Spring Boot的自动配置

作者: buzzerrookie | 来源:发表于2019-03-24 11:18 被阅读0次

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Spring Boot的启动过程一文分析了Spring Boot整体的启动过程，本文深入准备应用上下文阶段分析启动时的自动配置特性。

应用上下文

SpringApplication类的prepareContext方法用于准备先前创建的应用上下文，在其中调用了load成员方法将bean定义加载到应用上下文中，其代码如下所示：

protected void load(ApplicationContext context, Object[] sources) {
    if (logger.isDebugEnabled()) {
        logger.debug(
                "Loading source " + StringUtils.arrayToCommaDelimitedString(sources));
    }
    BeanDefinitionLoader loader = createBeanDefinitionLoader(
            getBeanDefinitionRegistry(context), sources);
    if (this.beanNameGenerator != null) {
        loader.setBeanNameGenerator(this.beanNameGenerator);
    }
    if (this.resourceLoader != null) {
        loader.setResourceLoader(this.resourceLoader);
    }
    if (this.environment != null) {
        loader.setEnvironment(this.environment);
    }
    loader.load();
}

sources数组参数即是SpringApplication构造函数或者run静态函数中的表示加载源的source/sources参数；
bean定义即来自于加载源表示的资源。

BeanDefinitionLoader类的load函数如下：

public int load() {
    int count = 0;
    for (Object source : this.sources) {
        count += load(source);
    }
    return count;
}

private int load(Object source) {
    Assert.notNull(source, "Source must not be null");
    if (source instanceof Class<?>) {
        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());
}

从上述代码可以看到加载源的类型只能是以下四种之一：

java.lang.Class类型；
org.springframework.core.io.Resource类型；
java.lang.Package类型；
java.lang.CharSequence类型，可以是类的完全限定名，或者是文件名，或者是包名。

在准备上下文之后，refreshContext方法刷新创建的应用上下文时从解析加载源代表的注解或者XML配置并实例化其中的各个单例bean。

注解自动配置

@SpringBootApplication注解

Spring Boot工程利用注解自动配置特性时都会使用@SpringBootApplication注解，该注解的代码如下所示：

@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 {

    @AliasFor(annotation = EnableAutoConfiguration.class, attribute = "exclude")
    Class<?>[] exclude() default {};

    @AliasFor(annotation = EnableAutoConfiguration.class, attribute = "excludeName")
    String[] excludeName() default {};

    @AliasFor(annotation = ComponentScan.class, attribute = "basePackages")
    String[] scanBasePackages() default {};

    @AliasFor(annotation = ComponentScan.class, attribute = "basePackageClasses")
    Class<?>[] scanBasePackageClasses() default {};
}

@SpringBootApplication注解由@SpringBootConfiguration、@EnableAutoConfiguration和@ComponentScan三个注解组成；
@SpringBootApplication注解的exclude属性是@EnableAutoConfiguration注解exclude属性的别名，其余别名类似。

@EnableAutoConfiguration注解

@EnableAutoConfiguration注解开启了自动配置，代码如下：

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Inherited
@AutoConfigurationPackage
@Import(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)
public @interface EnableAutoConfiguration {

    String ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY = "spring.boot.enableautoconfiguration";

    Class<?>[] exclude() default {};

    String[] excludeName() default {};
}

它使用@Import注解导入了EnableAutoConfigurationImportSelector类，@Import注解上的值可以有以下四种：

@Configuration注解修饰的类，这种类唯一的构造函数会被自动依赖注入参数。因为对@Component注解修饰的类，若只有一个构造函数，那么构造函数注入时可以省略构造函数上的@Autowired注解，参见官方文档；
ImportSelector接口：ImportSelector接口的用途是决定哪些被@Configuration注解修饰的类可以被导入，它只有一个selectImports方法，返回应该被导入的类名；
```
public interface ImportSelector {

    String[] selectImports(AnnotationMetadata importingClassMetadata);
}
```
ImportBeanDefinitionRegistrar接口；
其他一般组件类。

EnableAutoConfigurationImportSelector类从1.5版本开始已经不鼓励使用，转而使用它的父类AutoConfigurationImportSelector。

public class EnableAutoConfigurationImportSelector
        extends AutoConfigurationImportSelector {

