SpringBoot启动注解分析

虽然我们在日常开发中，Spring Boot 使用非常多，算是目前 Java 开发领域一个标配了，但是小伙伴们仔细想想自己的面试经历，和 Spring Boot 相关的面试题都有哪些？个人感觉应该是比较少的，Spring Boot 本质上还是曾经 SSM 那一套，只是通过各种 starter 简化了配置而已，其他都是一模一样的，所以 Spring Boot 中很多面试题还是得回归到 Spring 中去解答！当然这并不是说 Spring Boot 中没什么可问的，Spring Boot 中其实也有一个非常经典的面试题，那就是 Spring Boot 中的自动化配置是怎么实现的？今天松哥就来和各位小伙伴聊一下这个问题。

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其实松哥之前和小伙伴们聊过相关的问题，不过都是零散的，没有系统梳理过，之前也带领小伙伴们自定义过一个 starter，相信各位小伙伴对于 starter 的原理也有一定了解，所以今天这篇文章一些过于细节的内容我就不赘述了，大家可以翻看之前的文章。

1.  @SpringBootApplication

要说 Spring Boot 的自动化配置，那必须从项目的启动类 @SpringBootApplication 说起，这是整个 Spring Boot 宇宙的起点，我们先来看下这个注解：

@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 {

}

可以看到，@SpringBootApplication 注解组合了多个常见注解的功能，其中：

  • 前四个是元注解，这里我们不做讨论。
  • 第五个 @SpringBootConfiguration 是一个支持配置类的注解，这里我们也不做讨论。
  • 第六个 @EnableAutoConfiguration 这个注解就表示开启自动化配置，这是我们今天要聊得重点。
  • 第七个 @ComponentScan 是一个包扫描注解，为什么 Spring Boot 项目中的 Bean 只要放对位置就会被自动扫描到，和这个注解有关。

别看这里注解多，其实真正由 Spring Boot 提供的注解一共就两个，分别是 @SpringBootConfiguration 和 @EnableAutoConfiguration 两个，其他注解在 Spring Boot 出现之前就已经存在多年了。

2. @EnableAutoConfiguration

接下来我们来看看 @EnableAutoConfiguration 是如何实现自动化配置的。

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

}

这个注解起关键作用的就是两个东西：

  • @AutoConfigurationPackage：这个表示自动扫描各种第三方的注解，在之前的文章中松哥已经和大家聊过这个注解的作用了，传送门：@AutoConfigurationPackage 和 @ComponentScan 有何区别？
  • @Import 则是在导入 AutoConfigurationImportSelector 配置类，这个配置类里边就是去加载各种自动化配置类的。

3. AutoConfigurationImportSelector

AutoConfigurationImportSelector 类中的方法比较多，入口的地方则是 process 方法，所以我们这里就从 process 方法开始看起：

@Override
public void process(AnnotationMetadata annotationMetadata, DeferredImportSelector deferredImportSelector) {
 Assert.state(deferredImportSelector instanceof AutoConfigurationImportSelector,
   () -> String.format("Only %s implementations are supported, got %s",
     AutoConfigurationImportSelector.class.getSimpleName(),
     deferredImportSelector.getClass().getName()));
 AutoConfigurationEntry autoConfigurationEntry = ((AutoConfigurationImportSelector) deferredImportSelector)
  .getAutoConfigurationEntry(annotationMetadata);
 this.autoConfigurationEntries.add(autoConfigurationEntry);
 for (String importClassName : autoConfigurationEntry.getConfigurations()) {
  this.entries.putIfAbsent(importClassName, annotationMetadata);
 }
}

从类名就可以看出来，跟自动化配置相关的对象是由 AutoConfigurationEntry autoConfigurationEntry = ((AutoConfigurationImportSelector) deferredImportSelector).getAutoConfigurationEntry(annotationMetadata); 进行加载的。

当然这里的 getAutoConfigurationEntry 方法实际上就是当前类提供的方法，我们来看下该方法：

protected AutoConfigurationEntry getAutoConfigurationEntry(AnnotationMetadata annotationMetadata) {
 if (!isEnabled(annotationMetadata)) {
  return EMPTY_ENTRY;
 }
 AnnotationAttributes attributes = getAttributes(annotationMetadata);
 List configurations = getCandidateConfigurations(annotationMetadata, attributes);
 configurations = removeDuplicates(configurations);
 Set exclusions = getExclusions(annotationMetadata, attributes);
 checkExcludedClasses(configurations, exclusions);
 configurations.removeAll(exclusions);
 configurations = getConfigurationClassFilter().filter(configurations);
 fireAutoConfigurationImportEvents(configurations, exclusions);
 return new AutoConfigurationEntry(configurations, exclusions);
}

这里源码的方法命名都做的不错，基本上都能做到见名知意，小伙伴们日常开发中，应该向这样的命名思路看齐。接下来我们就来挨个看一下这里的关键方法。

3.1 isEnabled

首先调用 isEnabled 方法去判断自动化配置到底有没有开启，这个主要是因为我们及时在项目中引入了 spring-boot-starter-xxx 之后，我们也可以通过在 application.properties 中配置 spring.boot.enableautoconfiguration=false 来关闭所有的自动化配置。

