SpringBoot原理
Java Java Web Spring SpringBoot 框架
SpringBoot原理
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SpringBoot原理

Spring是目前世界上最流行的Java框架，它可以帮助我们更加快速、更加容易的来构建Java项目。而在Spring家族当中提供了很多优秀的框架，而所有的框架都是基于一个基础框架的SpringFramework(也就是Spring框架)。而前面我们也提到，如果我们直接基于Spring框架进行项目的开发，会比较繁琐。

这个繁琐主要体现在两个地方：

  1. 在pom.xml中依赖配置比较繁琐，在项目开发时，需要自己去找到对应的依赖，还需要找到依赖它所配套的依赖以及对应版本，否则就会出现版本冲突问题。
  2. 在使用Spring框架进行项目开发时，需要在Spring的配置文件中做大量的配置，这就造成Spring框架入门难度较大，学习成本较高。


基于Spring存在的问题，官方在Spring框架4.0版本之后，又推出了一个全新的框架：SpringBoot。

通过 SpringBoot来简化Spring框架的开发(是简化不是替代)。我们直接基于SpringBoot来构建Java项目，会让我们的项目开发更加简单，更加快捷。

SpringBoot框架之所以使用起来更简单更快捷，是因为SpringBoot框架底层提供了两个非常重要的功能：一个是起步依赖，一个是自动配置。

  • 通过SpringBoot所提供的起步依赖，就可以大大的简化pom文件当中依赖的配置，从而解决了Spring框架当中依赖配置繁琐的问题。
  • 通过自动配置的功能就可以大大的简化框架在使用时bean的声明以及bean的配置。我们只需要引入程序开发时所需要的起步依赖，项目开发时所用到常见的配置都已经有了，我们直接使用就可以了。

起步依赖

假如我们没有使用SpringBoot，用的是Spring框架进行web程序的开发，此时我们就需要引入web程序开发所需要的一些依赖。

  • spring-webmvc依赖：这是Spring框架进行web程序开发所需要的依赖
  • servlet-api依赖：Servlet基础依赖
  • jackson-databind依赖：JSON处理工具包
  • 如果要使用AOP，还需要引入aop依赖、aspect依赖

项目中所引入的这些依赖，还需要保证版本匹配，否则就可能会出现版本冲突问题。

如果我们使用了SpringBoot，就不需要像上面这么繁琐的引入依赖了。我们只需要引入一个依赖就可以了，那就是web开发的起步依赖：springboot-starter-web。


为什么我们只需要引入一个web开发的起步依赖，web开发所需要的所有的依赖都有了呢？

  • 因为Maven的依赖传递。
    • 在SpringBoot给我们提供的这些起步依赖当中，已提供了当前程序开发所需要的所有的常见依赖(官网地址：https://docs.spring.io/spring-boot/docs/2.7.7/reference/htmlsingle/#using.build-systems.starters)。
    • 比如：springboot-starter-web，这是web开发的起步依赖，在web开发的起步依赖当中，就集成了web开发中常见的依赖：json、web、webmvc、tomcat等。我们只需要引入这一个起步依赖，其他的依赖都会自动的通过Maven的依赖传递进来。

结论：起步依赖的原理就是Maven的依赖传递。

自动配置

概述

SpringBoot的自动配置就是当Spring容器启动后，一些配置类、bean对象就自动存入到了IOC容器中，不需要我们手动去声明，从而简化了开发，省去了繁琐的配置操作。

比如：我们要进行事务管理、要进行AOP程序的开发，此时就不需要我们再去手动的声明这些bean对象了，我们直接使用就可以从而大大的简化程序的开发，省去了繁琐的配置操作。

下面我们打开idea，一起来看下自动配置的效果：

  • 运行SpringBoot启动类


大家会看到有两个CommonConfig，在第一个CommonConfig类中定义了一个bean对象，bean对象的名字叫reader。

在第二个CommonConfig中它的bean名字叫commonConfig，为什么还会有这样一个bean对象呢？原因是在CommonConfig配置类上添加了一个注解@Configuration，而@Configuration底层就是@Component，所以配置类最终也是SpringIOC容器当中的一个bean对象。


