了，此時BeanFactory就加載了很多Bean

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接下來，由于又新注冊了很多BeanDefinition，而這些里面就有可能有BeanDefinitionRegistryPostProcessor接口的實現

所以之后會重復從BeanFactory中獲取BeanDefinitionRegistryPostProcessor，調用postProcessBeanDefinitionRegistry

一直會循環下去，直到所有的BeanDefinitionRegistryPostProcessor都被調用為止

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由于BeanDefinitionRegistryPostProcessor繼承BeanFactoryPostProcessor

所以之后也會調用BeanDefinitionRegistryPostProcessor的postProcessBeanFactory方法

調用BeanFactoryPostProcessor

當調完所有的BeanDefinitionRegistryPostProcessor實現方法

之后就會從BeanFactory獲取所有的BeanFactoryPostProcessor（除了BeanDefinitionRegistryPostProcessor實現之外），調用postProcessBeanFactory方法

此時就可以通過BeanFactoryPostProcessor再次對BeanFactory進制擴展

總的來說，這一步驟的核心作用就是完成對BeanFactory自定義擴展，但是由于BeanFactoryPostProcessor都是Bean，所以要第一步先加載Bean，之后才能通過BeanFactoryPostProcessor來擴展

一張圖來總結上面主要干的事

這里簡化了一些前面提到東西

registerBeanPostProcessors

上面一個步驟已經完成了Bean的掃描和對BeanFactory的擴展

這一節通過方法名就可以看出，是跟BeanPostProcessor相關

不過在這個方法執行之前，我們先來看看此時BeanFactory中已經有了哪些BeanPostProcessor

此時只有4個，前3個前面都提到過，但是像我們熟知的處理@Autowired、@Resource注解的BeanPostProcessor都不在里面

所以這里就有一個非常重要的小細節

在當前這個步驟執行之前如果從BeanFactory中獲取Bean的話，雖然會走Bean生命周期的整個過程，但是@Autowired、@Resource注解都不會生效，因為此時BeanFactory中還沒有處理這些注解的BeanPostProcessor（CommonAnnotationBeanPostProcessor等）

什么意思呢，舉個例子

比如上面一節，在當前步驟執行之前會從BeanFactory中獲取BeanFactoryPostProcessor

假設現在你實現了BeanFactoryPostProcessor，想注入一個ApplicationContext對象

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此時是注入不成功的，@Resource注解不會生效，就是這個意思。

這時只能通過ApplicationContextAware方式獲取，因為有對應的BeanPostProcessor（ApplicationContextAwareProcessor）

接下來我們再來看看registerBeanPostProcessors實現

最終也是調用下面的方法

PostProcessorRegistrationDelegate#registerBeanPostProcessors

這個過程就沒上面那個步驟復雜了

其實就是從BeanFactory中獲取到所有的BeanPostProcessor，然后添加到BeanFactory中

不過值得注意的是，BeanPostProcessor創建會有優先級，優先級高的會先被創建和添加到BeanFactory中

到這一步其實BeanFactory就算是準備完成了，基本上跟創建Bean相關的前置操作幾乎都完成了

最后再來張圖總結一下這個方法干的事

initMessageSource

這個方法是處理國際化相關的操作

這個操作比較簡單，就是從BeanFactory中看看有沒有Bean名稱為messageSource的Bean

有的話就使用這個MessageSource，沒有的話就用默認的

不過SpringBoot項目下會自動裝配一個MessageSource，所以此時容器中是有的

initApplicationEventMulticaster

這個方法跟上面的差不多，也是從BeanFactory找有沒有ApplicationEventMulticaster

有就用容器中的，沒有就自己創建一個

ApplicationEventMulticaster是真正用來發布事件的，ApplicationEventPublisher最終也是調用他來發布事件

ApplicationEventMulticaster內部會緩存所有的監聽器

當通過ApplicationEventMulticaster發布事件的時候，會去找到所有的監聽器，然后調用

onRefresh

onRefresh也是一個模板方法，本身也是空實現

子類重寫這個方法，會去創建一個Web服務器

registerListeners

這個方法其實也比較簡單，就是將監聽器給添加到ApplicationEventMulticaster中

finishBeanFactoryInitialization

這個方法首先又是老套路，就是判斷容器中有沒有ConversionService

ConversionService也是用來做類型轉換的，跟前面提到的PropertyEditor作用差不多

如果有，就把ConversionService設置到BeanFactory中

到這一步，BeanFactory才算真的準備完成。。。

之后其實干的事就不太重要了

但是最后一行比較重要

beanFactory.preInstantiateSingletons();

從方法的命名就可以看出，實例化所有的單例對象

因為對于BeanFactory的一些配置在前面都完成了，所以這里就可以來實例化所有的單例對象了

這個方法會做兩件事

第一件事就是實例化所有的非懶加載的單例Bean

實際上就是通過getBean方法來的，因為獲取Bean，不存在的時候就會創，會走Bean的生命周期

第二件事就是一旦單例Bean實現了SmartInitializingSingleton接口，就會調用SmartInitializingSingleton的afterSingletonsInstantiated方法

這個其實也算是Bean生命周期的一部分。

finishRefresh

這個方法是整個Spring容器刷新的最后一個方法

這個方法就是收尾的操作

清理一下緩存操作

之后就是初始化LifecycleProcessor

都是一樣的套路，優先用BeanFactory中的

后面就會調用LifecycleProcessor#onRefresh方法

這個方法的作用就是，如果你的Bean實現了SmartLifecycle的接口，會調start的方法

隨后就發布一個ContextRefreshedEvent事件，表明容器已經刷新完成了

在Web環境底下，這個finishRefresh方法被重寫了

主要是多干了一件事，那就是啟動Web服務器

并且會發布了一個ServletWebServerInitializedEvent事件

這個事件在SpringBoot中用的不多

但是在SpringCloud中卻非常重要

在SpringCloud環境底下會有一個類監聽這個事件

一旦監聽到這個事件，SpringCloud就會將當前的服務的信息自動注冊到注冊中心上

這就是服務自動注冊的原理

總結

這里再來簡單回顧一下Spring啟動大致的幾個過程

最開始的準備操作，這部分就是準備一些配置屬性相關的

之后連續好幾個方法都是準備BeanFactory的，我把上面那張圖拿過來

整個準備BeanFactory過程大致如下：

先配置BeanFactory通過ConfigurationClassPostProcessor加載Bean到BeanFactory中從上一步加載的Bean中獲取BeanFactoryPostProcessor，完成對BeanFactory做自定義處理從上一步加載的Bean中獲取BeanPostProcessor，添加到BeanFactory中

當這些步驟完成之后，BeanFactory跟Bean創建相關的配置幾乎算是配置完成了

之后其實就是一些ApplicationContext內部的一些組價的初始化，比如MessageSource、ApplicationEventMulticaster等等

優先從BeanFactory中獲取，沒有再用默認的

到這ApplicationContext也算配置完成了，之后就可以實例化單例非懶加載的Bean了

再后面就是一些掃尾的操作，發布一個ContextRefreshedEvent事件，表明容器已經刷新完成了

這時Spring就就算是真正啟動完成了。

最后，如果本篇文章對你所有幫助，歡迎轉發、點贊、收藏、在看，非常感謝。

最后的最后，再來留個坑，有機會再來扒一扒SpringBoot在啟動時都做了哪些事

至于啥時候填，那就等一個有緣人吧。。

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