    @Override
    protected boolean isEnabled(AnnotationMetadata metadata) {
        if (getClass().equals(EnableAutoConfigurationImportSelector.class)) {
            return getEnvironment().getProperty(
                    EnableAutoConfiguration.ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY, Boolean.class,
                    true);
        }
        return true;
    }
}

AutoConfigurationImportSelector类

AutoConfigurationImportSelector类实现了ImportSelector接口，其实现的selectImports方法如下：

@Override
public String[] selectImports(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
    if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
        return NO_IMPORTS;
    }
    try {
        AutoConfigurationMetadata autoConfigurationMetadata = AutoConfigurationMetadataLoader
                .loadMetadata(this.beanClassLoader);
        AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);
        List<String> configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata,
                attributes);
        configurations = removeDuplicates(configurations);
        configurations = sort(configurations, autoConfigurationMetadata);
        Set<String> exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);
        checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
        configurations.removeAll(exclusions);
        configurations = filter(configurations, autoConfigurationMetadata);
        fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
        return configurations.toArray(new String[configurations.size()]);
    }
    catch (IOException ex) {
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
}

该方法按顺序主要做了以下工作：

从jar包中的META-INF/spring-autoconfigure-metadata.properties文件加载自动配置元数据；
从参数表示的注解元数据获得注解属性；
利用注解元数据和属性从jar包中的META-INF/spring.factories文件查找org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration类型的所有工厂实现类；
对第3步得到的工厂实现类的完全限定名首先去重，然后根据第1步获得的自动配置元数据排序，再移除要排除的类，最后过滤掉符合过滤规则的类；
触发各AutoConfigurationImportListener监听器的回调方法，AutoConfigurationImportListener监听器的工厂实现类也定义在META-INF/spring.factories文件中；
返回经过第4步一系列处理过程的工厂实现类的完全限定名，它们就是需要被导入的类。

查找工厂实现类

getCandidateConfigurations方法做了第3步的工作，其代码如下：

protected List<String> getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata,
        AnnotationAttributes attributes) {
    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;
}

注意在该类的默认实现中两个参数均没有使用，子类可以重写该方法；
SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames静态方法从jar包中的META-INF/spring.factories文件查找org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration类型的所有工厂实现类；

以spring-boot-autoconfigure-1.5.15.RELEASE.jar中的META-INF/spring.factories文件为例，部分自动配置工厂实现类如下。

# Auto Configure
org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\
org.springframework.boot.autoconfigure.admin.SpringApplicationAdminJmxAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.aop.AopAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.amqp.RabbitAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.batch.BatchAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.cache.CacheAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.cassandra.CassandraAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.cloud.CloudAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.context.ConfigurationPropertiesAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.context.MessageSourceAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.context.PropertyPlaceholderAutoConfiguration,\
...
org.springframework.boot.autoconfigure.web.DispatcherServletAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.web.EmbeddedServletContainerAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.web.ErrorMvcAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.web.HttpEncodingAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.web.HttpMessageConvertersAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.web.MultipartAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.web.ServerPropertiesAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.web.WebClientAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.web.WebMvcAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.websocket.WebSocketAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.websocket.WebSocketMessagingAutoConfiguration,\
org.springframework.boot.autoconfigure.webservices.WebServicesAutoConfiguration

自动配置工厂实现类

下面重点分析几个与Web有关的自动配置工厂实现类。

EmbeddedServletContainerAutoConfiguration

EmbeddedServletContainerAutoConfiguration工厂实现类自动配置了嵌入式容器，其代码如下：

@AutoConfigureOrder(Ordered.HIGHEST_PRECEDENCE)
@Configuration
@ConditionalOnWebApplication
@Import(BeanPostProcessorsRegistrar.class)
public class EmbeddedServletContainerAutoConfiguration {

    /**
     * Nested configuration if Tomcat is being used.
     */
    @Configuration
    @ConditionalOnClass({ Servlet.class, Tomcat.class })
    @ConditionalOnMissingBean(value = EmbeddedServletContainerFactory.class, search = SearchStrategy.CURRENT)
    public static class EmbeddedTomcat {

        @Bean
        public TomcatEmbeddedServletContainerFactory tomcatEmbeddedServletContainerFactory() {
            return new TomcatEmbeddedServletContainerFactory();
        }