在IOC容器中除了我们自己定义的bean以外，还有很多配置类，这些配置类都是SpringBoot在启动的时候加载进来的配置类。这些配置类加载进来之后，它也会生成很多的bean对象。

比如：配置类GsonAutoConfiguration里面有一个bean，bean的名字叫gson，它的类型是Gson。

com.google.gson.Gson是谷歌包中提供的用来处理JSON格式数据的。


当我们想要使用这些配置类中生成的bean对象时，可以使用@Autowired就自动注入了：

import com.google.gson.Gson;
import com.itheima.pojo.Result;
import org.junit.jupiter.api.Test;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.boot.test.context.SpringBootTest;

@SpringBootTest
public class AutoConfigurationTests {

    @Autowired
    private Gson gson;


    @Test
    public void testJson(){
        String json = gson.toJson(Result.success());
        System.out.println(json);
    }
}


添加断点，使用debug模式运行测试类程序：


问题：在当前项目中我们并没有声明谷歌提供的Gson这么一个bean对象，却可以通过@Autowired从Spring容器中注入bean对象，那么这个bean对象怎么来的？

答案：SpringBoot项目在启动时通过自动配置完成了bean对象的创建。

常见方案

我们知道了什么是自动配置之后，接下来我们就要来剖析自动配置的原理。解析自动配置的原理就是分析在 SpringBoot项目当中，我们引入对应的依赖之后，是如何将依赖jar包当中所提供的bean以及配置类直接加载到当前项目的SpringIOC容器当中的。

接下来，我们就直接通过代码来分析自动配置原理。

准备工作：在Idea中导入”资料\03. 自动配置原理”下的itheima-utils工程

1、在SpringBoot项目 spring-boot-web-config2 工程中，通过坐标引入itheima-utils依赖

@Component
public class TokenParser {
    public void parse(){
        System.out.println("TokenParser ... parse ...");
    }
}


2、在测试类中，添加测试方法

@SpringBootTest
public class AutoConfigurationTests {

    @Autowired
    private ApplicationContext applicationContext;


    @Test
    public void testTokenParse(){
        System.out.println(applicationContext.getBean(TokenParser.class));
    }

    //省略其他代码...
}


异常信息描述： 没有com.example.TokenParse类型的bean

说明：在Spring容器中没有找到com.example.TokenParse类型的bean对象


引入进来的第三方依赖当中的bean以及配置类为什么没有生效？

  • 原因在我们之前讲解IOC的时候有提到过，在类上添加@Component注解来声明bean对象时，还需要保证@Component注解能被Spring的组件扫描到。
  • SpringBoot项目中的@SpringBootApplication注解，具有包扫描的作用，但是它只会扫描启动类所在的当前包以及子包。
  • 当前包：com.itheima， 第三方依赖中提供的包：com.example（扫描不到）


那么如何解决以上问题？

  • 方案1：@ComponentScan 组件扫描
  • 方案2：@Import 导入（使用@Import导入的类会被Spring加载到IOC容器中）

@ComponentScan组件扫描

@SpringBootApplication
@ComponentScan({"com.itheima","com.example"}) //指定要扫描的包
public class SpringbootWebConfig2Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringbootWebConfig2Application.class, args);
    }
}

如果采用以上这种方式来完成自动配置，那我们进行项目开发时，当需要引入大量的第三方的依赖，就需要在启动类上配置N多要扫描的包，这种方式会很繁琐。而且这种大面积的扫描性能也比较低。

缺点：

  1. 使用繁琐
  2. 性能低

结论：SpringBoot中并没有采用以上这种方案。

@Import导入

  • 导入形式主要有以下几种：
    1. 导入普通类
    2. 导入配置类
    3. 导入ImportSelector接口实现类


1). 使用@Import导入普通类：

@Import(TokenParser.class) //导入的类会被Spring加载到IOC容器中
@SpringBootApplication
public class SpringbootWebConfig2Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringbootWebConfig2Application.class, args);
    }
}


2). 使用@Import导入配置类：

  • 配置类
@Configuration
public class HeaderConfig {
    @Bean
    public HeaderParser headerParser(){
        return new HeaderParser();
    }

