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介绍一下Spring的启动流程？

约 3188 字大约 11 分钟

Spring框架美团

2025-04-24

⭐ 题目日期：

美团 - 2025/04/12

📝 题解：

1. 概念解释

  • Spring Framework: 一个提供了全面的基础设施支持（如IoC、AOP、事务管理等）的Java企业级应用开发框架。它的核心是 IoC容器 (ApplicationContext)，负责管理对象的生命周期和依赖关系（即Bean）。
  • Spring Boot: 它不是一个全新的框架，而是基于Spring Framework，旨在简化Spring应用的初始搭建以及开发过程。它通过“约定优于配置”的理念，提供了大量的自动配置 (Auto-Configuration)、起步依赖 (Starters) 和内嵌Web服务器等特性，让开发者能快速启动和运行Spring应用。
  • Spring Boot启动流程: 指的是从执行main方法开始，到Spring Boot应用初始化完成，IoC容器准备就绪，（如果是Web应用）内嵌服务器启动并开始监听端口，最终应用能够对外提供服务的整个过程。

通俗比喻: 想象一下开一家餐厅（你的应用程序）：

  • Spring Framework: 提供了厨房的各种基础设备和规范（灶台、冰箱、食材处理流程 - IoC, AOP等）。你需要自己挑选设备、组装、连接水电煤。
  • Spring Boot: 提供了一个“中央厨房”解决方案。你只需要说你要开一家西餐厅（引入spring-boot-starter-web），它就自动帮你配齐了烤箱（内嵌Tomcat）、标准化的厨具和菜单（自动配置），甚至基础调料都备好了。你只需要专注于烹饪你的特色菜（业务逻辑）。
  • 启动流程: 就是从餐厅设计图（main方法和@SpringBootApplication）开始，到采购设备（加载配置）、组装厨房（创建ApplicationContext）、招聘厨师和服务员（实例化Beans）、调试设备（Bean初始化和后置处理）、开门迎客（启动内嵌服务器）的整个过程。

2. 解题思路 (核心流程)

Spring Boot的启动核心在于 SpringApplication.run() 方法。我们可以将整个流程概括为以下几个关键步骤：

  1. 创建 SpringApplication 实例:

    • 当你调用 SpringApplication.run(MyApplication.class, args) 时，首先会创建一个 SpringApplication 对象。
    • 在这个过程中，它会进行一些初始化工作，比如：
      • 判断应用类型（是否是Web应用）。
      • 加载 META-INF/spring.factories 文件中配置的 ApplicationContextInitializer 和 ApplicationListener。这些是Spring Boot进行扩展和定制的关键点。

  2. 准备环境 (Environment):

    • 创建并配置应用的 Environment 对象。
    • Environment 包含了应用的配置信息来源，如：命令行参数 (args)、JVM系统属性、操作系统环境变量、application.properties 或 application.yml 文件、@PropertySource 指定的配置文件等。
    • 还会处理激活的 Profiles (例如 dev, test, prod)，不同Profile下的配置会覆盖默认配置。

  3. 打印 Banner:

    • 在控制台输出 Spring Boot 的启动图标（Banner），可以通过在 src/main/resources 下放置 banner.txt 或图片来自定义。

  4. 创建 ApplicationContext (IoC容器):

    • 根据之前判断的应用类型（Web/非Web），创建对应的 ApplicationContext 实例。
      • Web应用 (Servlet): AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext
      • Web应用 (Reactive): AnnotationConfigReactiveWebServerApplicationContext
      • 非Web应用: AnnotationConfigApplicationContext
    • 这个 ApplicationContext 就是Spring的核心容器，负责管理所有的Bean。

  5. 预处理 ApplicationContext:

    • 在 refresh() 之前，调用之前加载的 ApplicationContextInitializer 的 initialize 方法，对 ApplicationContext 进行进一步的配置和定制化。
    • 加载所有找到的 Bean 定义（扫描 @Component, @Service, @Repository, @Controller, @Configuration 等注解的类），但此时Bean还没有被实例化。

  6. refresh() ApplicationContext (⭐ 核心步骤):

