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SpringBoot原理

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封面画师：adsuger     封面ID：77171064

1. SpringBoot 原理

参考链接：Spring Boot参考指南

1.1 Hello World

1.2 运行原理初探

2.1 启动器

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

2.2 主启动类

@SpringBootApplication      //使用SpringBootApplication来标注这是一个主程序类
//说明这是一个Springboot应用
public class Springboot01HelloworldApplication {

    public static void main(String[] args) {
        //run方法不仅启动了一个方法，还启动了一个服务
        SpringApplication.run(Springboot01HelloworldApplication.class, args);
    }
}

2.3 注解分析

2.3.1 @SpringBootApplication

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@SpringBootConfiguration
@EnableAutoConfiguration
@ComponentScan(
    excludeFilters = { @Filter(
        type = FilterType.CUSTOM, 
        classes = TypeExcludeFilter.class
    ),@Filter(
            type = FilterType.CUSTOM, 
            classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
public @interface SpringBootApplication {
    //......
}

2.3.2 @ComponentScan

2.3.3 @SpringBootConfiguration

@Configuration
public @interface SpringBootConfiguration {...}

//点击进入Configuration
@Component
public @interface Configuration {...}

回到@SpringBootApplication 注解中，查看@EnableAutoConfiguration 注解

2.3.4 @EnableAutoConfiguration

点击进入@EnableAutoConfiguration 注解：

@AutoConfigurationPackage
@Import(AutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {...}

点击进入@AutoConfigurationPackage 注解：

@Import(AutoConfigurationPackages.Registrar.class)
public @interface AutoConfigurationPackage {
}

@import ：Spring 底层注解@import，给容器中导入一个组件。

Registrar.class 作用：将主启动类的所在包及包下面所有子包里面的所有组件扫描到 Spring 容器。

AutoConfigurationImportSelector：自动配置导入选择器。那么它会导入哪些组件的选择器呢？

点击进入 AutoConfigurationImportSelector 类：

  1. 这个类中有这样的一个方法：
//获得候选的配置
protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata,
                                                  AnnotationAttributes attributes) {
    /**getSpringFactoriesLoaderFactoryClass()方法
     * 返回的是启动自动导入配置文件的注解类：EnableAutoConfiguration
     */
    List<String> configurations =
        SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(),
                                               getBeanClassLoader());
    Assert.notEmpty(configurations, "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories. If you "
                    + "are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
    return configurations;
}
//getSpringFactoriesLoaderFactoryClass()方法
protected Class<?> getSpringFactoriesLoaderFactoryClass() {
    return EnableAutoConfiguration.class;
}
  1. 这个方法又调用了 SpringFactoriesLoader 类的静态方法，进入 SpringFactoriesLoader 类中 loadFactoryNames() 方法：
public static List<String> loadFactoryNames(Class<?> factoryType, 
                                            @Nullable ClassLoader classLoader) {
    String factoryTypeName = factoryType.getName();
    //此处调用了loadSpringFactories()方法
    return loadSpringFactories(classLoader).getOrDefault(
        factoryTypeName, Collections.emptyList());
}
  1. 点击 loadSpringFactories() 方法进行查看：
private static Map<String, List<String>> loadSpringFactories(
    @Nullable ClassLoader classLoader) {
    //获得classLoader，这里得到的就是EnableAutoConfiguration标注的类本身
    MultiValueMap<String, String> result = cache.get(classLoader);
    if (result != null) {
        return result;
    }

    try {
        //public static final String FACTORIES_RESOURCE_LOCATION = "META-INF/spring.factories";
        //获取一个资源 "META-INF/spring.factories"
        Enumeration<URL> urls = (classLoader != null ?
                                 classLoader.getResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION) :
                                 ClassLoader.getSystemResources(FACTORIES_RESOURCE_LOCATION));
        result = new LinkedMultiValueMap<>();