    @Bean
    public HeaderGenerator headerGenerator(){
        return new HeaderGenerator();
    }
}
  • 启动类
@Import(HeaderConfig.class) //导入配置类
@SpringBootApplication
public class SpringbootWebConfig2Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringbootWebConfig2Application.class, args);
    }
}
  • 测试类
@SpringBootTest
public class AutoConfigurationTests {
    @Autowired
    private ApplicationContext applicationContext;

    @Test
    public void testHeaderParser(){
        System.out.println(applicationContext.getBean(HeaderParser.class));
    }

    @Test
    public void testHeaderGenerator(){
        System.out.println(applicationContext.getBean(HeaderGenerator.class));
    }
    
    //省略其他代码...
}


3). 使用@Import导入ImportSelector接口实现类：

  • ImportSelector接口实现类
public class MyImportSelector implements ImportSelector {
    public String[] selectImports(AnnotationMetadata importingClassMetadata) {
        //返回值字符串数组（数组中封装了全限定名称的类）
        return new String[]{"com.example.HeaderConfig"};
    }
}
  • 启动类
@Import(MyImportSelector.class) //导入ImportSelector接口实现类
@SpringBootApplication
public class SpringbootWebConfig2Application {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringbootWebConfig2Application.class, args);
    }
}


我们使用@Import注解通过这三种方式都可以导入第三方依赖中所提供的bean或者是配置类。

如果基于以上方式完成自动配置，当要引入一个第三方依赖时，还需要知道第三方依赖中有哪些配置类和哪些Bean对象，对程序员来讲，很不友好，而且比较繁琐。当我们要使用第三方依赖，依赖中到底有哪些bean和配置类，只有第三方依赖自身最清楚。

结论：我们不用自己指定要导入哪些bean对象和配置类，让第三方依赖自己来指定。


怎么让第三方依赖自己指定bean对象和配置类？

  • 比较常见的方案就是第三方依赖给我们提供一个注解，这个注解一般都以@EnableXxxx开头的注解，注解中封装的就是@Import注解


4). 使用第三方依赖提供的 @EnableXxxxx注解

  • 第三方依赖中提供的注解
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Target(ElementType.TYPE)  //第1、2行是元注解，不必在意
@Import(MyImportSelector.class)//指定要导入哪些bean对象或配置类
public @interface EnableHeaderConfig { 
}
  • 在使用时只需在启动类上加上@EnableXxxxx注解即可
@EnableHeaderConfig  //使用第三方依赖提供的Enable开头的注解
@SpringBootApplication
public class SpringbootWebConfig2Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SpringbootWebConfig2Application.class, args);
    }
}


以上四种方式都可以完成导入操作，但是第4种方式会更方便更优雅，而这种方式也是SpringBoot当中所采用的方式。

原理分析

源码跟踪

前面讲解了在项目当中引入第三方依赖之后，如何加载第三方依赖中定义好的bean对象以及配置类，从而完成自动配置操作。那下面通过源码跟踪的形式来剖析下SpringBoot底层到底是如何完成自动配置的。

要搞清楚SpringBoot的自动配置原理，要从SpringBoot启动类上使用的核心注解@SpringBootApplication开始分析：


在@SpringBootApplication注解中包含了：

  • 元注解（不再解释）
  • @SpringBootConfiguration
  • @EnableAutoConfiguration
  • @ComponentScan


我们先来看第一个注解：@SpringBootConfiguration


@SpringBootConfiguration注解上使用了@Configuration，表明SpringBoot启动类就是一个配置类。

@Indexed注解，是用来加速应用启动的（不用关心）。


接下来再先看@ComponentScan注解：


@ComponentScan注解是用来进行组件扫描的，扫描启动类所在的包及其子包下所有被@Component及其衍生注解声明的类。

SpringBoot启动类，之所以具备扫描包功能，就是因为包含了@ComponentScan注解。


最后来看看@EnableAutoConfiguration注解（自动配置核心注解）：


使用@Import注解，导入了实现ImportSelector接口的实现类。

AutoConfigurationImportSelector类是ImportSelector接口的实现类。


AutoConfigurationImportSelector类中重写了ImportSelector接口的selectImports()方法：


selectImports()方法底层调用getAutoConfigurationEntry()方法，获取可自动配置的配置类信息集合


getAutoConfigurationEntry()方法通过调用getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes)方法获取在配置文件中配置的所有自动配置类的集合


getCandidateConfigurations方法的功能：

获取所有基于META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports文件、META-INF/spring.factories文件中配置类的集合