    }

    /**
     * Nested configuration if Jetty is being used.
     */
    @Configuration
    @ConditionalOnClass({ Servlet.class, Server.class, Loader.class,
            WebAppContext.class })
    @ConditionalOnMissingBean(value = EmbeddedServletContainerFactory.class, search = SearchStrategy.CURRENT)
    public static class EmbeddedJetty {

        @Bean
        public JettyEmbeddedServletContainerFactory jettyEmbeddedServletContainerFactory() {
            return new JettyEmbeddedServletContainerFactory();
        }

    }

    /**
     * Nested configuration if Undertow is being used.
     */
    @Configuration
    @ConditionalOnClass({ Servlet.class, Undertow.class, SslClientAuthMode.class })
    @ConditionalOnMissingBean(value = EmbeddedServletContainerFactory.class, search = SearchStrategy.CURRENT)
    public static class EmbeddedUndertow {

        @Bean
        public UndertowEmbeddedServletContainerFactory undertowEmbeddedServletContainerFactory() {
            return new UndertowEmbeddedServletContainerFactory();
        }

    }
    // 省略一些代码
}

该自动配置类实现了对Tomcat、Jetty和Undertow的自动配置，下面以Tomcat为例分析配置生效过程，Jetty和Undertow自动配置同理。

@AutoConfigureOrder注解指定配置的优先级；
@ConditionalOnWebApplication注解表明只有当当前应用上下文是Web应用上下文时本配置才启用；
@ConditionalOnClass注解表示只有当javax.servlet.Servlet和org.apache.catalina.startup.Tomcat均在CLASSPATH中时才启用Tomcat自动配置；
@ConditionalOnMissingBean注解表示如果在当前应用上下文中没有EmbeddedServletContainerFactory类型的bean才启用Tomcat自动配置；
只有上述条件均满足才会创建TomcatEmbeddedServletContainerFactory这个bean。

ServerPropertiesAutoConfiguration

ServerPropertiesAutoConfiguration工厂实现类自动配置了嵌入式容器的属性如端口、地址等，其代码如下：

@Configuration
@EnableConfigurationProperties
@ConditionalOnWebApplication
public class ServerPropertiesAutoConfiguration {

    @Bean
    @ConditionalOnMissingBean(search = SearchStrategy.CURRENT)
    public ServerProperties serverProperties() {
        return new ServerProperties();
    }

    @Bean
    public DuplicateServerPropertiesDetector duplicateServerPropertiesDetector() {
        return new DuplicateServerPropertiesDetector();
    }
    // 省略一些代码
}

该类的@EnableConfigurationProperties注解启用了@ConfigurationProperties注解，@ConfigurationProperties注解可以修饰一个普通的类用以映射外部配置文件；
如果当前上下文没有名为serverProperties的bean则实例化一个ServerProperties对象。

ServerProperties类代表了嵌入式容器的端口、地址等属性，其代码如下：

@ConfigurationProperties(prefix = "server", ignoreUnknownFields = true)
public class ServerProperties
        implements EmbeddedServletContainerCustomizer, EnvironmentAware, Ordered {

    /**
     * Server HTTP port.
     */
    private Integer port;

    /**
     * Network address to which the server should bind to.
     */
    private InetAddress address;

    /**
     * Context path of the application.
     */
    private String contextPath;

    /**
     * Display name of the application.
     */
    private String displayName = "application";

    // 省略一些代码
}

ServerProperties类实现了EmbeddedServletContainerCustomizer接口，该接口允许自定义嵌入式容器，配置文件中的属性正是通过该接口的回调方法绑定到嵌入式容器的。根据该接口的javadoc，使用它时有一点需要注意：该接口一般是由EmbeddedServletContainerCustomizerBeanPostProcessor调用，而BeanPostProcessor在ApplicationContext的生命周期中会被较早调用，所以延迟查找依赖会更安全，而不是使用@Autowired。

DispatcherServletAutoConfiguration

DispatcherServletAutoConfiguration工厂实现类自动配置了DispatcherServlet，其部分代码如下：

@AutoConfigureOrder(Ordered.HIGHEST_PRECEDENCE)
@Configuration
@ConditionalOnWebApplication
@ConditionalOnClass(DispatcherServlet.class)
@AutoConfigureAfter(EmbeddedServletContainerAutoConfiguration.class)
public class DispatcherServletAutoConfiguration {