        //将读到的资源遍历，封装成一个properties
        while (urls.hasMoreElements()) {	//判断有没有更多的元素
            URL url = urls.nextElement();
            UrlResource resource = new UrlResource(url);
            Properties properties = PropertiesLoaderUtils.loadProperties(resource);

            for (Map.Entry<?, ?> entry : properties.entrySet()) {
                String factoryTypeName = ((String) entry.getKey()).trim();

                for (String factoryImplementationName : StringUtils.commaDelimitedListToStringArray((String) entry.getValue())) {
                    result.add(factoryTypeName, factoryImplementationName.trim());
                }
            }
        }
        cache.put(classLoader, result);
        return result;
    }
    catch (IOException ex) {
        throw new IllegalArgumentException("Unable to load factories from location [" +	FACTORIES_RESOURCE_LOCATION + "]", ex);
    }
}
  1. 在这个类中我们发现了多次出现的文件：spring.factories，进行全局搜索

spring.factories

  1. 打开这个文件我们可以看到很多自动配置的文件，而这就是自动配置根源的所在

WebMvcAutoConfiguration

  1. 在这些配置文件中我们选取一个我们熟悉的配置类打开，比如：WebMvcAutoConfiguration

WebMvcAutoConfiguration_class

我们可以看到这些都是一个个的 JavaConfig 配置类，同时注入了一些 Bean。

所以，自动配置真正实现是从 classpath 中搜寻所有的 META-INF/spring.factories 配置文件，并将其中对应的 org.springframework.boot.autoconfigure. 包下的配置项，通过反射实例化为对应标注了 @Configuration 的 JavaConfig 形式的 IoC 容器配置类，然后将这些都汇总成为一个实例并加载到 IoC 容器中。

自动装配的核心： 可以用 JavaConfig 类取代 xml 配置，并可以用 yaml 文件对 JavaConfig（标记@ConfigProperties）类的属性进行修改。

我们没有导入 AOP 的相关依赖，所以我们找到 AOP 的自动配置并打开：

autoConfiguration

打开后我们会发现有这样一个注解：

ConditionalOnClass

我们可以看到，@ConditionalOnClass 注解爆红！这是为什么？

答案很简单，因为我们没有导入 AOP 相关的依赖，我们需要导入依赖（对应的 starter）后这个注解才不会爆红，而只有这个注解不爆红，SpringBoot 的 AOP 自动配置才会生效。

@ConditionalOnxxxx：只有里面的条件都满足，自动配置才会生效。

理一下注解：

SpringBoot中常用的注解

到此，我们就大概的了解了 SpringBoot 的运行原理！

2.4 SpringApplication.run

构造器：

public SpringApplication(ResourceLoader resourceLoader, Class... primarySources) {
    // ......
    this.webApplicationType = WebApplicationType.deduceFromClasspath();
    this.setInitializers(this.getSpringFactoriesInstances();
    this.setListeners(this.getSpringFactoriesInstances(ApplicationListener.class));
    this.mainApplicationClass = this.deduceMainApplicationClass();
}

1.3 yaml 配置注入

3.1 基本语法

server:
	port: 8081

3.2 其他语法

k:
	v1: 
	v2:

行内写法：

person: {name: mofan, age: 18}

注意缩进和空格

person:
	- student
	- teacher
	- doctor

行内写法：

person: [student,teacher,doctor]

3.3 配置文件注入

​ 当我们需要给实体类注入匹配值时，根据 Spring 的学习，我们可以：使用@Component 将 bean 注册到容器中，然后使用@Value 注解给 bean 的每个属性注入值。现在我们还可以用 yaml 配置的方式进行注入：

  1. 首先编写一个实体类，Person 类
/*
	@ConfigurationProperties作用：
	将配置文件中配置的每一个属性的值，映射到这个组件中；
	告诉SpringBoot将本类中的所有属性和配置文件中相关的配置进行绑定
	参数 prefix = “person” : 将配置文件中的person下面的所有属性一一对应
*/
@Component //注册bean
@ConfigurationProperties(prefix = "person")
public class Person {
    private String name;
    private Integer age;
    private Boolean happy;
    private Date birth;
    private Map<String,Object> maps;
    private List<Object> lists;
    private Dog dog;
    