相关源码如下：

protected boolean isEnabled(AnnotationMetadata metadata) {
 if (getClass() == AutoConfigurationImportSelector.class) {
  return getEnvironment().getProperty(EnableAutoConfiguration.ENABLED_OVERRIDE_PROPERTY, Boolean.class, true);
 }
 return true;
}

3.2 getCandidateConfigurations

接下来调用 getCandidateConfigurations 方法去获取所有候选的自动化配置类，这些候选的自动化配置类主要来自两个地方：

  • 在之前的自定义 starter 中松哥和大家聊过，我们需要在 claspath\:META-INF/spring.factories 中定义出来所有的自动化配置类，这是来源一。
  • Spring Boot 自带的自动化配置类，这个在之前的 vhr 视频中也和小伙伴们多次讲过，Spring Boot 自带的自动化配置类位于 spring-boot-autoconfigure-3.0.6.jar!\META-INF\spring\org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports 文件中。

相关源码如下：

protected List getCandidateConfigurations(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
 List configurations = new ArrayList<>(
   SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames(getSpringFactoriesLoaderFactoryClass(), getBeanClassLoader()));
 ImportCandidates.load(AutoConfiguration.class, getBeanClassLoader()).forEach(configurations::add);
 Assert.notEmpty(configurations,
   "No auto configuration classes found in META-INF/spring.factories nor in META-INF/spring/org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports. If you "
     + "are using a custom packaging, make sure that file is correct.");
 return configurations;
}

这里加载到的自动化配置类的全路径被存入到 configurations 对象中，该对象有两个获取的地方：

  • 调用 SpringFactoriesLoader.loadFactoryNames 方法获取，这个方法细节我就不带大家看了，比较简单，本质上就是去加载 META-INF/spring.factories 文件，这个文件中定义了大量的自动化配置类的全路径。
  • 调用 ImportCandidates.load 方法去加载，这个就是加载 spring-boot-autoconfigure-3.0.6.jar!\META-INF\spring\org.springframework.boot.autoconfigure.AutoConfiguration.imports 文件中的自动化配置类。

如果这两个地方都没有加载到任何自动化配置类，那么就会抛出一个异常。

3.3 removeDuplicates

removeDuplicates 方法表示移除候选自动化配置类中重复的类，移除的思路也很有意思，就用一个 LinkedHashSet 中转一下就行了，源码如下：

protected final  List removeDuplicates(List list) {
 return new ArrayList<>(new LinkedHashSet<>(list));
}

可以看到这些源码里有时候一些解决思路也很有意思。

3.4 getExclusions

getExclusions 方法表示需要获取到所有被排除的自动化配置类，这些被排除的自动化配置类可以从三个地方获取：

  • 当前注解的 exclude 属性。
  • 当前注解的 excludeName 属性。
  • application.properties 配置文件中的 spring.autoconfigure.exclude 属性。

来看一下相关源码：

protected Set getExclusions(AnnotationMetadata metadata, AnnotationAttributes attributes) {
 Set excluded = new LinkedHashSet<>();
 excluded.addAll(asList(attributes, "exclude"));
 excluded.addAll(asList(attributes, "excludeName"));
 excluded.addAll(getExcludeAutoConfigurationsProperty());
 return excluded;
}

跟上面讲解的三点刚好对应。

3.5 checkExcludedClasses

这个方法是检查所有被排除的自动化配置类，由于 Spring Boot 中的自动化配置类可以自定义，并不需要统一实现某一个接口或者统一继承某一个类，所以在写排除类的时候，如果写错了编译是校验不出来的，像下面这种：

@SpringBootApplication(exclude = HelloController.class)
public class App {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(App.class, args);
    }
}

由于 HelloController 并不是一个自动化配置类，所以这样写项目启动的时候就会报错，如下：

这个异常从哪来的呢？其实就是来自 checkExcludedClasses 方法，我们来看下该方法：

private void checkExcludedClasses(List configurations, Set exclusions) {
 List invalidExcludes = new ArrayList<>(exclusions.size());
 for (String exclusion : exclusions) {
  if (ClassUtils.isPresent(exclusion, getClass().getClassLoader()) && !configurations.contains(exclusion)) {
   invalidExcludes.add(exclusion);
  }
 }
 if (!invalidExcludes.isEmpty()) {
  handleInvalidExcludes(invalidExcludes);
 }
}
protected void handleInvalidExcludes(List invalidExcludes) {
 StringBuilder message = new StringBuilder();
 for (String exclude : invalidExcludes) {
  message.append("\t- ").append(exclude).append(String.format("%n"));
 }
 throw new IllegalStateException(String.format(
   "The following classes could not be excluded because they are not auto-configuration classes:%n%s",
   message));
}