META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports文件和META-INF/spring.factories文件这两个文件在哪里呢？

  • 通常在引入的起步依赖中，都有包含以上两个文件


在前面在自动配置的时候，我们直接在测试类当中注入了一个叫gson的bean对象，进行JSON格式转换。虽然我们没有配置bean对象，但是我们是可以直接注入使用的。原因就是因为在自动配置类当中做了自动配置。到底是在哪个自动配置类当中做的自动配置呢？我们通过搜索来查询一下。

在META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports配置文件中指定了第三方依赖Gson的配置类：GsonAutoConfiguration


第三方依赖中提供的GsonAutoConfiguration类：


在GsonAutoConfiguration类上，添加了注解@AutoConfiguration，通过查看源码，可以明确：GsonAutoConfiguration类是一个配置。


看到这里，大家就应该明白为什么可以完成自动配置了，原理就是在配置类中定义一个@Bean标识的方法，而Spring会自动调用配置类中使用@Bean标识的方法，并把方法的返回值注册到IOC容器中。

自动配置源码小结

自动配置原理源码入口就是@SpringBootApplication注解，在这个注解中封装了3个注解，分别是：

  • @SpringBootConfiguration
    • 声明当前类是一个配置类
  • @ComponentScan
    • 进行组件扫描（SpringBoot中默认扫描的是启动类所在的当前包及其子包）
  • @EnableAutoConfiguration
    • 封装了@Import注解（Import注解中指定了一个ImportSelector接口的实现类）
      • 在实现类重写的selectImports()方法，读取当前项目下所有依赖jar包中META-INF/spring.factories、META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports两个文件里面定义的配置类（配置类中定义了@Bean注解标识的方法）。

当SpringBoot程序启动时，就会加载配置文件当中所定义的配置类，并将这些配置类信息(类的全限定名)封装到String类型的数组中，最终通过@Import注解将这些配置类全部加载到Spring的IOC容器中，交给IOC容器管理。


引出：在META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports文件中定义的配置类非常多，而且每个配置类中又可以定义很多的bean，那这些bean都会注册到Spring的IOC容器中吗？

答案：并不是。 在声明bean对象时，上面有加一个以@Conditional开头的注解，这种注解的作用就是按照条件进行装配，只有满足条件之后，才会将bean注册到Spring的IOC容器中（下面会详细来讲解）

@Conditional

在跟踪SpringBoot自动配置的源码的时候，在自动配置类声明bean的时候，除了在方法上加了一个@Bean注解以外，还会经常用到一个注解，就是以Conditional开头的这一类的注解。以Conditional开头的这些注解都是条件装配的注解。下面就来介绍下条件装配注解。

@Conditional注解：

  • 作用：按照一定的条件进行判断，在满足给定条件后才会注册对应的bean对象到Spring的IOC容器中。
  • 位置：方法、类
  • @Conditional本身是一个父注解，派生出大量的子注解：
    • @ConditionalOnClass：判断环境中有对应字节码文件，才注册bean到IOC容器。
    • @ConditionalOnMissingBean：判断环境中没有对应的bean(类型或名称)，才注册bean到IOC容器。
    • @ConditionalOnProperty：判断配置文件中有对应属性和值，才注册bean到IOC容器。
  • @ConditionalOnClass注解
@Configuration
public class HeaderConfig {

    @Bean
    @ConditionalOnClass(name="io.jsonwebtoken.Jwts")//环境中存在指定的这个类，才会将该bean加入IOC容器
    public HeaderParser headerParser(){
        return new HeaderParser();
    }
    
    //省略其他代码...
}
  • pom.xml
<!--JWT令牌-->
<dependency>
     <groupId>io.jsonwebtoken</groupId>
     <artifactId>jjwt</artifactId>
     <version>0.9.1</version>
</dependency>
  • 测试类
@SpringBootTest
public class AutoConfigurationTests {
    @Autowired
    private ApplicationContext applicationContext;

    @Test
    public void testHeaderParser(){
        System.out.println(applicationContext.getBean(HeaderParser.class));
    }
    