    //有参无参构造、get、set方法、toString()方法  
}
  1. 编写一个 yaml 配置：
person:
  name: mofan
  age: 18
  happy: true
  birth: 2000/01/01
  maps: {k1: v1,k2: v2}
  lists:
   - game
   - music
  dog:
    name: 小黑
    age: 3

然后我们在 SpringBoot 的测试类中编写测试即可。

@Autowired
private Person person;

void contextLoads(){
    System.out.println(person);
}
<!--导入依赖后需要重启-->
<dependency>
  <groupId>org.springframework.boot</groupId>
  <artifactId>spring-boot-configuration-processor</artifactId>
  <optional>true</optional>
</dependency>

3.4 yaml总结

@ConfigurationProperties@Value
功能批量注入配置文件中的属性一个一个地指定属性值
松散绑定支持不支持
SpEL不支持支持
JSR303 校验支持不支持
复杂类型封装支持不支持

1.4 JSR303 数据校验

@Component //注册bean
@ConfigurationProperties(prefix = "person")
@Validated  //数据校验
public class Person {

    @NotNull(message="名字不能为空")
    private String name;
}

如果这时 name 为空，则会抛出异常，并显示设置的 default message。

@NotNull(message="名字不能为空")
private String userName;
@Max(value=120,message="年龄最大不能查过120")
private int age;
@Email(message="邮箱格式错误")
private String email;

空检查
@Null       验证对象是否为null
@NotNull    验证对象是否不为null, 无法查检长度为0的字符串
@NotBlank   检查约束字符串是不是Null还有被Trim的长度是否大于0,只对字符串,且会去掉前后空格.
@NotEmpty   检查约束元素是否为NULL或者是EMPTY.
    
Booelan检查
@AssertTrue     验证 Boolean 对象是否为 true  
@AssertFalse    验证 Boolean 对象是否为 false  
    
长度检查
@Size(min=, max=) 验证对象（Array,Collection,Map,String）长度是否在给定的范围之内  
@Length(min=, max=) string is between min and max included.

日期检查
@Past       验证 Date 和 Calendar 对象是否在当前时间之前  
@Future     验证 Date 和 Calendar 对象是否在当前时间之后  
@Pattern    验证 String 对象是否符合正则表达式的规则

等等...
我们也可以自定义一些校验规则

1.5 多环境切换

5.1 多配置文件

例如：

application-test.properties：测试环境配置

application-dev.properties：开发环境配置

但是 Springboot 并不会直接启动这些配置文件，它 默认使用 application.properties 主配置文件，我们需要通过一个配置来选择需要激活的环境：

#比如在配置文件中指定使用dev环境，我们可以通过设置不同的端口号进行测试；
#我们启动SpringBoot，就可以看到已经切换到dev下的配置了；
spring.profiles.active=dev

5.2 yaml多文档块

server:
  port: 8081
#选择要激活那个环境块
spring:
  profiles:
    active: prod

---
server:
  port: 8083
spring:
  profiles: dev #配置环境的名称


---

server:
  port: 8084
spring:
  profiles: prod  #配置环境的名称

5.3 配置文件加载顺序

优先级1：file:./config/				项目路径下的config文件夹配置文件
优先级2：file:./					项目路径下配置文件
优先级3：classpath:/config/			资源路径下的config文件夹配置文件
优先级4：classpath:/				资源路径下配置文件

优先级由高到低，高优先级的配置会覆盖低优先级的配置。SpringBoot 会从这四个位置全部加载主配置文件，互补配置。

1.6 自动装配原理

6.1 原理分析

我们在 2. 运行原理初探 中已经找到了文件 spring.factories 所处的位置，

这时我们可以选取 HttpEncodingAutoConfiguration（Http 编码自动配置） 为例解释自动配置原理：

//表示这是一个配置类，和以前编写的配置文件一样，也可以给容器中添加组件
@Configuration 

//启动指定类的ConfigurationProperties功能
//进入这个HttpProperties查看，将配置文件中对应的值和HttpProperties绑定起来
//并把HttpProperties加入到ioc容器中
@EnableConfigurationProperties({HttpProperties.class}) 