可以看到，在 checkExcludedClasses 方法中，会首先找到所有位于当前类路径下但是却不包含在 configurations 中的所有被排除的自动化配置类，由于 configurations 中的就是所有的自动化配置类了，所以这些不存在于 configurations 中的类都是有问题的，都不是自动化配置类，将这些有问题的类收集起来，存入到 invalidExcludes 变量中，然后再进行额外的处理。

所谓额外的处理就是在 handleInvalidExcludes 方法中抛出异常，前面截图中的异常就是来自这里。

3.6 removeAll

这个方法就一个任务，就是从 configurations 中移除掉那些被排除的自动化配置类。configurations 本身就是 List 集合，exclusions 则是一个 Set 集合，所以这里直接移除即可。

3.7 filter

现在我们已经加载了所有的自动化配置类了，但是这些配置类并不是都会生效，具体是否生效，还要看你的项目是否使用了具体的依赖。

例如，现在加载的自动化配置里里边就包含了 RedisAutoConfiguration，这个是自动配置 Redis 的，但是由于我的项目中并没有使用 Redis，所以这个自动化配置类并不会生效。这个过程就是由 getConfigurationClassFilter().filter(configurations); 来完成的。

先说一个预备知识：

由于我们项目中的自动化配置类特别多，每一个自动化配置类都会依赖别的类，当别的类存在时，这个自动化配置类才会生效，这一堆互相之间的依赖关系，存在于 spring-boot-autoconfigure-3.0.6.jar!/META-INF/spring-autoconfigure-metadata.properties 文件之中，我随便举一个该文件中的配置：

  • org.springframework.boot.autoconfigure.amqp.RabbitAnnotationDrivenConfiguration.Cnotallow=org.springframework.amqp.rabbit.annotation.EnableRabbit 表示 RabbitAnnotationDrivenConfiguration 类要生效有一个必备条件就是当前项目类路径下要存在 org.springframework.amqp.rabbit.annotation.EnableRabbit。

我们来看看 RabbitAnnotationDrivenConfiguration 类的注解：

@Configuration(proxyBeanMethods = false)
@ConditionalOnClass(EnableRabbit.class)
class RabbitAnnotationDrivenConfiguration {
}

这个类和配置文件中的内容一致。

这个预备知识搞懂了，接下来的内容就好理解了。

先来看 getConfigurationClassFilter 方法，这个就是获取所有的过滤器，如下：

private ConfigurationClassFilter getConfigurationClassFilter() {
 if (this.configurationClassFilter == null) {
  List filters = getAutoConfigurationImportFilters();
  for (AutoConfigurationImportFilter filter : filters) {
   invokeAwareMethods(filter);
  }
  this.configurationClassFilter = new ConfigurationClassFilter(this.beanClassLoader, filters);
 }
 return this.configurationClassFilter;
}

可以看到，这里获取到的过滤器都是 AutoConfigurationImportFilter 类型的，这个类型的过滤器只有三个实例，如下图：

从这三个实例的名字中，基本上就能看出来各自的作用：

  • OnClassCondition：这个就是条件注解 @ConditionalOnClass 的判定条件，看名字就知道用来判断当前 classpath 下是否存在某个类。
  • OnWebApplicationCondition：这个是条件注解 ConditionalOnWebApplication 的判定条件，用来判断当前系统环境是否是一个 Web 环境。
  • OnBeanCondition：这个是条件注解 @ConditionalOnBean 的判定条件，就是判断当前系统下是否存在某个 Bean。

这里获取到的三个 AutoConfigurationImportFilter 过滤器其实就是上面这三个。接下来执行 filter 方法，如下：

List filter(List configurations) {
 long startTime = System.nanoTime();
 String[] candidates = StringUtils.toStringArray(configurations);
 boolean skipped = false;
 for (AutoConfigurationImportFilter filter : this.filters) {
  boolean[] match = filter.match(candidates, this.autoConfigurationMetadata);
  for (int i = 0; i < match.length; i++) {
   if (!match[i]) {
    candidates[i] = null;
    skipped = true;
   }
  }
 }
 if (!skipped) {
  return configurations;
 }
 List result = new ArrayList<>(candidates.length);
 for (String candidate : candidates) {
  if (candidate != null) {
   result.add(candidate);
  }
 }
 return result;
}

这里就是遍历这三个过滤器，然后分别调用各自的 match 方法和 144 个自动化配置类进行匹配，如果这些自动化配置类所需要的条件得到满足，则 match 数组对应的位置就为 true，否则就为 false。

然后遍历 match 数组，将不满足条件的自动化配置类置为 null，最后再把这些 null 移除掉。

这样就获取到了我们需要进行自动化配置的类了。

最后一句 fireAutoConfigurationImportEvents 则是触发自动化配置类导入事件，这个没啥好说的～

当这些自动化配置类加载进来之后，接下来就是各种条件注解来决定这些配置类是否生效了，这些都比较简单了，之前在 vhr 种也和小伙伴们讲过多次了，这里就不再啰嗦了~

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