    • 这是 Spring 容器初始化的核心，也是最复杂的一步。refresh() 方法内部执行了一系列操作来启动容器，主要包括：
      • prepareRefresh(): 准备工作，如设置启动时间，设置激活状态等。
      • obtainFreshBeanFactory(): 创建或获取内部的 BeanFactory。
      • prepareBeanFactory(beanFactory): 配置 BeanFactory，例如设置类加载器，添加 BeanPostProcessor (Bean后置处理器，非常重要！)。
      • postProcessBeanFactory(beanFactory): 子类覆盖的方法，允许在 BeanFactory 标准初始化后进行特定的后置处理（例如 ServletWebServerApplicationContext 在这里进行 Servlet 相关处理）。
      • invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory): (关键点) 执行所有注册的 BeanFactoryPostProcessor。这是 Spring Boot 自动配置的核心所在。@EnableAutoConfiguration 会导入 AutoConfigurationImportSelector，它会扫描 META-INF/spring.factories 中定义的自动配置类 (EnableAutoConfiguration key 下的类)。这些自动配置类通常带有 @ConditionalOn... 注解，只有满足条件时才会生效，它们内部定义了大量的Bean。ConfigurationClassPostProcessor 是一个非常重要的 BeanFactoryPostProcessor，负责解析处理 @Configuration 类、@Bean 方法、@Import、@ComponentScan 等。
      • registerBeanPostProcessors(beanFactory): 注册所有 BeanPostProcessor。注意，BeanPostProcessor 和 BeanFactoryPostProcessor 不同，前者是在 Bean 实例化之后（初始化前后）执行，后者是在所有 Bean 定义加载完成之后，Bean 实例化之前执行。
      • initMessageSource(): 初始化国际化消息源。
      • initApplicationEventMulticaster(): 初始化应用事件广播器。
      • onRefresh(): 子类覆盖的方法，用于特定上下文的刷新工作。对于Web应用，内嵌Web服务器（如Tomcat）就是在这个阶段创建和启动的。
      • registerListeners(): 注册 ApplicationListener 到事件广播器。
      • finishBeanFactoryInitialization(beanFactory): (关键点) 实例化所有非懒加载的单例 Bean。这是依赖注入（DI）发生的地方。Spring会按照依赖关系依次创建Bean，并调用 BeanPostProcessor 进行后置处理（例如处理 @Autowired, @PostConstruct 等注解）。
      • finishRefresh(): 完成刷新过程，发布 ContextRefreshedEvent 事件，通知容器已就绪。

  7. afterRefresh() 后置处理:

    • refresh() 完成后，执行一些收尾工作。

  8. 发布 ApplicationReadyEvent:

    • 表示应用已经准备好接收请求（对于Web应用，此时内嵌服务器已启动并监听端口）。

  9. 调用 ApplicationRunner 和 CommandLineRunner:

    • 执行所有实现了 ApplicationRunner 或 CommandLineRunner 接口的 Bean 的 run 方法。这通常用于在应用启动后执行一些初始化任务，如加载数据、启动后台任务等。

流程图:

3. 知识扩展

  • @SpringBootApplication注解: 这通常是启动类的核心注解，它是一个组合注解，包含了：
    • @SpringBootConfiguration: 继承自@Configuration，表明当前类是配置类。
    • @EnableAutoConfiguration: 启用Spring Boot的自动配置机制。核心是导入 AutoConfigurationImportSelector。
    • @ComponentScan: 自动扫描启动类所在包及其子包下的组件（@Component, @Service, etc.）。
  • 自动配置 (Auto-Configuration):
    • 原理: 利用 META-INF/spring.factories 文件 + @ConditionalOn... 注解。Spring Boot启动时会扫描所有jar包中的 spring.factories 文件，找到 org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration key 下的配置类列表。
    • @ConditionalOn...: 这些注解（如 @ConditionalOnClass, @ConditionalOnBean, @ConditionalOnProperty）使得自动配置类只有在满足特定条件时才会生效，从而避免了不必要的Bean创建。例如，只有当classpath下存在 Servlet.class 和 Tomcat.class 时，ServletWebServerFactoryAutoConfiguration 才会尝试配置内嵌Tomcat。
  • 起步依赖 (Starters):
    • 如 spring-boot-starter-web, spring-boot-starter-data-jpa 等。它们本身不包含代码，主要作用是管理依赖。引入一个starter会将相关的库（包括传递依赖）一起添加到项目中，简化了依赖配置。例如，spring-boot-starter-web 会引入Spring MVC、Tomcat（默认）、Jackson等Web开发所需的核心库。
  • Bean的生命周期: 启动流程与Bean的生命周期紧密相关。refresh() 过程中的 finishBeanFactoryInitialization 阶段就涉及了Bean的实例化、属性填充（依赖注入）、初始化（调用 InitializingBean 的 afterPropertiesSet 或 @PostConstruct 方法）、以及通过 BeanPostProcessor 进行的各种增强。
  • 事件监听机制: Spring Boot在启动过程中会发布多个事件（如 ApplicationStartingEvent, ApplicationEnvironmentPreparedEvent, ApplicationPreparedEvent, ContextRefreshedEvent, ApplicationReadyEvent, ApplicationFailedEvent），开发者可以实现 ApplicationListener 来监听这些事件，并在特定阶段执行自定义逻辑。