//Spring底层@Conditional注解
//根据不同的条件判断，如果满足指定的条件，整个配置类里面的配置就会生效
//这里的意思就是判断当前应用是否是web应用，如果是，当前配置类生效
@ConditionalOnWebApplication(
    type = Type.SERVLET
)

//判断当前项目有没有这个类CharacterEncodingFilter；SpringMVC中进行乱码解决的过滤器
@ConditionalOnClass({CharacterEncodingFilter.class})

//判断配置文件中是否存在某个配置：spring.http.encoding.enabled
//如果不存在，判断也是成立的
//即使我们配置文件中不配置pring.http.encoding.enabled=true，也是默认生效的
@ConditionalOnProperty(
    prefix = "spring.http.encoding",
    value = {"enabled"},
    matchIfMissing = true
)

public class HttpEncodingAutoConfiguration {
    //他已经和SpringBoot的配置文件映射了
    private final Encoding properties;
    //只有一个有参构造器的情况下，参数的值就会从容器中拿
    public HttpEncodingAutoConfiguration(HttpProperties properties) {
        this.properties = properties.getEncoding();
    }
    
    //给容器中添加一个组件，这个组件的某些值需要从properties中获取
    @Bean
    @ConditionalOnMissingBean //判断容器没有这个组件？
    public CharacterEncodingFilter characterEncodingFilter() {
        CharacterEncodingFilter filter = new OrderedCharacterEncodingFilter();
        filter.setEncoding(this.properties.getCharset().name());
        filter.setForceRequestEncoding(this.properties.shouldForce(org.springframework.boot.autoconfigure.http.HttpProperties.Encoding.Type.REQUEST));
        filter.setForceResponseEncoding(this.properties.shouldForce(org.springframework.boot.autoconfigure.http.HttpProperties.Encoding.Type.RESPONSE));
        return filter;
    }
    //......
}

简单总结：SpringBoot 根据当前不同的条件判断，决定这个配置文件是否生效。

点击进入 HttpProperties.class：

//从配置文件中获取指定的值和bean的属性进行绑定
@ConfigurationProperties(prefix = "spring.http")
public class HttpProperties {
    //....
}

然后我们可以在配置文件中进行 httpencoding 的相关配置，并进行对比：

HttpProperties

到此，我们就明白了自动装配的核心！

6.2 原理总结

  1. SpringBoot 启动会加载大量的自动配置类

  2. 我们判断我们需要的功能有没有在 SpringBoot 默认写好的自动配置类当中；

  3. 我们再来看这个自动配置类中到底配置了哪些组件（只要我们要用的组件存在在其中，我们就不需要再手动配置了）；

  4. 给容器中自动配置类添加组件的时候，会从 properties 类中获取某些属性，我们只需要在配置文件中指定这些属性的值即可。

6.3 @Conditional

@Conditional 拓展注解作用（判断是否满足当前指定条件）
@ConditionalOnJava系统的 Java 版本是否符合要求
@ConditionalOnBean容器中存在指定的 Bean
@ConditionalOnMissingBean容器中不存在指定的 Bean
@ConditionalOnExpression满足 SpEL 表达式的指定
@ConditionalOnClass系统中有指定的类
@ConditionalOnMissingClass系统中没有指定的类
@ConditionalOnSingleCandidate容器中只有一个指定的 Bean，或者这个 Bean 是首选 Bean
@ConditionalOnProperty系统中指定的属性是否有指定的值
@ConditionalOnResource类路径下是否存在指定的资源文件
@ConditionalOnWebApplication当前是 Web 环境
@ConditionalOnNotWebApplication当前不是 Web 环境
@ConditionalOnJndiJNDI 存在指定项