    //省略其他代码...
}


因为io.jsonwebtoken.Jwts字节码文件在启动SpringBoot程序时已存在，所以创建HeaderParser对象并注册到IOC容器中。

  • @ConditionalOnMissingBean注解
@Configuration
public class HeaderConfig {

    @Bean
    @ConditionalOnMissingBean //不存在该类型的bean，才会将该bean加入IOC容器
    public HeaderParser headerParser(){
        return new HeaderParser();
    }
    
    //省略其他代码...
}


SpringBoot在调用@Bean标识的headerParser()前，IOC容器中是没有HeaderParser类型的bean，所以HeaderParser对象正常创建，并注册到IOC容器中。

再次修改@ConditionalOnMissingBean注解：

@Configuration
public class HeaderConfig {

    @Bean
    @ConditionalOnMissingBean(name="deptController2")//不存在指定名称的bean，才会将该bean加入IOC容器
    // 指定类型（value属性） 或 名称（name属性）
    public HeaderParser headerParser(){
        return new HeaderParser();
    }
    
    //省略其他代码...
}


因为在SpringBoot环境中不存在名字叫deptController2的bean对象，所以创建HeaderParser对象并注册到IOC容器中。

再次修改@ConditionalOnMissingBean注解：

@Configuration
public class HeaderConfig {

    @Bean
    @ConditionalOnMissingBean(HeaderConfig.class)//不存在指定类型的bean，才会将bean加入IOC容器
    public HeaderParser headerParser(){
        return new HeaderParser();
    }
    
    //省略其他代码...
}

因为HeaderConfig类中添加@Configuration注解，而@Configuration注解中包含了@Component，所以SpringBoot启动时会创建HeaderConfig类对象，并注册到IOC容器中。

当IOC容器中有HeaderConfig类型的bean存在时，不会把创建HeaderParser对象注册到IOC容器中。而IOC容器中没有HeaderParser类型的对象时，通过getBean(HeaderParser.class)方法获取bean对象时，引发异常：NoSuchBeanDefinitionException

  • @ConditionalOnProperty注解（这个注解和配置文件当中配置的属性有关系）

先在application.yml配置文件中添加如下的键值对：

name: itheima


在声明bean的时候就可以指定一个条件@ConditionalOnProperty

@Configuration
public class HeaderConfig {

    @Bean
    @ConditionalOnProperty(name ="name",havingValue = "itheima")//配置文件中存在指定属性名与值，才会将bean加入IOC容器
    public HeaderParser headerParser(){
        return new HeaderParser();
    }

    @Bean
    public HeaderGenerator headerGenerator(){
        return new HeaderGenerator();
    }
}


修改@ConditionalOnProperty注解： havingValue的值修改为”itheima2″

@Bean
@ConditionalOnProperty(name ="name",havingValue = "itheima2")//配置文件中存在指定属性名与值，才会将bean加入IOC容器
public HeaderParser headerParser(){
        return new HeaderParser();
}


因为application.yml配置文件中，不存在： name: itheima2，所以HeaderParser对象在IOC容器中不存在

我们再回头看看之前讲解Spring Boot源码时提到的一个配置类：GsonAutoConfiguration


最后再梳理一下自动配置原理：


自动配置的核心就在@SpringBootApplication注解上，SpringBootApplication这个注解底层包含了3个注解，分别是：

  • @SpringBootConfiguration
  • @ComponentScan
  • @EnableAutoConfiguration


@EnableAutoConfiguration这个注解才是自动配置的核心。

  • 它封装了一个@Import注解，Import注解里面指定了一个ImportSelector接口的实现类。
  • 在这个实现类中，重写了ImportSelector接口中的selectImports()方法。
  • 而selectImports()方法中会去读取两份配置文件，一份是 spring.factories，另外一份是 autoConfiguration.imports，并将配置文件中定义的配置类做为selectImports()方法的返回值返回，返回值代表的就是需要将哪些类交给Spring的IOC容器进行管理。
  • 那么所有自动配置类的中声明的bean都会加载到Spring的IOC容器中吗?
    其实并不会，因为这些配置类中在声明bean时，通常都会添加@Conditional开头的注解，这个注解就是进行条件装配。而Spring会根据Conditional注解有选择性的进行bean的创建。

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