4. 实际应用

理解启动流程对于日常开发和问题排查至关重要：

  • 问题排查:
    • 启动缓慢: 分析 refresh() 过程中哪个环节耗时较长，是Bean实例化复杂、依赖外部资源慢，还是 BeanFactoryPostProcessor 或 BeanPostProcessor 逻辑过多？可以通过开启DEBUG日志 (logging.level.org.springframework=DEBUG) 或使用 Spring Boot Actuator 的 /startup 端点（需要配置 spring-boot-starter-actuator 并开启）来分析。
    • Bean冲突/未找到 (NoSuchBeanDefinitionException, NoUniqueBeanDefinitionException): 通常发生在 invokeBeanFactoryPostProcessors 或 finishBeanFactoryInitialization 阶段。检查 @ComponentScan 范围是否正确、自动配置条件是否满足、是否有重复定义。
    • 配置未生效: 检查 Environment 加载配置的优先级，确认 application.properties/yml 是否被正确加载，Profile 是否激活正确。
    • 端口占用: 发生在 onRefresh() 启动内嵌服务器时。
  • 定制化开发:
    • ApplicationContextInitializer: 在 refresh() 之前对 ApplicationContext 进行编程方式的配置，例如动态注册属性源。
    • BeanFactoryPostProcessor: 在Bean实例化前修改Bean定义，例如修改Bean的作用域、添加额外的属性。
    • BeanPostProcessor: 在Bean实例化后、初始化前后进行干预，例如实现自定义注解的处理、动态代理等（AOP的底层实现就依赖它）。
    • ApplicationRunner/CommandLineRunner: 在应用完全启动后执行一次性任务，如数据初始化、缓存预热、启动定时任务调度器等。
    • 自定义 spring.factories: 实现自定义的自动配置或监听器。

案例分析: 假设你需要在一个服务启动后，立即从配置中心拉取最新的动态配置并应用。你可以在实现了 ApplicationListener<ApplicationReadyEvent> 的Bean中执行这个逻辑，确保此时应用环境（包括网络连接等）已经准备就绪。或者，如果需要在Bean实例化之前就基于某些配置动态调整Bean定义，可以考虑实现 BeanFactoryPostProcessor。

5. 常见陷阱

面试时回答此问题容易犯的错误：

  1. 混淆 Spring Framework 和 Spring Boot: 只讲 Spring Framework 的 ApplicationContext 创建，忽略了 Spring Boot 的 SpringApplication、自动配置、内嵌服务器等关键特性。
  2. 流程不清晰/跳跃: 无法按顺序描述关键步骤，特别是 refresh() 内部的主要阶段。
  3. 对核心概念理解模糊: 对 ApplicationContext, BeanFactory, BeanFactoryPostProcessor, BeanPostProcessor 的作用和执行时机分不清楚。
  4. 不了解自动配置原理: 无法解释 @EnableAutoConfiguration 和 spring.factories 是如何工作的，以及 @ConditionalOn... 的作用。
  5. 缺乏与实际应用的结合: 只是背诵流程，无法说明理解这个流程对解决实际问题（如调试、定制）有什么帮助。
  6. 忽略Web服务器启动: 对于Web应用，忘记提及内嵌服务器（如Tomcat）是在 onRefresh() 阶段启动的。
  7. 对 ApplicationRunner/CommandLineRunner 不熟悉: 不知道它们的作用和执行时机。

如何避免:

  • 突出 Spring Boot 特色: 明确提到 SpringApplication, 自动配置, Starters, 内嵌服务器。
  • 抓住主线: 以 SpringApplication.run() 为起点，refresh() 为核心，按顺序讲解。
  • 理解核心接口: 弄懂 BeanFactoryPostProcessor (处理定义) 和 BeanPostProcessor (处理实例) 的区别和时机。
  • 掌握自动配置: 解释 spring.factories 和 @Conditional。
  • 联系实际: 举例说明启动流程知识如何用于排错和扩展。
  • 结构化表达: 使用清晰的步骤或图表辅助说明。

总结: 回答这个问题时，要展现出对 Spring Boot 整体架构的理解，从宏观的 SpringApplication.run() 到微观的 refresh() 内部关键步骤，再到自动配置、Bean生命周期等核心机制，最后能结合实际应用场景，体现出解决问题的能力。对于校招生，能清晰描述主要流程并解释清楚自动配置原理，就已经是一个很好的答案了。如果能进一步深入到 refresh() 的关键子步骤和相关接口的作用，会是重要的加分项。