我们可以通过启用 debug=true 属性；来让控制台打印自动配置报告，这样我们就可以很方便的知道哪些自动配置类生效；

#开启springboot的调试类
debug=true

控制台会输出三大项：

Positive matches:（自动配置类启用的：正匹配）

Negative matches:（没有启动，没有匹配成功的自动配置类：负匹配）

Unconditional classes: （没有条件的类）

1.7 自定义 Starter

我们先明白 Starter 的一些基础知识：

明白命名规约有助于帮助我们命名自定义启动器。

7.1 编写启动器

  1. 在 IDEA 中新建一个空项目 spring-boot-starter-diy；
  2. 完成第一步后，新建一个普通 Maven 模块：yang-spring-boot-starter

yang-spring-boot-starter

  1. 新建一个 Springboot 模块：yang-spring-boot-starter-autoconfigure
yang-spring-boot-starter-autoconfigure
  1. 新建好两个 Module 后，基本结构为

projectConstruction

  1. 在我们的 starter 中 导入 autoconfigure 的依赖：
<!-- 启动器 -->
<dependencies>
    <!--  引入自动配置模块 -->
    <dependency>
        <groupId>com.yang</groupId>
        <artifactId>yang-spring-boot-starter-autoconfigure</artifactId>
        <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    </dependency>
</dependencies>

  1. 将 autoconfigure 项目下多余的文件都删掉，Pom 中只留下一个 starter，这是所有的启动器基本配置

    注意：记得将 test 目录也删除，否则会安装到 maven 仓库时会失败！

delectFile

  1. 编写我们自己的服务：
/**
 * @author Mofan_Yang
 */
public class HelloService {
    HelloProperties helloProperties;

    public HelloProperties getHelloProperties() {
        return helloProperties;
    }

    public void setHelloProperties(HelloProperties helloProperties) {
        this.helloProperties = helloProperties;
    }

    public String sayHello(String name){
        return helloProperties.getPrefix() + name + helloProperties.getSuffix();
    }
}
  1. 编写 HelloProperties 配置类：
/**
 * @author Mofan_Yang
 */
// 设置前缀 yang.hello
@ConfigurationProperties(prefix = "yang.hello")
public class HelloProperties {

    private String prefix;
    private String suffix;

    public String getPrefix() {
        return prefix;
    }

    public void setPrefix(String prefix) {
        this.prefix = prefix;
    }

    public String getSuffix() {
        return suffix;
    }

    public void setSuffix(String suffix) {
        this.suffix = suffix;
    }
}
  1. 编写自动配置类并注入 bean：
/**
 * @author Mofan_Yang
 */
@Configuration
@ConditionalOnWebApplication //web应用生效
@EnableConfigurationProperties(HelloProperties.class)
public class HelloServiceAutoConfiguration {

    @Autowired
    HelloProperties helloProperties;

    @Bean
    public HelloService helloService(){
        HelloService service = new HelloService();
        service.setHelloProperties(helloProperties);
        return service;
    }
}
  1. 在 resources 编写一个自己的 META-INF\spring.factories
# Auto Configure
org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
com.yang.HelloServiceAutoConfiguration
  1. 编写完成后，安装到 Maven 仓库
installToMaven

注意： 代码只在 yang-spring-boot-starter-autoconfigure 中编写，启动器 Starter 中没有任何代码。

7.2 测试Starter

  1. 新建一个 SpringBoot 项目；
  2. 导入我们自定义的启动器：
<dependency>
    <groupId>com.yang</groupId>
    <artifactId>yang-spring-boot-starter</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
</dependency>
  1. 编写一个 HelloController 控制器，测试自定义的启动器：
@RestController
@RequestMapping("/test")
public class HelloController {
    @Autowired
    HelloService helloService;

    @RequestMapping("/hello")
    public String hello(){
        return helloService.sayHello("我是内容 ");
    }
}
  1. 编写配置文件 application.yml
yang:
  hello:
    prefix: "我是前缀 "
    suffix: "我是后缀 "
  1. 启动项目测试，查看结果

testStarter

自定义启动器编写成功！

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