    /*
     * The bean name for a DispatcherServlet that will be mapped to the root URL "/"
     */
    public static final String DEFAULT_DISPATCHER_SERVLET_BEAN_NAME = "dispatcherServlet";

    /*
     * The bean name for a ServletRegistrationBean for the DispatcherServlet "/"
     */
    public static final String DEFAULT_DISPATCHER_SERVLET_REGISTRATION_BEAN_NAME = "dispatcherServletRegistration";

    @Configuration
    @Conditional(DefaultDispatcherServletCondition.class)
    @ConditionalOnClass(ServletRegistration.class)
    @EnableConfigurationProperties(WebMvcProperties.class)
    protected static class DispatcherServletConfiguration {

        private final WebMvcProperties webMvcProperties;

        public DispatcherServletConfiguration(WebMvcProperties webMvcProperties) {
            this.webMvcProperties = webMvcProperties;
        }

        @Bean(name = DEFAULT_DISPATCHER_SERVLET_BEAN_NAME)
        public DispatcherServlet dispatcherServlet() {
            DispatcherServlet dispatcherServlet = new DispatcherServlet();
            dispatcherServlet.setDispatchOptionsRequest(
                    this.webMvcProperties.isDispatchOptionsRequest());
            dispatcherServlet.setDispatchTraceRequest(
                    this.webMvcProperties.isDispatchTraceRequest());
            dispatcherServlet.setThrowExceptionIfNoHandlerFound(
                    this.webMvcProperties.isThrowExceptionIfNoHandlerFound());
            return dispatcherServlet;
        }

        @Bean
        @ConditionalOnBean(MultipartResolver.class)
        @ConditionalOnMissingBean(name = DispatcherServlet.MULTIPART_RESOLVER_BEAN_NAME)
        public MultipartResolver multipartResolver(MultipartResolver resolver) {
            // Detect if the user has created a MultipartResolver but named it incorrectly
            return resolver;
        }

    }

    @Configuration
    @Conditional(DispatcherServletRegistrationCondition.class)
    @ConditionalOnClass(ServletRegistration.class)
    @EnableConfigurationProperties(WebMvcProperties.class)
    @Import(DispatcherServletConfiguration.class)
    protected static class DispatcherServletRegistrationConfiguration {

        private final ServerProperties serverProperties;

        private final WebMvcProperties webMvcProperties;

        private final MultipartConfigElement multipartConfig;

        public DispatcherServletRegistrationConfiguration(
                ServerProperties serverProperties, WebMvcProperties webMvcProperties,
                ObjectProvider<MultipartConfigElement> multipartConfigProvider) {
            this.serverProperties = serverProperties;
            this.webMvcProperties = webMvcProperties;
            this.multipartConfig = multipartConfigProvider.getIfAvailable();
        }

        @Bean(name = DEFAULT_DISPATCHER_SERVLET_REGISTRATION_BEAN_NAME)
        @ConditionalOnBean(value = DispatcherServlet.class, name = DEFAULT_DISPATCHER_SERVLET_BEAN_NAME)
        public ServletRegistrationBean dispatcherServletRegistration(
                DispatcherServlet dispatcherServlet) {
            ServletRegistrationBean registration = new ServletRegistrationBean(
                    dispatcherServlet, this.serverProperties.getServletMapping());
            registration.setName(DEFAULT_DISPATCHER_SERVLET_BEAN_NAME);
            registration.setLoadOnStartup(
                    this.webMvcProperties.getServlet().getLoadOnStartup());
            if (this.multipartConfig != null) {
                registration.setMultipartConfig(this.multipartConfig);
            }
            return registration;
        }

    }

    // 省略一些代码
}

该自动配置会在EmbeddedServletContainerAutoConfiguration自动配置之后进行；
DispatcherServletConfiguration静态内部类创建了DispatcherServlet；
DispatcherServletRegistrationConfiguration静态内部类利用ServletRegistrationBean向嵌入式servlet容器添加DispatcherServlet，添加原理可参见Spring Boot与嵌入式servlet容器。

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